Sulfur-mediated energy metabolism, sulfur respiration: Its discovery and physiological functions
| Project/Area Number |
18H05277
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section H
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本橋 ほづみ 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (00282351)
西田 基宏 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (90342641)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥193,310,000 (Direct Cost: ¥148,700,000、Indirect Cost: ¥44,610,000)
Fiscal Year 2021: ¥31,850,000 (Direct Cost: ¥24,500,000、Indirect Cost: ¥7,350,000)
Fiscal Year 2020: ¥31,850,000 (Direct Cost: ¥24,500,000、Indirect Cost: ¥7,350,000)
Fiscal Year 2019: ¥45,110,000 (Direct Cost: ¥34,700,000、Indirect Cost: ¥10,410,000)
Fiscal Year 2018: ¥52,650,000 (Direct Cost: ¥40,500,000、Indirect Cost: ¥12,150,000)
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| Keywords | イオウ呼吸 / システインパースルフィド / イオウメタボローム / エネルギー代謝 / ミトコンドリア機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、根本的な生命のしくみでありながら、いまだに未知のエネルギー代謝であるイオウ呼吸の全容を解明することで、人類の健康、疾病および寿命のコントロールを可能にする生命科学のセントラルドクマの創成に挑む。これまでに、我々が開発した高感度タンデム質量分析計(LC-MS/MS)による各種イオウ化合物の検出・同定システムにより、システインパースルフィドをはじめとする活性イオウ分子種が大腸菌から哺乳類に至るまで生物種横断的に生成され、タンパク質翻訳に共役した新規ポリスルフィド生成系としてシステインtRNA合成酵素(CARS)を同定した。本年度は、真核生物・哺乳類のエネルギー代謝におけるイオウ呼吸の役割の全容解明に向けて、ミトコンドリアにおける活性イオウ分子のエネルギー代謝解析と、酵母を用いた寿命解析を行った。培養細胞を用いてミトコンドリア機能を解析した結果、ミトコンドリア型のCARS2の産生するパースルフィドを電子受容体にした電子伝達系と、その産物である硫化水素(H2S)に共役したイオウ代謝経路としてSQR (sulfide:quinone oxidoreductase)を介するプロトン供与によるミトコンドリア膜電位形成が確認された。さらに、出芽酵母の寿命解析を行なった結果、CARS変異株（選択的イオウ代謝不全株：タンパク質翻訳は正常）は野生株に比べて、細胞内システンパースルフィド量が減少し、経時寿命が大幅に短縮することが確認された。これらのことから、ミトコンドリア電子伝達系に共役したCARSとSQRを介するイオウ代謝経路が、真核生物・ヒトのイオウ呼吸に重要な役割を果たしていることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新規活性イオウ生成系およびミトコンドリア電子伝達系と共役したイオウ代謝系の解明のための解析を行ったが、そのために本研究の当初目的の一つであるミトコンドリアのイオウ依存型エネルギー形成機構の解明に関する知見をさらに深めることができ、研究はおおむね順調に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の当初目的に照らして、研究遂行の上での問題はなく順調に研究が進展している。今後は、ミトコンドリアのイオウ代謝系の解明を中心として、当初計画どおり、真核生物・哺乳類のエネルギー代謝におけるイオウ呼吸の役割の全容解明に向けた研究を推進していく。
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Report
(3 results)
Research Products
(34 results)
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[Journal Article] Oxidation of PKGIα mediates an endogenous adaptation to pulmonary hypertension.2019
Author(s)
Rudyk O, Rowan A, Prysyazhna O, Krasemann S, Hartmann K, Zhang M, Shah MA, Ruppert C, Weiss A, Schermuly RT, Ida T, Akaike T, Zhao L, Eaton P.
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Journal Title
Proc Natl Acad Sci USA
Volume: 印刷中
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[Journal Article] The Uptake and Release of Polysulfur Cysteine Species by Cells: Physiological and Toxicological Implications.2019
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Lin J, Akiyama M, Bica I, Long FT, Henderson CF, Goddu RN, Suarez V, Baker B, Ida T, Shinkai Y, Nagy P, Akaike T, Fukuto JM, Kumagai Y.
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Journal Title
Chemical Research in Toxicology
Volume: 32
Pages: 447-455
DOI
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[Journal Article] Polysulfide stabilization by tyrosine and hydroxyphenyl-containing derivatives that is important for a reactive sulfur metabolomics analysis.2019
Author(s)
Hamid HA, Tanaka A, Ida T, Nishimura A, Matsunaga T, Fujii S, Morita M, Sawa T, Fukuto JM, Nagy P, Tsutsumi R, Motohashi H, Ihara H, Akaike T.
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Journal Title
Redox Biol.
Volume: 21
Pages: 101096-101096
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Nagayama K, Miyamoto Y, Kaneko K, Yoshimura K, Sasa K, Akaike T, Fujii S, Izumida E, Uyama R, Chikazu D, Maki K, Kamijo R.
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Journal Title
In Vitro Cell Dev Biol Anim.
Volume: 55
Pages: 45-51
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Journal Title
Science Signaling
Volume: 11
Pages: 5185-5185
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