新規環状ヌクレオチド８－ＳＨ－ｃＧＭＰのシグナル伝達機能の解明

• 研究課題/領域番号: 14J05470
• 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: 医化学一般
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 赤司 壮一郎 東北大学, 医学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 8-ニトロ-cGMP / 8-SH-cGMP / タンパク質ポリスルフィド化 / タンパク質ポリ-S-グアニル化 / 活性酸素 / 一酸化窒素 / タンパク質ポリサルファ化 / ポリサルファ / 質量分析

研究実績の概要

本研究課題では、活性酸素と一酸化窒素のシグナルを担う8-ニトロ-cGMPが活性イオウ分子種（ポリスルフィド化合物）と反応することにより生成する新規環状ヌクレオチド8-SH-cGMP、およびこれに関連して我々が見出した新規タンパク質翻訳後修飾ポリ-S-グアニル化について、反応メカニズムの詳細とシグナル伝達機能を解明することを目的としている。これまでに8-SH-cGMPの生成動態および生成メカニズムを解明した。そのなかで、細胞内のほぼ全てのタンパク質がシステイン側鎖に過剰のイオウを含むこと（タンパク質ポリスルフィド化）が明らかとなり、8-ニトロ-cGMPがポリスルフィド化タンパク質と反応することによってポリ-S-グアニル化が効率よくもたらされることが見出された。そこで本年度は、ポリスルフィド化との関連に着目しながら、タンパク質ポリ-S-グアニル化がタンパク質の機能に与える影響に焦点をあて解析を行った。
タンパク質ポリスルフィド化の特異的な解析法として構築したPMSA法および、トリプシン消化とLC-Q-TOF-MSを組み合わせたポリスルフィド化部位の同定法によって、ヒトGAPDHの精製タンパク質におけるポリスルフィド化の部位特異性と各部位のポリスルフィド化レベルを定量的に解析することに成功した。ポリスルフィド化システイン残基を置換した変異体を用いた解析によって、ポリ-S-グアニル化の標的部位とこのポリスルフィド化部位が一致すること、さらに活性中心の近傍に維持されたポリスルフィド化がポリ-S-グアニル化の主要な標的であり、酵素活性の維持に重要であることが示唆された。以上より、8-ニトロ-cGMPの担う親電子シグナルにおいて、可逆的修飾であるポリ-S-グアニル化がヒトGAPDHの活性中心の保護と酵素活性の維持に重要な役割を担うことが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of 8-Nitroguanosine 3′,5′-Cyclic Monophosphorothioate Rp-Isomer as a Potent Inhibitor of Protein Kinase G1α (2017)
  • 著者名/発表者名: Ahmed KA, Zhang T, Ono K, Tsutsuki H, Ida T, Akashi S, Miyata K, Oike Y, Akaike T, Sawa T.
  • 雑誌名: Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ＆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ 巻: 40 号: 3 ページ: 365-374
  • DOI: 10.1248/bpb.b16-00880
  • NAID: 130005398514
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Protein polysulfidation-dependent persulfide dioxygenase activity of ethylmalonic encephalopathy protein 1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Jung M, Kasamatsu S, Matsunaga T, Akashi S, Ono K, Nishimura A, Morita M, Abdul Hamid H, Fujii S, Kitamura H, Sawa T, Ida T, Motohashi H, Akaike T.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 480 号: 2 ページ: 180-186
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.10.022
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Persistent activation of cGMP-dependent protein kinase by a nitrated cyclic nucleotide via site specific protein S-guanylation (2016)
  • 著者名/発表者名: Akashi S, Ahmed KA, Sawa T, Ono K, Tsutsuki H, Burgoyne JR, Ida T, Horio E, Prysyazhna O, Oike Y, Rahaman MM, Eaton P, Fujii S, Akaike T.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 55 号: 5 ページ: 751-761
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.5b00774
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 8-ニトロ-cGMPとタンパク質poly-S-グアニル化による親電子シグナルの可逆的制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第90回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター展示棟（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2017-03-19
• [学会発表] 部位特異的タンパク質S-グアニル化を介したcGMP依存性プロテインキナーゼの持続的活性化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、Khandaker Ahtesham Ahmed、澤 智裕、小野勝彦、津々木博康、井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • 学会等名: 第89回生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター／東北大学川内北キャンパス（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] 8-ニトロ-cGMPによるcGMP依存性プロテインキナーゼの活性化とエンドトキシンショック病態形成のメカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、Khandaker Ahtesham Ahmed、澤 智裕、小野勝彦、津々木博康、井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • 学会等名: 第69回 日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: 仙台国際センター会議棟（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2016-08-31
• [学会発表] 敗血症における親電子シグナル伝達物質8-ニトロ-cGMPを介したcGMP依存性プロテインキナーゼの持続的活性化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、Khandaker Ahtesham Ahmed、澤 智裕、小野勝彦、津々木博康、井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • 学会等名: 第12回 レドックス・ライフイノベーションシンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学医学部 医学教育図書棟（熊本市中央区）
  • 年月日: 2016-08-19
• [学会発表] Protein poly-S-guanylation: Reversible post-translational modification regulated by protein polysulfur and 8-nitro-cGMP (2016)
  • 著者名/発表者名: Akashi S, Kasamatsu S, Jung M, Matsunaga T, Ida T, Fujii S, Sawa T, Kumagai Y, Motohashi H, Akaike T
  • 学会等名: The 9th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Application of Nitric Oxide & The 16th Annual Scientific Meeting of the Nitric Oxide Society of Japan
  • 発表場所: Sendai International Center (Aoba-ku, Sendai)
  • 年月日: 2016-05-21
  • 国際学会
• [学会発表] 大腸菌システインtRNA合成酵素による新規システインパースルフィド生成機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、井田智章、居原秀、Fanyan Wei、富澤一仁、笠松真吾、松永哲郎、藤井重元、澤 智裕、赤池孝章
  • 学会等名: 第89回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター（大阪市天王寺区）
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] タンパク質poly-S-グアニル化を介した親電子シグナルの可逆的制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会・第88回生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド神戸国際展示場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] タンパク質S-ポリチオール化を介する親電子シグナルの制御メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第15回日本NO学会学術集会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター（豊中市）
  • 年月日: 2015-06-26
• [学会発表] タンパク質S-ポリチオール化による親電子シグナル制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、笠松真吾、Jung Minkyung、松永哲郎、井田智章、藤井重元、本橋ほづみ、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • 学会等名: 第68回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: かごしま県民交流センター（鹿児島市）
  • 年月日: 2015-06-11
• [学会発表] タンパク質ポリチオール化による親電子シグナル制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、本橋ほづみ、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • 学会等名: 第81回 日本生化学会東北支部例会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパスさくらホール（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2015-05-09
• [学会発表] 8-ニトロ-cGMPによる新規タンパク質翻訳後修飾poly-S-グアニル化の検出法の確立 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、Jung Minkyung、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都市左京区）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] 8-ニトロ-cGMPによる新規タンパク質翻訳後修飾poly-S-グアニル化の特異的検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、Jung Minkyung、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • 学会等名: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス良心館（京都市上京区）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [学会発表] 8-ニトロ-cGMPによる新規タンパク質翻訳後修飾poly-S-グアニル化に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、Jung Minkyung、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、赤池孝章
  • 学会等名: 第14回日本NO学会学術集会
  • 発表場所: ホテルニューオータニ佐賀（佐賀市）
  • 年月日: 2014-05-16 – 2014-05-17
• [備考] 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/index.html