定量的メタロプロテオミクスが明らかにする細胞内金属イオンの恒常性維持メカニズム

• 研究課題/領域番号: 16H04768
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 古川 良明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (40415287)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2017年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
• キーワード: 銅タンパク質 / SOD1 / 筋萎縮性側索硬化症 / 金属タンパク質

研究成果の概要

細胞内における金属イオン（特に、銅イオン）の動態を理解するために、最も主要な銅タンパク質SOD1と、SOD1に銅イオンを供給する銅シャペロンCCSに着目し、その作用機序について検討を行なった。また、CCSと相互作用する新規タンパク質を網羅的に同定し、新たな細胞内金属イオン輸送経路を明らかにした。さらに、神経変性疾患ALSにおけるSOD1への銅イオン供給の破綻について検証し、金属イオン動態の制御が生命現象を維持するために重要であることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生体における金属イオンの重要性・危険性は広く認識されている一方で、金属イオンの基本的な細胞内動態・挙動については多くのことが明らかとなっていない。本研究で扱う銅タンパク質SOD1は、活性酸素であるスーパーオキシドを不均化し、酸化ストレスの軽減を担う重要なタンパク質である。よって、SOD1を中心に、細胞内銅イオンの質的・量的恒常性を維持するメカニズムに迫る本研究は、基礎科学のみならず医学的にも意義のある研究で、神経変性疾患や各種の加齢性疾患などに対する分子標的治療薬の開発に貢献できると期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Oxidative misfolding of Cu/Zn-superoxide dismutase triggered by non-canonical intramolecular disulfide formation (2020)
  • 著者名/発表者名: Anzai Itsuki、Tokuda Eiichi、Handa Sumika、Misawa Hidemi、Akiyama Shuji、Furukawa Yoshiaki
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 147 ページ: 187-199
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2019.12.017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 運動ニューロン疾患ALSにおけるミスフォールドタンパク質のプリオン様特性：現状と今後の展望 (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokuda Eiichi、Marklund Stefan L.、Furukawa Yoshiaki
  • 雑誌名: 薬学雑誌 巻: 139 号: 7 ページ: 1015-1019
  • DOI: 10.1248/yakushi.18-00165-5
  • NAID: 130007670812
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • 年月日: 2019-07-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequence- and seed-structure-dependent polymorphic fibrils of alpha-synuclein (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Goki、Yamanaka Tomoyuki、Furukawa Yoshiaki、Kajimura Naoko、Mitsuoka Kaoru、Nukina Nobuyuki
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease 巻: 19 号: 6 ページ: 30065-1
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2019.02.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wild-type Cu/Zn-superoxide dismutase is misfolded in cerebrospinal fluid of sporadic amyotrophic lateral sclerosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Tokuda Eiichi、Takei Yo-ichi、Ohara Shinji、Fujiwara Noriko、Hozumi Isao、Furukawa Yoshiaki
  • 雑誌名: Molecular Neurodegeneration 巻: 14 号: 1 ページ: 42-42
  • DOI: 10.1186/s13024-019-0341-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biochemical and morphological classification of disease-associated alpha-synuclein mutants aggregates (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Goki、Yamanaka Tomoyuki、Furukawa Yoshiaki、Kajimura Naoko、Mitsuoka Kaoru、Nukina Nobuyuki
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 508 号: 3 ページ: 729-734
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.11.200
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生体内銅イオン動態に着目した筋萎縮性側索硬化症の病理解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古川良明
  • 雑誌名: 生化学 巻: 90 号: 3 ページ: 311-319
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2018.900311
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2018-06-25
• [雑誌論文] Rapid dissemination of alpha-synuclein seeds through neural circuits in an in-vivo prion-like seeding experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Okuzumi Ayami、Kurosawa Masaru、Hatano Taku、Takanashi Masashi、Nojiri Shuuko、Fukuhara Takeshi、Yamanaka Tomoyuki、Miyazaki Haruko、Yoshinaga Saki、Furukawa Yoshiaki、Shimogori Tomomi、Hattori Nobutaka、Nukina Nobuyuki
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 96-96
  • DOI: 10.1186/s40478-018-0587-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elimination of TDP-43 inclusions linked to amyotrophic lateral sclerosis by a misfolding-specific intrabody with dual proteolytic signals. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamaki Y, Shodai A, Morimura T, Hikiami R, Minamiyama S, Ayaki T, Tooyama I, Furukawa Y, Takahashi R, Urushitani M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 6030-6030
  • DOI: 10.1038/s41598-018-24463-3
  • NAID: 120006482849
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cu/Zn-superoxide dismutase forms fibrillar hydrogels in a pH-dependent manner via a water-rich extended intermediate state (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Noriko、Wagatsuma Michiru、Oba Naoto、Yoshihara Daisaku、Tokuda Eiichi、Sakiyama Haruhiko、Eguchi Hironobu、Ichihashi Motoko、Furukawa Yoshiaki、Inoue Tadashi、Suzuki Keiichiro
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 10 ページ: e0205090-e0205090
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0205090
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of a novel zinc-binding protein, C1orf123, as an interactor with a heavy metal-associated domain (2018)
  • 著者名/発表者名: Furukawa Yoshiaki、Lim Carolyn、Tosha Takehiko、Yoshida Koki、Hagai Tomoaki、Akiyama Shuji、Watanabe Shoji、Nakagome Kenta、Shiro Yoshitsugu
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 号: 9 ページ: e0204355-e0204355
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0204355
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A copper-deficient form of mutant cu/Zn-superoxide dismutase as an early pathological species in amyotrophic lateral sclerosis (2018)
  • 著者名/発表者名: Tokuda Eiichi、Nomura Takao、Ohara Shinji、Watanabe Seiji、Yamanaka Koji、Morisaki Yuta、Misawa Hidemi、Furukawa Yoshiaki
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 2119-2130
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.03.015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An essential role of N-terminal domain of copper chaperone in the enzymatic activation of Cu/Zn-superoxide dismutase (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukuoka Mami、Tokuda Eiichi、Nakagome Kenta、Wu Zhiliang、Nagano Isao、Furukawa Yoshiaki
  • 雑誌名: Journal of Inorganic Biochemistry 巻: 175 ページ: 208-216
  • DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2017.07.036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abnormal protein oligomers for neurodegeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: Tokuda Eiichi、Furukawa Yoshiaki
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 8 号: 25 ページ: 39943-39944
  • DOI: 10.18632/oncotarget.18030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aggregation of FET Proteins as a Pathological Change in Amyotrophic Lateral Sclerosis (2017)
  • 著者名/発表者名: Furukawa Yoshiaki、Tokuda Eiichi
  • 雑誌名: Advances in Experimental Medicine and Biology 巻: 925 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1007/5584_2016_32
  • ISBN: 9789811037092, 9789811037108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immunochemical characterization on pathological oligomers of mutant Cu/Zn-superoxide dismutase in amyotrophic lateral sclerosis (2017)
  • 著者名/発表者名: Eiichi Tokuda, Itsuki Anzai, Takao Nomura, Keisuke Toichi, Masahiko Watanabe, Shinji Ohara, Seiji Watanabe, Koji Yamanaka, Yuta Morisaki, Hidemi Misawa, and Yoshiaki Furukawa
  • 雑誌名: Molecular Neurodegeneration 巻: 12 号: 1 ページ: 2-2
  • DOI: 10.1186/s13024-016-0145-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A misfolded dimer of Cu/Zn-superoxide dismutase leading to pathological oligomerization in amyotrophic lateral sclerosis (2017)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Anzai, Eiichi Tokuda, Atsushi Mukaiyama, Shuji Akiyama, Fumito Endo, Koji Yamanaka, Hidemi Misawa, and Yoshiaki Furukawa
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 26 号: 3 ページ: 484-496
  • DOI: 10.1002/pro.3094
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Screening of Drugs Inhibiting In vitro Oligomerization of Cu/Zn-Superoxide Dismutase with a Mutation Causing Amyotrophic Lateral Sclerosis (2016)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Anzai, Keisuke Toichi, Eiichi Tokuda, Atsushi Mukaiyama, Shuji Akiyama, and Yoshiaki Furukawa
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Biosciences 巻: 3 ページ: 40-40
  • DOI: 10.3389/fmolb.2016.00040
  • 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] Copper homeostasis as a therapeutic target in amyotrophic lateral sclerosis with SOD1 mutations (2016)
  • 著者名/発表者名: Eiichi Tokuda and Yoshiaki Furukawa
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 17 号: 5 ページ: 636-636
  • DOI: 10.3390/ijms17050636
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 大腸菌におけるスーパーオキシドディスムターゼの銅イオン獲得メカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明
  • 学会等名: 日本農芸化学会大会2020
  • 招待講演
• [学会発表] Demetallated Cu/Zn-superoxide dismutase as a pathogenic entity causing neurodegeneration (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: Towards a cure for amyloid diseases: a successful example of precision and translational medicine
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Misfolded SOD1 as a pathological species in sporadic forms of amyotrophic lateral sclerosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: The 4th Joint Conference between KMU and Keio University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] タンパク質のミスフォールディングがもたらす神経変性疾患 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明
  • 学会等名: 医工連携シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Demetallated Cu/Zn-superoxide dismutase as a pathogenic entity causing neurodegeneration (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: Biometal Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A misfolding of Cu/Zn-superoxide dismutase in amyotrophic lateral sclerosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: The 10th APRU Population Aging Conference
  • 国際学会
• [学会発表] A misfolding mechanism of Cu/Zn-superoxide dismutase under oxidative conditions of amyotrophic lateral sclerosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa, Itsuki Anzai, Eiichi Tokuda, Atsushi Mukaiyama, Shuji Akiyama
  • 学会等名: 15th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] 神経変性疾患関連タンパク質SOD1の自己酸化によるミスフォールディング機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安齋 樹、徳田 栄一、向山 厚、秋山 修志、古川 良明
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 銅シャペロンCCSがSOD1タンパク質に銅イオンを供給するメカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 羽飼 友昭、福岡 真実、古川 良明
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 大腸菌における銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼの生理的役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明、吉田 昴生
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] バクテリアにおける銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼの生理的役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明、吉田 昂生、草野 孝央、高橋 愛海
  • 学会等名: メタルバイオサイエンス研究会2019
• [学会発表] Metal-deficiency in Cu/Zn-superoxide dismutase: a potential cause of motor neuron disease, ALS (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A misfolding mechanism of Cu/Zn-superoxide dismutase under oxidative conditions of amyotrophic lateral sclerosis (2018)
  • 著者名/発表者名: Itsuki Anzai, Eiichi Tokuda, Atsushi Mukaiyama, Shuji Akiyama, and Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Factors controlling expression levels of periplasmic Cu/Zn-superoxide dismutase in Escherichia coli (2018)
  • 著者名/発表者名: Koki Yoshida and Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Conformation-dependent toxicity of Cu/Zn-superoxide dismutase in Caenorhabditis elegans (2018)
  • 著者名/発表者名: Ayano Toba, Eiichi Tokuda, and Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 国際学会
• [学会発表] A network for intracellular copper distribution controlled by interactions between copper chaperones (2018)
  • 著者名/発表者名: Kyoka Matsumoto, Kenta Nakagome, and Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Wild-type SOD1 is misfolded in cerebrospinal fluid of sporadic ALS (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa, Eiichi Tokuda, Shinji Ohara, Noriko Fujiwara
  • 学会等名: 22nd International Symposium on ALS/MND
  • 国際学会
• [学会発表] 神経変性疾患に見られる生体内銅イオン動態の異常 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古川良明
  • 学会等名: 第６回メタロミクス研究フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] A mechanism on copper acquisition of bacterial Cu/Zn-superoxide dismutase (2018)
  • 著者名/発表者名: 古川良明
  • 学会等名: 第５６回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症における銅・亜鉛結合タンパク質SOD1のミスフォールディングメカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 古川良明
  • 学会等名: 第１８回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] A chaperone-independent maturation mechanism of Cu/Zn-superoxide dismutase (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 5th Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry
  • 発表場所: Kolkata (India)
  • 年月日: 2017-01-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症に見られる銅・亜鉛結合タンパク質SOD1のミスフォールディングメカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 古川良明
  • 学会等名: 第５回メタロミクス研究フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 生体内の銅イオン動態と神経変性疾患 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古川良明
  • 学会等名: 分子研研究会「生体金属動態」
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of metallochaperone in the activation of Cu/Zn-superoxide dismutase (2017)
  • 著者名/発表者名: 古川良明
  • 学会等名: 第１７回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] SOD1-linked familial ALS with marked intrafamilial phenotypic variation. How clinical features relate to pathology? (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinji Ohara, Yo-ichi Takei, Akinori Nakamura, Kenya Oguchi, Hidemi Misawa, and Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: International Conference on Neurology and Brain Disorders
  • 招待講演
• [学会発表] Development of peptides that specifically recognize misfolded SOD1 proteins in amyotrophic lateral sclerosis (2017)
  • 著者名/発表者名: Eiichi Tokuda, Kenichi Nagasawa, Takao Nomura, Hidemi Misawa, Shinji Ohara, Koji Yamanaka, and Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 28th International Symposium on ALS/MND
  • 招待講演
• [学会発表] 筋萎縮性側索硬化症にみられる変異型SOD1への金属イオン結合の異常 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古川良明、徳田栄一、大原慎司、山中宏二、三澤日出巳
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] A mechanism of enzymatic activation of Cu/Zn-superoxide dismutase by its copper chaperone (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa and Mami Fukuoka
  • 学会等名: 日本生物物理学会第55回年会
• [学会発表] Development of peptides that specifically recognize misfolded SOD1 proteins in amyotrophic lateral sclerosis (2017)
  • 著者名/発表者名: 徳田栄一、長澤健一、野村尚生、三澤日出巳、山中宏二、古川良明
  • 学会等名: 第40回日本神経科学会大会
• [学会発表] タンパク質の構造異常を検出できるファージの開発と神経変性疾患の病理解明への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古川良明、徳田栄一、長澤健一、野村尚生、山中宏二、三澤日出巳、大原慎司
  • 学会等名: 第44回生体分子科学討論会
• [学会発表] A dual role of cysteine residues in the activation of Escherichia coli Cu/Zn-superoxide dismutase (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 8th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 発表場所: Auckland (New Zealand)
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] A mechanism on the allosteric activation of Cu/Zn-superoxide dismutase (2016)
  • 著者名/発表者名: Mami Fukuoka and Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 8th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 発表場所: Auckland (New Zealand)
  • 年月日: 2016-12-04
  • 国際学会
• [学会発表] A quest for metallochaperone supplying a Zn ion to Cu/Zn-superoxide dismutase (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furukawa
  • 学会等名: 第３９回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] A dual role of cysteine residues in the activation of Escherichia coli Cu,Zn-superoxide dismutase (2016)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明、小久保 鉄平、櫻井 靖之
  • 学会等名: 第２６回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-06-17
• [図書] 食と医療 2018 FALL－WINTER Vol．7 (2018)
  • 著者名/発表者名: 「食と医療」事務局
  • 総ページ数: 116
  • 出版者: 講談社
  • ISBN: 9784065140581
• [図書] 脳内環境辞典 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古川 良明
  • 総ページ数: 156
  • 出版者: メディカルドゥ
• [備考] 生命機構化学研究室
  • URL: https://furukawa-lab.org
• [備考] 慶應理工のタンパク質科学（生命機構化学・古川研究室）
  • URL: https://furukawa.mixh.jp
• [備考] Furukawa Lab. Home
  • URL: http://www.chem.keio.ac.jp/~furukawa/index.html