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電子伝達系におけるユビキノンと活性イオウ分子とのレドックスカップルの意義

公募研究

研究領域酸素を基軸とする生命の新たな統合的理解
研究課題/領域番号 17H05519
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関筑波大学

研究代表者

熊谷 嘉人  筑波大学, 医学医療系, 教授 (00250100)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2017年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード活性イオウ分子 / レドックスカップル / 電子伝達系 / 親電子物質
研究実績の概要

レドックスシグナル伝達の可逆性担保における活性イオウ分子の役割において、ROSによるタンパク質システイン残基の(過剰)酸化とそれに伴う不可逆的な修飾(たとえば、SO2H基やSO3H基)に対する活性イオウ分子の寄与の解明を目的とした。ジメドンプローブと質量分析を駆使した非細胞系および細胞系実験より、センサータンパク質であるPTP1Bの活性部位Cys215は、パースルフィド処置によりSSH基に変換され、次にH2O2処理によりSSOH基やSSOnH基に酸化されても、DTTのような還元剤やチオレドキシンとその関連タンパク質で処理すると、低下した酵素活性は部分的に回復した。一方、PTP1BをH2O2処理してパースルフィド処置しても酵素活性は低下したままだった。さらに、A431細胞を用いて検討した結果、H2O2処理しなくても複数のタンパク質がSSOH基やSSOnH基に酸化されており、PTP1Bもそのひとつであることが示唆された。以上より、PTP1Bのような反応性の高いシステイン残基を有するタンパク質は細胞内でSSOH基やSSOnH基のような状態で制御されており、チオレドキシンとその関連タンパク質で可逆性が担保されている可能性が考えられた。また、パースルフィドと電子受容体との1電子酸化還元反応を介したレドックス反応を調べた。ESRでの検討により、高い1電子還元ポテンシャル値を有する9.10-フェナントラキノン(9,10-PQ)はNa2S2との反応において、分子状酸素消費の消費に伴い、前者は9,10-PQセミキノンラジカル体および後者はパースルフィドラジカル体にそれぞれ変換された。生じたパースルフィドラジカル体は好気的条件下でも安定であった。同様の知見はビタミンK3やピロロキノリンだけでなく、ユビキノンのような内因性キノン系化合物でも認められた。一連の結果は、種々のキノン由来電子受容体とパースルフィドは1電子酸化還元反応に起因するレドックスカップルを生じることを示唆している。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The Uptake and Release of Polysulfur Cysteine Species by Cells: Physiological and Toxicological Implications.2019

    • 著者名/発表者名
      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.
    • 雑誌名

      Chem Res Toxicol

      巻: 32 号: 3 ページ: 447-455

    • DOI

      10.1021/acs.chemrestox.8b00340

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The reaction of hydrogen sulfide with disulfides: formation of a stable trisulfide and implications for biological systems2018

    • 著者名/発表者名
      Bianco Christopher L、Akaike Takaaki、Ida Tomoaki、Nagy Peter、Bogdandi Virag、Toscano John P、Kumagai Yoshito、Henderson Catherine F、Goddu Robert N、Lin Joseph、Fukuto Jon M
    • 雑誌名

      British Journal of Pharmacology

      巻: 176 号: 4 ページ: 671-683

    • DOI

      10.1111/bph.14372

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Biological hydropersulfides and related polysulfides - a new concept and perspective in redox biology2018

    • 著者名/発表者名
      Fukuto Jon M.、Ignarro Louis J.、Nagy Peter、Wink David A.、Kevil Christopher G.、Feelisch Martin、Cortese-Krott Miriam M.、Bianco Christopher L.、Kumagai Yoshito、Hobbs Adrian J.、Lin Joseph、Ida Tomoaki、Akaike Takaaki
    • 雑誌名

      FEBS Letters

      巻: 592 号: 12 ページ: 2140-2152

    • DOI

      10.1002/1873-3468.13090

    • NAID

      120007133961

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 酸化・親電子ストレスとそれを制御する活性イオウ分子2019

    • 著者名/発表者名
      熊谷嘉人
    • 学会等名
      日本薬学会第139年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] サルフェン硫黄(sulfane sulfur)結合タンパク質としてのメタロチオネイン:レドックス制御に関する新たな提案2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷嘉人
    • 学会等名
      メタルバイオサイエンス研究会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Electrophilic stress regulated by reactive sulfur species2018

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Y
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Home Oxygenase 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electrophilic stress: Good or Bad?2018

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Y
    • 学会等名
      Environmental Health Conference 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ケミカルバイオロジーを基盤とした酸化・親電子ストレスを生じる化学物質の毒性学的研究2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷嘉人
    • 学会等名
      第45回日本毒性学会学術年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Environmental electrophiles and reactive sulfur species: implications to regulation of redox signaling and toxicity2018

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Y
    • 学会等名
      The 8th International Congress of Asian Society of Toxicology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] サルフェン硫黄(sulfane sulfur)結合タンパク質としてのメタロチオネイン-3の同定とその機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      新開泰弘、Yunjie Ding、熊谷嘉人
    • 学会等名
      メタルバイオサイエンス研究会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 新しいレドックス反応:パースルフィドはキノン系化合物を一電子還元する2018

    • 著者名/発表者名
      安孫子ユミ、中井由実、Luong Cong Nho、Fukuto M Jon、熊谷嘉人
    • 学会等名
      フォーラム2018:衛生薬学・環境トキシコロジー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Persulfide as a protection factor to block peroxidation of protein cysteine residue2018

    • 著者名/発表者名
      Nho Cong Luong、Abiko Y、Kumagai Y
    • 学会等名
      フォーラム2018:衛生薬学・環境トキシコロジー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] パースルフィド・ポリスルフィドとの反応を介した環境中電子受容体のレドックスサイクルで生じるチイルラジカル2018

    • 著者名/発表者名
      安孫子ユミ、中井由実、Nho Cong LUONG、Jon M FUKUTO、熊谷嘉人
    • 学会等名
      第45回日本毒性学会学術年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Activation of Epidermal Growth Factor Receptor Signaling Through S-oxidation of Protein Tyrosine Phosphatase 1B in A431 Cells by Reactive Oxygen Species Produced from 9 10-Phenanthrenequinone2018

    • 著者名/発表者名
      Luong Cong Nho、Abiko Y、Kumagai Y
    • 学会等名
      The 8th International Congress of Asian Society of Toxicology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 環境中電子受容体とパースルフィドとの反応で生じるパーチイルラジカル.2017

    • 著者名/発表者名
      安孫子ユミ、中井由実、Luong Cong Nho、熊谷嘉人.
    • 学会等名
      フォーラム2017:衛生薬学・環境トキシコロジー
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 9,10- フェナントラキノンにより生じた活性酸素種によるプロテインチロシンフォスファターゼ活性阻害に対するパースルフィドおよびポリスルフィドの保護効果.2017

    • 著者名/発表者名
      Luong Cong Nho、安孫子ユミ、熊谷嘉人.
    • 学会等名
      フォーラム2017:衛生薬学・環境トキシコロジー
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Reactive oxygen species produced from 9,10-phenanthrenequinone activate epidermal growth factor receptor signaling through oxidative modification of protein tyrosine phosphatase 1B.2017

    • 著者名/発表者名
      Luong Cong Nho, Abiko Y, Kumagai Y.
    • 学会等名
      第44回日本毒性学会学術年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 筑波大学医学医療系環境生物学研究室

    • URL

      http://www.md.tsukuba.ac.jp/environmental_medicine/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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