フェロトーシスの制御機序と責任脂質酸化種の同定

• 研究課題/領域番号: 20KK0363
• 研究種目: 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分53040:腎臓内科学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 三島 英換 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (00706939)
• 研究期間 (年度): 2021 – 2023
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
• キーワード: 細胞死 / フェロトーシス / 脂質ラジカル / 過酸化脂質 / 酸化ストレス / 急性腎障害 / アポトーシス / ビタミンK / 脂質酸化 / 虚血再灌流障害

研究開始時の研究の概要

フェロトーシス（Ferroptosis）は脂質酸化依存性の制御性細胞死の様式であり、グルタチオンの枯渇や過剰な酸化ストレスなどによって細胞内に酸化脂質が過剰に蓄積することで生じる細胞死である。急性組織障害、神経変性疾患、抗がん剤感受性等の機序への関与が知られておりフェロトーシスの病態関与の解明および薬剤的制御はこれら病態の新規治療法につながる。本研究では個別の脂質酸化種が細胞に与えるin vitro検討とフェロトーシス病態モデルであるGPX4誘導KOマウスによる急性腎不全組織のin vivo検討の統合的脂質解析からフェロトーシス発動に直接的に関与する脂質酸化種の同定を行う。

研究実績の概要

1　フェロトーシスの制御機構の解明検討する過程で、食品機能成分でもあるビタミンKに強力なフェロトーシス抑制作用があることを見出した。その機序としては、これまでCoQ10還元酵素として知られていたFSP1がビタミンKを還元し、還元型ビタミンKが脂質ラジカルを捕捉することでフェロトーシスを抑制することを明らかにした。また、本知見は、これまで分子正体が明らかでなかったワルファリン抵抗性のビタミンK還元酵素の正体がFSP1であること見出したものであり、抗凝固薬であるワルファリン中毒時になぜビタミンKの投与が解毒作用をしめすかの機序の解明にもつながった。
2　フェロトーシスの抑制に重要な役割を担うGPX4の酵素活性の汎用性の高いアッセイ法の開発を行った。GPX4はセレノプロテインという特殊なタンパク質ファミリーであることから大腸菌での組換えタンパク質の生成が困難であった。そのため本アッセイでは、タグ付きGPX4を強制発現させた培養細胞からGPX4をアフィニティー精製することで回収したGPX4を用いる方法を使用した。本方法によって、GPX4の変異体の機能解析や、GPX4の阻害薬であるRSL3の阻害評価を可能とした。本方法は、GPX4のみならず他のフェロトーシス抑制タンパク質であるFSP1についても応用可能であることを検証し、本アッセイ法を用いて新規のFSP1阻害薬としてWIN62577を同定した。

研究成果

• [国際共同研究] ヘルムホルツ研究センターミュンヘン(ドイツ) (2021)
  • 年月日: 2021-04-01
• [雑誌論文] A tangible method to assess native ferroptosis suppressor activity (2024)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Toshitaka、Ito Junya、Mourao Andre Santos Dias、Wahida Adam、Nakagawa Kiyotaka、Mishima Eikan、Conrad Marcus
  • 雑誌名: Cell Reports Methods 巻: 4 号: 3 ページ: 100710-100710
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2024.100710
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Membrane Dynamics and Cation Handling in Ferroptosis (2024)
  • 著者名/発表者名: Hirata Yusuke、Mishima Eikan
  • 雑誌名: Physiology 巻: 39 号: 2 ページ: 73-87
  • DOI: 10.1152/physiol.00029.2023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Integrated chemical and genetic screens unveil FSP1 mechanisms of ferroptosis regulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Toshitaka、Mishima Eikan、Yamada Naoya、Mour?o Andr? Santos Dias、Tr?mbach Dietrich、Doll Sebastian、Wanninger Jonas、Lytton Elena、Sennhenn Peter、Nishida Xavier da Silva Thamara、Angeli Jos? Pedro Friedmann、Sattler Michael、Proneth Bettina、Conrad Marcus
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 30 号: 11 ページ: 1806-1815
  • DOI: 10.1038/s41594-023-01136-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DHODH inhibitors sensitize to ferroptosis by FSP1 inhibition (2023)
  • 著者名/発表者名: Mishima Eikan、Nakamura Toshitaka、Zheng Jiashuo、Zhang Weijia、Mour?o Andr? Santos Dias、Sennhenn Peter、Conrad Marcus
  • 雑誌名: Nature 巻: 619 号: 7968 ページ: E9-E18
  • DOI: 10.1038/s41586-023-06269-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase separation of FSP1 promotes ferroptosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Toshitaka、Hipp Clara、Santos Dias Mour?o Andr?、Borggr?fe Jan、Aldrovandi Maceler、Henkelmann Bernhard、Wanninger Jonas、Mishima Eikan、Lytton Elena、Emler David、Proneth Bettina、Sattler Michael、Conrad Marcus
  • 雑誌名: Nature 巻: 619 号: 7969 ページ: 371-377
  • DOI: 10.1038/s41586-023-06255-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Diverse biological functions of vitamin K: from coagulation to ferroptosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Mishima Eikan、Wahida Adam、Seibt Tobias、Conrad Marcus
  • 雑誌名: Nature Metabolism 巻: 5 号: 6 ページ: 924-932
  • DOI: 10.1038/s42255-023-00821-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 脂質酸化細胞死を抑制するビタミンKとその還元酵素の発見 (2023)
  • 著者名/発表者名: 伊藤隼哉 三島英換 仲川清隆
  • 雑誌名: B＆I 巻: 81 ページ: 100-103
• [雑誌論文] 腎障害における細胞死update (2023)
  • 著者名/発表者名: 三島英換
  • 雑誌名: 日腎会誌 巻: 65 ページ: 17-24
• [雑誌論文] A non-canonical vitamin K cycle is a potent ferroptosis suppressor (2022)
  • 著者名/発表者名: Mishima E, Ito J, Wu Z, Nakamura T, Wahida A, Doll S, Tonnus W, Nepachalovich P, Eggenhofer E, Aldrovandi M, Henkelmann B, Yamada KI, Wanninger J, Zilka O, Sato E, Feederle R, Hass D, Maida A, Linkermann A, Geissler EK, Conrad M
  • 雑誌名: Nature 巻: 608 号: 7924 ページ: 778-783
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05022-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] What’s New in the Molecular Mechanisms of Diabetic Kidney Disease: Recent Advances (2022)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Kimio、Sato Emiko、Mishima Eikan、Miyazaki Mariko、Tanaka Tetsuhiro
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 号: 1 ページ: 570-570
  • DOI: 10.3390/ijms24010570
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nutritional and Metabolic Control of Ferroptosis (2022)
  • 著者名/発表者名: Mishima Eikan、Conrad Marcus
  • 雑誌名: Annual Review of Nutrition 巻: 42 号: 1 ページ: 275-309
  • DOI: 10.1146/annurev-nutr-062320-114541
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 腎臓病と腸内細菌叢：最近の話題を中心に (2022)
  • 著者名/発表者名: 三島英換 菊地晃一 阿部高明
  • 雑誌名: 腎臓内科 巻: 16 ページ: 477-482
• [雑誌論文] Gut Microbiota Dynamics and Uremic Toxins (2022)
  • 著者名/発表者名: Mishima Eikan、Abe Takaaki
  • 雑誌名: Toxins 巻: 14 号: 2 ページ: 146-146
  • DOI: 10.3390/toxins14020146
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of the microbiota in hypertension and antihypertensive drug metabolism (2021)
  • 著者名/発表者名: Mishima Eikan、Abe Takaaki
  • 雑誌名: Hypertension Research 巻: 45 号: 2 ページ: 246-253
  • DOI: 10.1038/s41440-021-00804-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] The E2F1-IREB2 axis regulates neuronal ferroptosis in cerebral ischemia (2021)
  • 著者名/発表者名: Mishima Eikan
  • 雑誌名: Hypertension Research 巻: Online ahead of print. 号: 6 ページ: 1085-1086
  • DOI: 10.1038/s41440-021-00837-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] SGLT‐1‐specific inhibition ameliorates renal failure and alters the gut microbial community in mice with adenine‐induced renal failure (2021)
  • 著者名/発表者名: Ho Hsin‐Jung、Kikuchi Koichi、Oikawa Daiki、Watanabe Shun、Kanemitsu Yoshitomi、Kagawa Yoshiteru、その他19名
  • 雑誌名: Physiological Reports 巻: 9 号: 24 ページ: 15092-15092
  • DOI: 10.14814/phy2.15092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sorafenib fails to trigger ferroptosis across a wide range of cancer cell lines (2021)
  • 著者名/発表者名: Zheng Jiashuo、Sato Mami、Mishima Eikan、Sato Hideyo、Proneth Bettina、Conrad Marcus
  • 雑誌名: Cell Death & Disease 巻: 12 号: 7 ページ: 698-698
  • DOI: 10.1038/s41419-021-03998-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] DHODH inhibitors sensitize cancer cells to ferroptosis via FSP1 inhibition (2023)
  • 著者名/発表者名: Eikan Mishima
  • 学会等名: EMBO Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] フェロトーシスと腎臓病 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三島英換
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ビタミンK のフェロトーシス抑制作用の解明とビタミンK 還元酵素の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 三島英換
  • 学会等名: ビタミン学会第75回大会
  • 招待講演
• [学会発表] 急性尿細管障害における細胞死を再考する：アポトーシス？フェロトーシス？ (2023)
  • 著者名/発表者名: 三島英換
  • 学会等名: 第６６回日本腎臓学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] Non-canonical vitamin K cycle is a potent ferroptosis suppressor (2022)
  • 著者名/発表者名: Eikan Mishima
  • 学会等名: Redox week 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Non-canonical vitamin K cycle is a potent ferroptosis suppressor (2022)
  • 著者名/発表者名: Eikan Mishima
  • 学会等名: Cold spring harbor meeting Asia
  • 国際学会
• [学会発表] Role of Vitamin K on ferroptosis and warfarin toxicity: unexpected link (2022)
  • 著者名/発表者名: Eikan Mishima
  • 学会等名: 第27回心血管内分泌学会 学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] コロナ下でのドイツ留学とフェロトーシス研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 三島英換
  • 学会等名: 第52回日本腎臓学会西部学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Ferroptosis regulation and kidney disease (2022)
  • 著者名/発表者名: Eikan Mishima
  • 学会等名: 第65回日本腎臓学会学術総会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] With コロナでの留学は可能か (2021)
  • 著者名/発表者名: 三島英換
  • 学会等名: 第2回 Digital Hypertension Conference発表
• [学会発表] 慢性大動脈解離の偽腔閉塞化による腎動脈狭窄に対してPTRAを施行し腎虚血の改善をDW-MRIで評価しえた1例 (2021)
  • 著者名/発表者名: 三島英換
  • 学会等名: 第9回臨床高血圧フォーラム
• [備考] Marcsu Conrad lab
  • URL: https://www.conradlaboratory.com/
• [備考] 東北大学病院 腎臓高血圧内科
  • URL: https://www.hosp.tohoku.ac.jp/departments/d1103/
• [備考] Conrad Laboratory
  • URL: https://www.conradlaboratory.com/
• [備考] 東北大学プレスリリース
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2022/08/press20220804-01-vitamink.html
• [産業財産権] フェロトーシス抑制剤 (2022)
  • 発明者名: 三島英換
  • 権利者名: 三島英換
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2022
  • 外国