Physiological roles of endogenous hydrogen sulfide

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26460115
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 木村 英雄 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所, その他 (30321889)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 硫化水素 / ポリサルファイド / TRPA1チャネル / ３MST / 阻害剤

Outline of Annual Research Achievements

1．ポリサルファイドによるTRPA1活性化（木村由佳研究助手担当）
申請者らは、H2Sが酸化されてできるポリサルファイドがアストロサイトのTRPA1チャネルを活性化し、細胞内Ca2+濃度上昇を誘起することを発見した（Kimura et al., FASEB J. 2013）。ポリサルファイドによるTRPA1活性化メカニズムを検討中、ラットとマウスとで、ポリサルファイドに対する反応性の違いを見つけ、TRPA1ノックアウトラットを作成した。3度の試みで作成に成功した。このため、最初の計画が1年近くの遅れを生じた。　　HPLCによる検討で見つかった脳内に内在性のポリサルファイド（Kimura et al., FASEB J. 2013）についてその合成経路を明らかにし、論文発表した（Kimura et al., Sci. Rep. 2017).これ以外にも、硫化水素と一酸化窒素により、ポリサルファイドができることを示し、論文発表を行った（Miyamoto et al., Sci. Rep. 2017)。また、脳内の内在性ポリサルファイドをLC-MS/MSを使って定量した（Koike et al., 2017)。
２．H2S生産酵素3MST阻害剤の開発（東京大学薬学部花岡健二郎准教授との共同研究）
東大薬学部には化合物ライブラリーがあり、H2S 生産酵素阻害剤として可能性のある化合物を先ず、構造活性相関により絞り込み、3MSTがH2Sを生産する酵素反応系の測定法はすでに本研究部で確立しており、この反応系にこれらの候補化合物を添加することにより、酵素反応の阻害効果を測定し、特異的阻害剤を選定した。この成果について、論文発表を行った（Hanaoka et al., Sci. Rep. 2017)。また、ポリサルファイド特異的蛍光プローブの合成に成功した（Takano et al., 2017）。

Research Products

• [Int'l Joint Research] LSU Health Science Center(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: LSU Health Science Center
• [Journal Article] Alternative pathway of H2S and polysulfides production from sulfurated catalytic-cysteine of reaction intermediates of 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase. (2018)
  • Author(s): Nagahara, N., Koike, S., Nirasawa, T., Kimura, H., Ogasawara, Y.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 496 Pages: 648-653
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.01.056.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery and mechanistic characterization of selective inhibitors of H2S-producing enzyme:: 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3MST) targeting active-site cysteine persulfide. (2017)
  • Author(s): Hanaoka, K., Sasakura, K., Suwanai, Y., Toma-Fukai, S., Shimamoto, K., Takano, Y., Shibuya, N., Terai, T., Komatsu, T., Ueno, T., Ogasawara, Y., Tsuchiya, Y., Watanabe, Y., Kimura, H., Wang, C., Uchiyama, M., Kojima, H., Okabe, T., Urano, Y., Shimizu, T., Nagano, T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 40227
  • DOI: 10.1038/srep40227
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of a reversible fluorescent probe for reactive sulfur species, sulfane sulfur, and its biological application. (2017)
  • Author(s): Takano, Y., Hanaoka, K., Shjimamoto, K., Miyamoto, R., Komatsu, T., Ueno, T., Terai, T., Kimura, H., Nagano, T., Urano, Y.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 53 Pages: 1064-1067
  • DOI: 10.1039/c6cc08372b
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Polysulfides (H2Sn) produced from the interaction of hydrogen sulfide (H2S) and nitric oxide (NO) activate TRPA1 channels. (2017)
  • Author(s): Miyamoto, R., Koike, S., Takano, Y., Shibuya, N., Kimura, Y., Hanaoka, K., Urano,Y., Ogasawara, Y., Kimura, H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 45995
  • DOI: 10.1038/srep45995
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 3-Mercaptopyruvate sulfurtransferase produces potential redox regularots cysteine- and glutathione-persulfide (Cys-SSH and GSSH) together with signaling molecules H2S2, H2S3 and H2S. (2017)
  • Author(s): Kimura, Y., Koike, S., Shibuya, N., Lefer, D., Ogasawara, Y., Kimura, H
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 10459
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11004-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Analysis of endogenous H2S and H2Sn in mouse brain by high-performance liquid chromatography with fluorescence and tandem mass spectrometric detection. (2017)
  • Author(s): Koike, S., Kawamura, K., Kimura, Y., Shibuya, N., Kimura, H., Ogasawara, Y.
  • Journal Title: Free Rad. Biol. Med. Volume: 113 Pages: 355-362
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2017.10.346
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen sulfide and polysalfide signaling. (2017)
  • Author(s): Kimura H.
  • Journal Title: Antioxid. Redox Signal. Volume: 27 Pages: 619-621
  • DOI: 10.1089/ars.2017.7076
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mechanisms of polysulfide production: enzymatic biosynthesis and chemical interaction between hydrogen sulfide and nitric oxide. (2017)
  • Author(s): Yuka Kimura
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] 生理活性物質硫化水とポリサルファイドの産生機構 (2017)
  • Author(s): 渋谷典弘
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] Signaling molecules:H2S and H2Sn (2017)
  • Author(s): Hideo Kimura
  • Organizer: ConBio2017
• [Remarks] 日本医療研究開発機構 成果情報 木村英雄博士がトムソン・ロイター第4回リサーチフロントアワードを受賞
  • URL: https://www.amed.go.jp/news/seika/jyusho/20160725.html
• [Remarks] 日本医療研究開発機構 プレスリリース 酸化還元制御因子生合成経路の解明ー疾患治療応用に期待ー
  • URL: https://www.amed.go.jp/news/release_20170905-03.html
• [Remarks] 日本医療研究開発機構 事業の成果 受賞記事一覧
  • URL: https://www.amed.go.jp/seika/jusyo_list.html
• [Remarks] 日本医療研究開発機構 成果情報 2016(平成２８）年 成果情報一覧
  • URL: https://www.amed.go.jp/news/seika/2016_index.html
• [Remarks] 国立精神・神経医療研究センター シグナル分子H2SとNOの相乗効果がH2Sn生成によることを解明
  • URL: https://www.ncnp.go.jp/press/release.html?no=342