メチル水銀によるタンパク質の翻訳後修飾で生じる神経疾患

• 研究課題/領域番号: 10J00932
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 環境系薬学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 外山 喬士 筑波大学, 医学医療系, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: UCH-L1 / メチル水銀 / ユビキチン / 神経変性疾患 / LC/MS / パーキンソン病 / 不溶化 / MALDI-TOF/MS

研究概要

本研究は、メチル水銀(MeHg)によるユビキチンC末端加水分解酵素L1(UCH-L1)の機能破綻及による神経障害への関与を、分子、細胞から個体レベルで解明を目指したものである。本年度は、MeHgによるタンパク質の翻訳後修飾(S-水銀化)によるUCH-L1の機能破綻のメカニズムを解明したのみに留まらず、それに付随する新たな知見を得ることができた。これは更なる研究の展開に貢献するものである。本年度に得られた成果を下記の通りである。
1. MeHgを曝露した細胞のタンパク質を二次元電気泳動により展開後3mm角のセグメントに分け、ゲル中の水銀濃度を網羅的に測定し、MeHg標的タンパク質をLC/MSにより同定する手法を確立した(Mercuromics解析)。本結果から、UCH-L1はSH-SY5Y細胞中で最もS-水銀化を受けやすいタンパク質の一つであることが示された。
2. モノユビキチンとUCH-L1とのアフィニティーは、MeHgの結合によって顕著に減少した。本結果は、UCH-L1に対するMeHgの結合が、細胞内ユビキチンプールの減少の一因であることを示す。
3. S-水銀化を抑制する生体内因子である硫化水素をSH-SY5Y細胞に処理することで、MeHgによるUCH-L1の機能破綻が抑制せれた。またGSHによってUCH-L1のS-水銀化は解除できることをMALDI-TOF/MSにより明らかにした。
上記知見を前年度の成果と合わせると、UCH-L1はMeHgによるS-水銀化の標的分子であり、Cys151のS-水銀化によって、細胞内およびラット脳中のユビキチン制御系を破綻させることが明らかとなった。またこれらは、生体内の硫化水素やGSH量を制御することで防御できることが示唆された。本成果は、MeHgに起因する神経変性疾患の機構および予防法を模索する上で重要な知見だろう。

研究成果

• [雑誌論文] Detoxification of methylmercury by hydrogen sulfide-producing enzyme in Mammalian cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshida E, Toyama T (equalcontributor), Shinkai Y, Sawa T, Akaike T, Kumagai Y
  • 雑誌名: Chemical Research in Toxicology 巻: 24 号: 10 ページ: 1633-1635
  • DOI: 10.1021/tx200394g
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA microarray analysis of human neuroblastoma SH-SY5Y cells exposed to methylmercury (2011)
  • 著者名/発表者名: Toyama T, Yoshida E, Shinkai Y, Kumagai Y
  • 雑誌名: Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 巻: 36 号: 6 ページ: 843-845
  • DOI: 10.2131/jts.36.843
  • NAID: 10030037141
  • ISSN: 0388-1350, 1880-3989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isothiocyanates Reduce Mercury Accumulation via an Nrf2-dependent Mechanism during Exposure of Mice to Methylmercury. (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Toyama, Yasuhiro Shinkai, Akira Yasutake, Koji Uchida, Masayuki Yamamoto, Yoshito Kumagai.
  • 雑誌名: Environmental Health Perspectives 巻: In press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon monoxide derived from heme oxygenase-2 mediates reduction of methylmercury toxicity in SH-SY5Y cells. (2010)
  • 著者名/発表者名: Takashi Toyama, Yasuhiro Shinkai, Daigo Sumi, Yoshito Kumagai.
  • 雑誌名: Toxicology and Applied Pharmacology 巻: 249 ページ: 86-90
  • 査読あり
• [学会発表] Keap 1/Nrf2 system regulates cellular accumulation of methylmercury. Thereby blocking its toxicity. (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Toyama
  • 学会等名: NIMD FORUM 2011
  • 発表場所: 水俣病情報センター(熊本県)
  • 年月日: 2011-01-27
• [学会発表] メチル水銀によるS-水銀化を介したソルビトール脱水素酵素の機能破綻 (2011)
  • 著者名/発表者名: 外山喬士、神田洋紀、新開泰弘、熊谷嘉人
  • 学会等名: 衛生薬学環境トキシコロジー
  • 発表場所: 金沢
• [学会発表] Isothiocyanates cause diminished toxicity coupled to reduction of mercury accumulation following exposure of mice to methylmercury through Nrf2 activation. (2010)
  • 著者名/発表者名: Takashi Toyama, Yasuhiro Shinkai, Daigo Sumi, Akira Yasutake, Koji Uchida, Masayuki Yamamoto, Yoshito Kumagai
  • 学会等名: Leading Graduate Schools International Conference 2010
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県)
  • 年月日: 2010-11-01
• [備考]
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/environmental_medicine/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/environmental_medicine/main/toppage.html