ポリサルファ代謝系を介する新しい抗酸化ストレス制御機構の解明

2014 年度 実績報告書

• 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: 26111008
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798)
• 研究分担者: 上原 孝 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (00261321) ; 渡辺 泰男 昭和薬科大学, 薬学部, 教授 (10273228) ; 澤 智裕 熊本大学, 生命科学研究部, 教授 (30284756) ; 朽津 和幸 東京理科大学, 理工学部, 教授 (50211884) ; 井田 智章 東北大学, 医学系研究科, 助教 (70570406)
• 研究期間 (年度): 2014-06-27 – 2019-03-31
• キーワード: 活性酸素 / 代謝 / ケミカルバイオロジー / メタボローム / 抗酸化

研究実績の概要

本研究では、システインのイオウ付加体であるシステインパースルフィドをはじめとする活性ポリスルフィドの生理機能に注目し、メタボローム解析手法（ポリサルファメタボローム）を駆使して、動物および植物における活性イオウ・ポリサルファ系のユニークな抗酸化制御システムの全貌を解明することを目的としている。本年度は、ポリスルフィド系活性イオウ分子種の生体内生成動態の解析と活性イオウ分子種により制御される抗酸化シグナルの分子機構の解析を行った。活性イオウ分子種の動態解析では、まず、アルキル化試薬としてモノブロモビマンおよびヨードアセトアミド誘導体を用いた高感度タンデム質量分析計（LC-MS/MS）による各種ポリスルフィドの検出・同定システムの開発に成功した。この検出システムを用いた精密な定量解析により、ヒト肺がんA549細胞などの培養細胞やヒトやマウスの各種臓器，血液中に多様なポリスルフィド化合物が様々なレベルで存在することを明らかにした。特にグルタチオンパースルフィドは100μMを超える高い細胞内濃度で存在することが分かった。さらに、培養細胞を用いた実験から、生体内ポリスルフィドの生成はシスタチオニンβ-シンターゼ（CBS）およびシスタチオニンγ-リアーゼ（CSE）に依存することが確認された。また、ポリサルファ化合物の抗酸化作用として、グルタチオンパースルフィドなどの活性ポリスルフィドが、過酸化水素を分解・消去する強力な抗酸化活性を有すること、および活性酸素シグナルのセカンドメッセンジャーである8-ニトロ-cGMPと速やかに反応して8-SH-cGMPへと代謝・変換することを明らかにした。8-SH-cGMPの生成は培養細胞や各種組織試料でも確認され、CBSおよびCSEの酵素活性に依存することが示された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計画どおり、モノブロモビマンおよびヨードアセトアミド誘導体を用いたLC-MS/MSによるポリサルファメタボローム解析系の構築に成功し、各種生体試料のポリサルファ化合物の定量解析を行うことができた。活性イオウ分子の抗酸化能についても詳細な解析を行った。ほぼ研究実施計画どおりに研究を推進、成果を得ることができたと考えられる。

今後の研究の推進方策

これまでのところ、ほぼ当初の研究実施計画に沿った成果が得られており、計画変更を要するような研究上の問題はない。本年度までの成果を踏まえながら、次年度以降も当初の計画どおりに研究を推進していく。

研究成果

• [雑誌論文] Endogenous S-sulfhydration of PTEN helps protect against modification by nitric oxide (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohno K, Okuda K, Uehara T.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 456 ページ: 245-249
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.11.066.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Correlation between attenuation of protein disulfide isomerase activity through S-mercuration and neurotoxicity induced by methylmercury (2015)
  • 著者名/発表者名: Makino K, Okuda K, Sugino E, Nishiya T, Toyama T, Iwawaki T, Fujimura M, Kumagai Y, Uehara T.
  • 雑誌名: Neurotox Res 巻: 27 ページ: 99-105
  • DOI: 10.1007/s12640-014-9494-8.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Apoplastic ROS production upon pollination by RbohH and RbohJ in Arabidopsis (2015)
  • 著者名/発表者名: Kaya H, Iwano M, Takeda S, Kanaoka MM, Kimura S, Abe M, Kuchitsu K.
  • 雑誌名: Plant Signal Behav 巻: 10 ページ: e989050
  • DOI: 10.4161/15592324.2014.989050.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mesenchymal stem cells correct inappropriate epithelial-mesenchyme relation in pulmonary fibrosis using stanniocalcin-1 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ono M, Ohkouchi S, Kanehira M, Tode N, Kobayashi M, Ebina M, Nukiwa T, Irokawa T, Ogawa H, Akaike T, Okada Y, Kurosawa H, Kikuchi T, Ichinose M.
  • 雑誌名: Mol Ther 巻: 23 ページ: 549-560
  • DOI: 10.1038/mt.2014.217.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] H2Sの生体内生成とシグナル機能の正体：システインパースルフィドの再発見と新機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 34 ページ: 346-348
• [雑誌論文] RSSによる抗酸化・レドックスシグナル制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、藤井重元、赤池孝章.
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 34 ページ: 354-357
• [雑誌論文] RSSの生合成系とタンパク質機能制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡邊泰男、石井 功、蕨 栄治.
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 34 ページ: 372-376
• [雑誌論文] 細菌の硫化水素・RSSの代謝シグナル制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 津々木博康、小野勝彦、澤 智裕.
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 34 ページ: 392-395
• [雑誌論文] Redox signal regulation via nNOS phosphorylation at Ser847 in PC12 cells and rat cerebellar granule neurons (2014)
  • 著者名/発表者名: Kasamatsu S, Watanabe Y, Sawa T, Akaike T, Ihara H.
  • 雑誌名: Biochem J 巻: 459 ページ: 251-263
  • DOI: 10.1042/BJ20131262.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SIRT7 controls hepatic lipid metabolism by regulating the ubiquitin-proteasome pathway (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshizawa T, Karim MF, Sato Y, Senokuchi T, Miyata K, Fukuda T, Go C, Tasaki M, Uchimura K, Kadomatsu T, Tian Z, Smolka C, Sawa T, Takeya M, Tomizawa K, Ando Y, Araki E, Akaike T, Braun T, Oike Y, Bober E, Yamagata K.
  • 雑誌名: Cell Metab 巻: 19 ページ: 712-721
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2014.03.006.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Promotion of atherosclerosis by Helicobacter cinaedi infection that involves macrophage-driven proinflammatory responses (2014)
  • 著者名/発表者名: Khan S, Rahman HN, Okamoto T, Matsunaga T, Fujiwara Y, Sawa T, Yoshitake J, Ono K, Ahmed KA, Rahaman MM, Oyama K, Takeya M, Ida T, Kawamura Y, Fujii S, Akaike T.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 4 ページ: 4680
  • DOI: 10.1038/srep04680.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reactive cysteine persulfides and S-polythiolation regulate oxidative stress and redox signaling (2014)
  • 著者名/発表者名: Ida T, Sawa T, Ihara H, Tsuchiya Y, Watanabe Y, Kumagai Y, Suematsu M, Motohashi H, Fujii S, Matsunaga T, Yamamoto M, Ono K, Devarie-Baez NO, Xian M, Fukuto JM, Akaike T.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 111 ページ: 7606-7611
  • DOI: 10.1073/pnas.1321232111.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High ice nucleation activity located in blueberry stem bark is linked to primary freeze initiation and adaptive freezing behaviour of the bark (2014)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto T, Yamazaki H, Saruwatari A, Murakawa H, Sekozawa Y, Kuchitsu K, Price WS, Ishikawa M.
  • 雑誌名: AoB Plants 巻: 6 ページ: pii: plu044
  • DOI: 10.1093/aobpla/plu044.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expression of suppressor of cytokine signaling 3 in cerebrospinal fluid after subarachnoid hemorrhage (2014)
  • 著者名/発表者名: Osuka K, Watanabe Y, Aoyama M, Nakura T, Matsuo N, Takayasu M.
  • 雑誌名: J Neuroinflammation 巻: 11 ページ: 142
  • DOI: 10.1186/s12974-014-0142-2.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Eotaxin-3 activates the Smad pathway through the transforming growth factor beta 1 in chronic subdural hematoma outer membranes (2014)
  • 著者名/発表者名: Osuka K, Watanabe Y, Usuda N, Aoyama M, Takeuchi M, Takayasu M.
  • 雑誌名: J Neurotrauma 巻: 31 ページ: 1451-1456
  • DOI: 10.1089/neu.2013.3195.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Role of 8-nitro-cGMP and its redox regulation in cardiovascular electrophilic signaling (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishida M, Toyama T, Akaike T.
  • 雑誌名: J Mol Cell Cardiol 巻: 73 ページ: 10-17
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2014.02.003.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Roles of autophagy in male reproductive development in plants (2014)
  • 著者名/発表者名: Hanamata S, Kurusu T, Kuchitsu K.
  • 雑誌名: Front Plant Sci 巻: 5 ページ: 457
  • DOI: 10.3389/fpls.2014.00457.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Clinical and bacteriological characteristics of Helicobacter cinaedi infection (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Y, Tomida J, Morita Y, Fujii S, Okamoto T, Akaike T.
  • 雑誌名: J Infect Chemother 巻: 20 ページ: 517-526
  • DOI: 10.1016/j.jiac.2014.06.007.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Regulation of xylanase elicitor-induced expression of defense-related genes involved in phytoalexin biosynthesis by a cation channel OsTPC1 in suspension-cultured rice cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Hamada H, Kurusu T, Nokajima H, Kiyoduka M, Yano K, Kuchitsu K.
  • 雑誌名: Plant Biotech 巻: 31 ページ: 329-334
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.14.0805b
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Redox chemistry and chemical biology of H2S, hydropersulfides, and derived species: implications of their possible biological activity and utility (2014)
  • 著者名/発表者名: Ono K, Akaike T, Sawa T, Kumagai Y, Wink DA, Tantillo DJ, Hobbs AJ, Nagy P, Xian M, Lin J, Fukuto JM.
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med 巻: 77 ページ: 82-94
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.09.007.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Helicobacter cinaedi meningitis: a case report and review of previous cases (2014)
  • 著者名/発表者名: Okubo H, Goto M, Sato M, Sugiyama T, Kawano M, Matsunaga T, Akaike T.
  • 雑誌名: J Neurol Sci 巻: 347 ページ: 396-397
  • DOI: 10.1016/j.jns.2014.10.011.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 活性酸素による多階層シグナル伝達機構とレドックス恒常性制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 雑誌名: Yakugaku Zasshi 巻: 134 ページ: 515-519
• [雑誌論文] 測定装置としての顕微鏡を用いた生物機能の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村田 隆、稲田のりこ、朽津和幸.
  • 雑誌名: バイオイメージング 巻: 23 ページ: 11
• [雑誌論文] 植物のオートファジー動態の簡便な定量解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 花俣 繁、来須孝光、朽津和幸.
  • 雑誌名: バイオイメージング 巻: 23 ページ: 23-27
• [雑誌論文] 活性酸素と炎症 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、赤池孝章、澤 智裕、藤井重元.
  • 雑誌名: 感染・炎症・免疫 巻: 44 ページ: 104-109
• [雑誌論文] システインパースルフィドの生体内生成と生理機能の再発見：活性イオウ分子による抗酸化・レドックスシグナル制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 32 ページ: 2123-2126
• [雑誌論文] 小胞体ストレスによる生と死：細胞応答の新たな役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上原 孝.
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 32 ページ: 2194-2200
• [雑誌論文] 穀物の花粉・種子形成の新たな仕組み (2014)
  • 著者名/発表者名: 来須孝光、朽津和幸.
  • 雑誌名: 科学フォーラム 巻: 31 ページ: 26-29
• [雑誌論文] フリーラジカル制御系：硫化水素・活性イオウ分子と炎症 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元、井田智章、澤 智裕、赤池孝章.
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 32 ページ: 2803-2809
• [学会発表] 細菌感染における酸化ストレスシグナル制御と感染防御論（浅川賞受賞講演） (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 学会等名: 第88回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 長良川国際会議場（岐阜市）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] 活性イオウ含有分子の再発見とその生物活性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、赤池孝章.
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（名古屋市熱田区）
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] Redox-active cysteine polysulfide modulates NO and electrophilic protein modification (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Akaike.
  • 学会等名: The 2015 Nitric Oxide Gordon Research Conference
  • 発表場所: Four Points Sheraton/Holiday Inn Express (Ventura, CA, USA)
  • 年月日: 2015-02-15 – 2015-02-20
  • 招待講演
• [学会発表] 活性イオウ分子とADH3によるホルムアルデヒド解毒代謝機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、Md. Morshedul Alam、松永哲郎、藤井重元、居原 秀、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • 学会等名: 第14回分子予防環境医学研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学医学部（大阪市阿倍野区）
  • 年月日: 2015-02-13 – 2015-02-14
• [学会発表] 炎症・酸化ストレス応答とフリーラジカル・活性酸素制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 学会等名: 第44回日本創傷治癒学会
  • 発表場所: ホテルメトロポリタン仙台（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-12-02 – 2014-12-03
  • 招待講演
• [学会発表] 活性イオウ分子種によるレドックスシグナルと酸化ストレス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 学会等名: 第386回東北医学会例会シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学艮陵会館（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-11-21 – 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] 活性システインパーサルファイドとS-ポリチオレーションが酸化ストレスを制御する (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、末松 誠、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、山本雅之、Ming Xian、Jon M Fukuto、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] ポリサルファ化とタンパク質レドックス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 学会等名: レドックスシンポジウム：酸素生物学の誕生
  • 発表場所: 名古屋大学ES総合館ESホール（名古屋市千種区）
  • 年月日: 2014-10-11 – 2014-10-11
  • 招待講演
• [学会発表] 活性イオウ分子種による酸化ストレス制御とポリサルファーバイオロジー (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 学会等名: フォーラム2014 衛生薬学・環境トキシコロジー
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 2014-09-19 – 2014-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] 活性システインパーサルファイドによる酸化ストレス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、藤井重元、松永哲郎、Jon M Fukuto、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] 活性イオウ分子種システインパースルフィドによる酸化ストレス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章.
  • 学会等名: 第8回レドックス・ライフイノベーション第170委員会
  • 発表場所: シーガイアコンベンションセンター（宮崎市）
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-23
  • 招待講演
• [学会発表] 細菌の新しいシグナル伝達物質：8-ニトロ-cGMPの同定と機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、松永哲郎、赤司壮一郎、ジョン ミンギョン、津々木博康、藤井重元、居原 秀、澤 智裕、赤池孝章.
  • 学会等名: 第25回日本生体防御学会学術総会
  • 発表場所: 東北大学 片平さくらホール（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-07-09 – 2014-07-11
• [学会発表] タンパク質過イオウ化：酸化ストレスの新しい制御システム (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章.
  • 学会等名: 第41回日本毒性学会学術年会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター（神戸市中央区）
  • 年月日: 2014-07-02 – 2014-07-04
  • 招待講演
• [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/