酸素受容・活性化に伴うリガンドシグナルの生成と制御

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 26111011
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 内田 浩二 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (40203533)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西田 基宏 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), その他部局等, 教授 (90342641) ; 居原 秀 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60254447)
• Project Fiscal Year: 2014-07-10 – 2019-03-31
• Project Status: Granted(Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥69,290,000 (Direct Cost : ¥53,300,000、Indirect Cost : ¥15,990,000); Fiscal Year 2016 : ¥22,490,000 (Direct Cost : ¥17,300,000、Indirect Cost : ¥5,190,000); Fiscal Year 2015 : ¥22,360,000 (Direct Cost : ¥17,200,000、Indirect Cost : ¥5,160,000); Fiscal Year 2014 : ¥24,440,000 (Direct Cost : ¥18,800,000、Indirect Cost : ¥5,640,000)
• Keywords: 活性酸素種 / ケミカルバイオロジー / タンパク質修飾 / リモデリング / レドックス

Outline of Annual Research Achievements

1. 生体内酸化修飾分子の網羅的解析：LC-ESI-MS/MSを用いた酸化生成物・付加体の化学構造解析を行い、動脈硬化症モデル動物（アポE欠損マウス）血清において特定の付加体の蓄積を認め、その構造解析を行った結果、これまでに報告のない酸化脂質-リジン付加体であることが判明した。また、赤血球についてもLC-ESI-MS/MSを用いた同様の解析を行った結果、未知付加体の有意な生成を観察した。現在、その構造解析とともに生成機構の詳細な解析を進めている。
2. 酸素活性化を起源とするタンパク質酸化修飾による生体防御応答機構の解析：植物性小分子酸素センサーがタンパク質のカルボニル化を惹起すること、さらに共通した分子機構として、これらの酸素センサー分子の酸化型中間体生成を介したタンパク質の酸化的脱アミノ化反応を明らかにした。さらに、これらのカルボニル化タンパク質は自然抗体の優れたリガンドであることを明らかにした。
3. タンパク質酸化修飾を基軸にした修復・再生応答機構の解明：修復・再生応答の一つとして、マクロファージにおけるシクロオキシゲナーゼ-2 (COX-2)誘導を指標にした血管修復・再生に関与する血清分子の探索・同定を行い、詳細な分子機構の解明を進めた。その結果、血清アルブミンにCOX-2誘導活性を見いだし、その分子機構の解析の結果、COX-2発現誘導には細胞膜コレステロールの引き抜きが関与していることを明らかにした。さらに、血清アルブミンをカラムクロマトグラフィーにより分画し、アッセイを行ったところ、血清アルブミンの酸化型に強いCOX-2誘導活性が見られた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

生体内酸化修飾分子の網羅的解析では、動脈硬化症モデル動物（アポE欠損マウス）赤血球のアダクトーム解析において、構造未知の付加体を見いだしており、初年度の成果として評価できる。また、生体内外の酸素感受性小分子を起源とする自然免疫リガンドの産生を新たに見いだしたことは、生命の進化とも関連する酸素生物学における新たな発見と考えられる。血清アルブミンの持つ新たな機能性として、酸化的翻訳後修飾に伴う炎症惹起活性を見いだしており、in vitroの実験と併せて、今後の成果が期待される。

Research Output

• [Journal Article] Palmitate induces insulin resistance in human HepG2 hepatocytes by enhancing ubiquitination and proteasomal degradation of key insulin signaling molecules (2015)
  • Author(s): Ishii M, Maeda A, Tani S, Akagawa M.
  • Journal Title: Arch. Biochem. Biophys. Volume : 566 Pages : 26-35
  • DOI: 10.1016/j.abb.2014.12.009
• [Journal Article] Toll-like receptors as a target of food-derived anti-Inflammatory compounds. (2014)
  • Author(s): Shibata, T., Nakashima, F., Honda, K., Lu, Y. J., Kondo, T., Ushida, Y., Aizawa, K., Suganuma, H., Oe, S., Tanaka, H., Takahashi, T. and Uchida, K.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume : 289 Pages : 32757-32772
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.585901.
• [Journal Article] Functional interaction between cyclooxygenase-2 and p53 in response to an endogenous electrophile (2014)
  • Author(s): Kumagai, T., Usami, H., Matsukawa, N., Nakashima, F., Chikazawa, M., Shibata, T., Noguchi, N., and Uchida, K.
  • Journal Title: Redox Biol. Volume : 4 Pages : 74-86
  • DOI: 10.1016/j.redox.2014.11.011.
• [Journal Article] Inhibition of N-type Ca2+ channels ameliorates an imbalance in cardiac autonomic nerve activity and prevents lethal arrhythmias in mice with heart failure. (2014)
  • Author(s): Yamada Y, Kinoshita H, Kuwahara K, Nakagawa Y, Kuwabara Y, Minami T, Yamada C, Shibata J, Nakao K, Cho K, Arai Y, Yasuno S, Nishikimi T, Ueshima K, Kamakura S, Nishida M, Kiyonaka S, Mori Y, Kimura T, Kangawa K, Nakao K.
  • Journal Title: Cardiovasc Res. Volume : 104 Pages : 183-193
  • DOI: 10.1093/cvr/cvu185
• [Presentation] Pyrrolation Is a Naturally-occurring Covalent Protein Modification Involved in the Production of DNA Mimic Proteins (2014)
  • Author(s): Koji Uchida
  • Organizer: Asian Biological Medicine Summit Forum in Hangzhou
  • Place of Presentation: Hangzhou, China
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-25
• [Presentation] Food-derived natural inhibitors of TLR signaling (2014)
  • Author(s): Koji Uchida
  • Organizer: HNE club/SAS meeting 2014 Lipids, Oxidation, Antioxidants and・・・・・
  • Place of Presentation: Toulouse, France
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-10
• [Presentation] 生体防御反応に関わる機能性食品成分 (2014)
  • Author(s): 内田浩二
  • Organizer: 2014年度 日本生物工学会中部支部例会
  • Place of Presentation: 名古屋大学工学研究科ES総合館（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2014-08-01 – 2014-08-01
• [Book] 細胞工学 Vol.34 No.4 (2015)
  • Author(s): 居原秀、大内雄也
  • Total Pages: 440(397-401)
  • Publisher: 学研メディカル秀潤社
• [Book] 細胞工学 Vol.34 No.4 (2014)
  • Author(s): 熊谷嘉人、内田浩二
  • Total Pages: 440(358-363)
  • Publisher: 学研メディカル秀潤社