細菌の新しいストレス制御シグナル経路とオートファジー誘導に関する研究

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26670207
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松永 哲郎 東北大学, 医学系研究科, 助教 (00723206) ; 井田 智章 東北大学, 医学系研究科, 助教 (70570406)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 細菌 / シグナル伝達 / オートファジー / 活性酸素 / レドックス

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、活性酸素とNOのセカンドメッセンジャーである8-ニトロ-cGMPの生理機能について、細菌のストレス応答と宿主細胞のオートファジー誘導を中心として、宿主と細菌の共通したシグナル制御システムのクロストークという全く新しい視点で解析する。さらに、そのシグナル系の活性イオウ分子による制御機構の解明を目的とする。本年度は、細菌の8-ニトロ-cGMPシグナルに関する菌体内のS-グアニル化タンパク質の同定と活性パースルフィドなどの活性イオウ分子によるオートファジー制御の解析を行った。２次元電気泳動-ウエスタンブロットと質量分析を用いて大腸菌およびサルモネラ（Salmonella Typhimurium）菌体のS-グアニル化タンパク質の解析を行い、ストレス応答や線毛形成をはじめとした様々な機能に関わる多数のタンパク質がS-グアニル化を受けていることを明らかにした。このことから、8-ニトロ-cGMPによるタンパク質S－グアニル化が細菌のストレス応答や定着に関わるシグナル機構として機能していることが示唆された。また、各種培養細胞（マクロファージ、ヒト肺がんA549細胞など）において、活性パースルフィドの産生酵素（CBSおよびCSE）のノックダウンにより、細胞内の各種ポリスルフィドの低下に伴い、著明にオートファジーが誘導されることを明らかにした。S. Typhimuriumの硫化水素産生酵素（AsrおよびPhs）欠損株の作製に成功し、これらの菌株の培養細胞への感染実験により、細菌の硫化水素産生が感染細胞内における菌の生存・増殖に寄与していることを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実施計画どおり、細菌における8-ニトロ-cGMPシグナル経路の解析を行い、S-グアニル化プロテオミクスにより、シグナルに関わると考えられる各種S-グアニル化標的タンパク質の同定に成功した。また、活性パースルフィドによるオートファジーの抑制作用の解析、および硫化水素産生酵素欠損菌株の作製と感染実験にも取り組み、ほぼ当初目的に即した成果を得ることができたと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

これまでのところ、ほぼ当初の研究実施計画に沿った成果が得られており、計画変更を要するような研究上の問題はない。本年度までの成果を踏まえながら、次年度以降は活性パースルフィドの機能を中心に、細菌のストレス制御とオートファジー誘導機構について当初の計画どおりに研究を進める予定である。

Research Products

• [Journal Article] H2Sの生体内生成とシグナル機能の正体：システインパースルフィドの再発見と新機能 (2015)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 34 Pages: 346-348
• [Journal Article] RSSによる抗酸化・レドックスシグナル制御 (2015)
  • Author(s): 井田智章、藤井重元、赤池孝章.
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 34 Pages: 354-357
• [Journal Article] Redox signal regulation via nNOS phosphorylation at Ser847 in PC12 cells and rat cerebellar granule neurons (2014)
  • Author(s): Kasamatsu S, Watanabe Y, Sawa T, Akaike T, Ihara H.
  • Journal Title: Biochem J Volume: 459 Pages: 251-263
  • DOI: 10.1042/BJ20131262.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SIRT7 controls hepatic lipid metabolism by regulating the ubiquitin-proteasome pathway (2014)
  • Author(s): Yoshizawa T, Karim MF, Sato Y, Senokuchi T, Miyata K, Fukuda T, Go C, Tasaki M, Uchimura K, Kadomatsu T, Tian Z, Smolka C, Sawa T, Takeya M, Tomizawa K, Ando Y, Araki E, Akaike T, Braun T, Oike Y, Bober E, Yamagata K.
  • Journal Title: Cell Metab Volume: 19 Pages: 712-721
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2014.03.006.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Promotion of atherosclerosis by Helicobacter cinaedi infection that involves macrophage-driven proinflammatory responses (2014)
  • Author(s): Khan S, Rahman HN, Okamoto T, Matsunaga T, Fujiwara Y, Sawa T, Yoshitake J, Ono K, Ahmed KA, Rahaman MM, Oyama K, Takeya M, Ida T, Kawamura Y, Fujii S, Akaike T.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 4 Pages: 4680
  • DOI: 10.1038/srep04680.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reactive cysteine persulfides and S-polythiolation regulate oxidative stress and redox signaling (2014)
  • Author(s): Ida T, Sawa T, Ihara H, Tsuchiya Y, Watanabe Y, Kumagai Y, Suematsu M, Motohashi H, Fujii S, Matsunaga T, Yamamoto M, Ono K, Devarie-Baez NO, Xian M, Fukuto JM, Akaike T.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 111 Pages: 7606-7611
  • DOI: 10.1073/pnas.1321232111.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Role of 8-nitro-cGMP and its redox regulation in cardiovascular electrophilic signaling (2014)
  • Author(s): Nishida M, Toyama T, Akaike T.
  • Journal Title: J Mol Cell Cardiol Volume: 73 Pages: 10-17
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2014.02.003.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Clinical and bacteriological characteristics of Helicobacter cinaedi infection (2014)
  • Author(s): Kawamura Y, Tomida J, Morita Y, Fujii S, Okamoto T, Akaike T.
  • Journal Title: J Infect Chemother Volume: 20 Pages: 517-526
  • DOI: 10.1016/j.jiac.2014.06.007.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Redox chemistry and chemical biology of H2S, hydropersulfides, and derived species: implications of their possible biological activity and utility (2014)
  • Author(s): Ono K, Akaike T, Sawa T, Kumagai Y, Wink DA, Tantillo DJ, Hobbs AJ, Nagy P, Xian M, Lin J, Fukuto JM.
  • Journal Title: Free Radic Biol Med Volume: 77 Pages: 82-94
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.09.007.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Helicobacter cinaedi meningitis: a case report and review of previous cases (2014)
  • Author(s): Okubo H, Goto M, Sato M, Sugiyama T, Kawano M, Matsunaga T, Akaike T.
  • Journal Title: J Neurol Sci Volume: 347 Pages: 396-397
  • DOI: 10.1016/j.jns.2014.10.011.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mesenchymal stem cells correct inappropriate epithelial-mesenchyme relation in pulmonary fibrosis using stanniocalcin-1 (2014)
  • Author(s): Ono M, Ohkouchi S, Kanehira M, Tode N, Kobayashi M, Ebina M, Nukiwa T, Irokawa T, Ogawa H, Akaike T, Okada Y, Kurosawa H, Kikuchi T, Ichinose M.
  • Journal Title: Mol Ther Volume: 23 Pages: 549-560
  • DOI: 10.1038/mt.2014.217.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 活性酸素による多階層シグナル伝達機構とレドックス恒常性制御 (2014)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Journal Title: Yakugaku Zasshi Volume: 134 Pages: 515-519
• [Journal Article] 活性酸素と炎症 (2014)
  • Author(s): 井田智章、赤池孝章、澤 智裕、藤井重元.
  • Journal Title: 感染・炎症・免疫 Volume: 44 Pages: 104-109
• [Journal Article] システインパースルフィドの生体内生成と生理機能の再発見：活性イオウ分子による抗酸化・レドックスシグナル制御 (2014)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 32 Pages: 2123-2126
• [Journal Article] フリーラジカル制御系：硫化水素・活性イオウ分子と炎症 (2014)
  • Author(s): 藤井重元、井田智章、澤 智裕、赤池孝章.
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 32 Pages: 2803-2809
• [Presentation] 細菌感染における酸化ストレスシグナル制御と感染防御論（浅川賞受賞講演） (2015)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Organizer: 第88回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 長良川国際会議場（岐阜市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-28
  • Invited
• [Presentation] Helicobacter cinaedi感染による動脈硬化促進作用と感染疫学 (2015)
  • Author(s): 松永哲郎、藤井重元、井田智章、河村好章、赤池孝章.
  • Organizer: 第88回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 長良川国際会議場（岐阜市）
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-28
• [Presentation] 活性イオウ含有分子の再発見とその生物活性 (2015)
  • Author(s): 井田智章、赤池孝章.
  • Organizer: 第88回日本薬理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市熱田区）
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-20
  • Invited
• [Presentation] Redox-active cysteine polysulfide modulates NO and electrophilic protein modification (2015)
  • Author(s): Takaaki Akaike.
  • Organizer: The 2015 Nitric Oxide Gordon Research Conference
  • Place of Presentation: Four Points Sheraton/Holiday Inn Express (Ventura, CA, USA)
  • Year and Date: 2015-02-15 – 2015-02-20
  • Invited
• [Presentation] 活性イオウ分子とADH3によるホルムアルデヒド解毒代謝機構 (2015)
  • Author(s): 井田智章、Md. Morshedul Alam、松永哲郎、藤井重元、居原 秀、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • Organizer: 第14回分子予防環境医学研究会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学医学部（大阪市阿倍野区）
  • Year and Date: 2015-02-13 – 2015-02-14
• [Presentation] 炎症・酸化ストレス応答とフリーラジカル・活性酸素制御 (2014)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Organizer: 第44回日本創傷治癒学会
  • Place of Presentation: ホテルメトロポリタン仙台（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2014-12-02 – 2014-12-03
  • Invited
• [Presentation] 活性イオウ分子種によるレドックスシグナルと酸化ストレス制御 (2014)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Organizer: 第386回東北医学会例会シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学艮陵会館記念ホール（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2014-11-21 – 2014-11-21
  • Invited
• [Presentation] 活性システインパーサルファイドとS-ポリチオレーションが酸化ストレスを制御する (2014)
  • Author(s): 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、末松 誠、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、山本や雅之、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章.
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都市左京区）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] ポリサルファ化とタンパク質レドックス制御 (2014)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Organizer: レドックスシンポジウム：酸素生物学の誕生
  • Place of Presentation: 名古屋大学ES総合館ESホール（名古屋市千種区）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-11
  • Invited
• [Presentation] 活性イオウ分子種による酸化ストレス制御とポリサルファーバイオロジー (2014)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Organizer: フォーラム2014 衛生薬学・環境トキシコロジー
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（つくば市）
  • Year and Date: 2014-09-19 – 2014-09-20
  • Invited
• [Presentation] 活性システインパーサルファイドによる酸化ストレス制御 (2014)
  • Author(s): 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、藤井重元、松永哲郎、Jon M Fukuto、赤池孝章.
  • Organizer: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 同志社大学今出川キャンパス良心館（京都市上京区）
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPを介した感染防御機構と細菌が産生する硫化水素による抑制 (2014)
  • Author(s): 松永哲郎、赤司壮一郎、ジョン ミンキョン、伊藤千秋、井田智章、藤井重元、澤 智裕、有本博一、赤池孝章.
  • Organizer: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 同志社大学今出川キャンパス良心館（京都市上京区）
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] 活性イオウ分子種システインパースルフィドによる酸化ストレス制御 (2014)
  • Author(s): 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章.
  • Organizer: 第8回レドックス・ライフイノベーション第170委員会
  • Place of Presentation: シーガイアコンベンションセンター（宮崎市）
  • Year and Date: 2014-08-21 – 2014-08-23
• [Presentation] 細菌の新しいシグナル伝達物質：8-ニトロ-cGMPの同定と機能解析 (2014)
  • Author(s): 井田智章、松永哲郎、赤司壮一郎、ジョン ミンギョン、津々木博康、藤井重元、居原 秀、澤 智裕、赤池孝章.
  • Organizer: 第25回日本生体防御学会学術総会
  • Place of Presentation: 東北大学 片平さくらホール（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2014-07-09 – 2014-07-11
• [Presentation] 新興感染症菌Helicobacter cinaedi感染による動脈硬化の促進作用 (2014)
  • Author(s): 松永哲郎、岡本竜哉、藤井重元、井田智章、澤 智裕、河村好章、赤池孝章.
  • Organizer: 第25回日本生体防御学会学術総会
  • Place of Presentation: 東北大学 片平さくらホール（仙台市青葉区）
  • Year and Date: 2014-07-09 – 2014-07-11
• [Presentation] タンパク質過イオウ化：酸化ストレスの新しい制御システム (2014)
  • Author(s): 赤池孝章.
  • Organizer: 第41回日本毒性学会学術年会
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（神戸市中央区）
  • Year and Date: 2014-07-02 – 2014-07-04
  • Invited
• [Presentation] Helicobacter cinaedi感染による動脈硬化促進作用. (2014)
  • Author(s): 松永哲郎、赤池孝章.
  • Organizer: 第20回日本ヘリコバクター学会学術集会
  • Place of Presentation: ステーションコンファレンス東京（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2014-06-28 – 2014-06-29
  • Invited
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPによるオートファジーの誘導機構と細菌感染防御における役割 (2014)
  • Author(s): 伊藤千秋、松永哲郎、藤井重元、野澤孝志、齋藤洋平、井田智章、澤 智裕、中川一路、有本博一、赤池孝章.
  • Organizer: 第46回レンサ球菌研究会
  • Place of Presentation: 東京大学農学部弥生キャンパス内フードサイエンス棟中島董一郎記念ホール（東京都文京区）
  • Year and Date: 2014-06-27 – 2014-06-28
• [Presentation] Redox signal regulation by 8-nitro-cGMP and its metabolism involving reactive cysteine persulfide (2014)
  • Author(s): Takaaki Akaike.
  • Organizer: 8th International Conference on the Biology, Chemistry and Therapeutic Application of Nitric Oxide
  • Place of Presentation: Renaissance Cleveland Hotel (Cleveland, OH, USA)
  • Year and Date: 2014-06-17 – 2014-06-20
  • Invited
• [Presentation] Metabolism of 8-nitro-cGMP and regulation of electrophilic signaling by reactive sulfur species (2014)
  • Author(s): Tomoaki Ida, Tomohiro Sawa, Hideshi Ihara, Yukihiro Tsuchiya, Yasuo Watanabe, Yoshito Kumagai, Hozumi Motohashi, Shigemoto Fujii, Tetsuro Matsunaga, Masayuki Yamamoto, Katsuhiko Ono, Jon M Fukuto, Takaaki Akaike.
  • Organizer: 8th International Conference on the Biology, Chemistry and Therapeutic Application of Nitric Oxide
  • Place of Presentation: Renaissance Cleveland Hotel (Cleveland, OH, USA)
  • Year and Date: 2014-06-17 – 2014-06-20
• [Presentation] 活性システインパーサルファイドとS-ポリチオレーションが酸化ストレスとレドックスシグナルを制御する (2014)
  • Author(s): 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、熊谷嘉人、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章.
  • Organizer: 第14回日本NO学会学術集会
  • Place of Presentation: ホテルニューオータニ佐賀（佐賀市）
  • Year and Date: 2014-05-16 – 2014-05-17
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPによる感染防御機構と細菌由来硫化水素による抑制 (2014)
  • Author(s): 松永哲郎、赤司壮一郎、Jung Minkyung、伊藤千秋、井田智章、藤井重元、澤 智裕、有本博一、赤池孝章.
  • Organizer: 第14回日本NO学会学術集会
  • Place of Presentation: ホテルニューオータニ佐賀（佐賀市）
  • Year and Date: 2014-05-16 – 2014-05-17
• [Remarks] 東北大学大学院医学系研究科 環境保健医学分野ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/