酸素受容・活性化に伴うリガンドシグナルの生成と制御

2015 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: 26111011
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 内田 浩二 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (40203533)
• 研究分担者: 西田 基宏 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), その他部局等, 教授 (90342641) ; 居原 秀 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60254447)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 活性酸素種 / ケミカルバイオロジー / タンパク質修飾 / リモデリング / レドックス

研究実績の概要

1. LC-ESI-MS/MSを用いた生体内酸化修飾分子の網羅的解析：昨年度までに確立したタンパク質付加体の網羅的解析により、新しい生体内酸化修飾としてタンパク質ピロール化を発見した。LC-ESI-MS/MSを用いたピロールリジンの定量解析法を確立し、動物およびヒト血清からの検出・定量に成功した。特に、動脈硬化症モデル動物（アポE欠損マウス）血清において著明な増加が観察され、疾患との関連性が示唆された。さらに、酸化リポタンパク質において顕著な生成が見られたことから、脂質過酸化反応の関与が示唆される。また、ピロールリジンの相互作用する分子としてアポリポタンパク質Eを同定した。
2. 酸素活性化を起源とするタンパク質酸化修飾による生体防御応答機構の解析：植物性小分子酸素センサーであるEGCGによるタンパク質の酸化的脱アミノ化反応において、不安定中間体であるアミノ化EGCGの検出・定量に成功し、反応の全体像を確立した。また別の酸素センサーであるピロロキノリンキノン (PQQ) に関する研究では、その結合標的分子である乳酸デヒドロゲナーゼA (LDH-A)に結合したPQQが自動酸化を介してNADHを酸化し、ピルビン酸産生を促進するという新規の酵素反応制御機構を明らかにした。
3. タンパク質酸化修飾を基軸にした修復・再生応答機構の解明：昨年度までに、修復・再生応答の一つとして、マクロファージにおけるシクロオキシゲナーゼ-2 (COX-2)誘導を指標にした血管修復・再生に関与する血清分子の探索・同定を行い、ヒト血清アルブミン(HSA)を同定した。本年度は、さらにHSAに関する解析を進め、高脂血症患者血清中に高濃度のCOX-2誘導活性を示す異常HSAが存在し、その本体がホモシステイン化HSAであることを明らかにした。

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

質量分析装置を用いた安定同位体希釈法によるピロールリジンの定量法を確立し、動物およびヒト由来血清におけるピロールリジンの定量に成功した。特に、動脈硬化症モデル動物（アポE欠損マウス）由来血清において著明な増加が観察され、疾患との関連性が示唆されたことは意義深い。さらに、血中タンパク質の中でも特に酸化リポタンパク質において顕著にピロールリジンが検出されたことから、その生成には脂質過酸化反応が関与している可能性が示唆された。さらに、ピロールリジンと相互作用する血清タンパク質としてアポリポタンパク質Eを同定したことは、酸素生物学における新たな発見と考えられる。
EGCGによるタンパク質の酸化的脱アミノ化反応における不安定中間体であるアミノ化EGCGの検出・定量に成功した。また、乳酸デヒドロゲナーゼAに結合したピロロキノリンキノン (PQQ)が自動酸化を介してNADHを酸化し、ピルビン酸産生を促進するという新規の酵素反応制御機構を明らかにしており、成果として評価できる。
さらに、高脂血症患者血清中に、COX-2誘導活性を示す異常HSAが存在し、その本体がホモシステイン化HSAであることを明らかにしており、今後さらなる成果が期待される。

今後の研究の推進方策

ピロールリジンと相互作用するアポリポタンパク質Eによる制御機構の解明は、ピロールリジンの生理的・病理的意義の解明をする上で必須なものであると考えられるため、さらに詳細な解析を行う。また、酸素受容に関与する生体内低分子化合物として特にイミダゾール化合物に注目し、解析を進める予定である。あわせて、植物性小分子酸素センサーとしてのポリフェノール類に焦点を当てて、タンパク質修飾に伴う自然抗体エピトープの生成について検討を行う。

研究成果

• [雑誌論文] TRPC3 amplifies B cell receptor-induced ERK signaling via protein kinase D-dependent Rap1activation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Numaga-Tomita T, Nishida M, Putney JW Jr. and Mori Y.
  • 雑誌名: Biochem J. 巻: 473(2) ページ: 201-210
  • DOI: 10.1042/BJ20150596.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Elastin modification by 4-hydroxynonenal in hairless mice exposed to UV-A. Role in photoaging and actinic elastosis (2015)
  • 著者名/発表者名: Larroque-Cardoso, P., Camaré, C., Nadal-WollboldF., Grazide, M. H., Pucelle, M., Garoby-Salom, S., Bogdanowicz, P., Josse, G., Schmitt, A. M., Uchida, K., Zarkovic, K., Salvayre, R., and Nègre-Salvayre, A.
  • 雑誌名: J. Invest. Dermatol. 巻: 135 ページ: 1873-1881
  • DOI: 10.1038/jid.2015.84.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Abnormal myofiber morphology and limb dysfunction in claudication (2015)
  • 著者名/発表者名: Koutakis, P., Myers, S. A., Cluff, K., Ha, D. M., Haynatzki, G., McComb, R. D., Uchida, K., Miserlis, D., Papoutsi, E., Johanning, J. M., Casale, G. P., and Pipinos, I. I.
  • 雑誌名: J. Surg. Res. 巻: 196 ページ: 172-179
  • DOI: 10.1016/j.jss.2015.02.011.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of adducts of 4-hydroxy-2-nonenal with heat shock 60kDa protein 1 in human promyelocytic HL-60 and monocytic THP-1 cell lines (2015)
  • 著者名/発表者名: Arcaro, A., Daga, M., Paolo Cetrangolo, G., Ciamporcero, E., Lepore, A., Pizzimenti, A., Petrella, C., Graf, M., Uchida, U., Mamone, G., Ferranti, P., Julian Ames, R., Palumbo, G., BarreraG., and Gentile, F.
  • 雑誌名: Oxid Med. Cell. Longev. 巻: 2015 ページ: -
  • DOI: 10.1155/2015/296146.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Divergent Roles of CAAX Motif-signaled Posttranslational Modifications in the Regulation and Subcellular Localization of Ral GTPases (2015)
  • 著者名/発表者名: Gentry LR, Nishimura A, Cox AD, Martin TD, Tsygankov D, Nishida M, Elston TC, Der CJ.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: 290(37) ページ: 22851-22861
  • DOI: 10.1074/jbc.M115.656710.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reactive Sulfur Species-Mediated Activation of the Keap1-Nrf2 Pathway by 1,2-Naphthoquinone through Sulfenic Acids Formation under Oxidative Stress (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinkai Y, Abiko Y, Ida T, Miura T, Kakehashi H, Ishii I, Nishida M, Sawa T, Akaike T, Kumagai Y.
  • 雑誌名: Chem Res Toxicol. 巻: 28(5) ページ: 838-847
  • DOI: 10.1021/tx500416y.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Measurement of glucose uptake in cultured cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, N., Ueda-Wakagi, M., Sato, T., Kawasaki, K., Sawada, K., Kawabata, K., Akagawa, M., Ashida, H.
  • 雑誌名: Curr. Protoc. Pharmacol. 巻: 71 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1002/0471141755.ph1214s71
  • 査読あり
• [雑誌論文] Production of hypoallergenic cocoa beans by a pregermination treatment method (2015)
  • 著者名/発表者名: Handoyo, T., Akagawa, M., Kim, K.
  • 雑誌名: J. Plant Biotechnol. 巻: 42 ページ: 123-128
  • DOI: http://dx.doi.org/10.5010/JPB.2015.42.2.123
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aldehyde adducts generated during lipid peroxidation modification of proteins (2015)
  • 著者名/発表者名: Uchida, K.
  • 雑誌名: Free Radic Res. 巻: 49 ページ: 896-904
  • DOI: 10.3109/10715762.2015.1036052
• [雑誌論文] Special issue on "Recent progress in lipid peroxidation based on novel approaches" (2015)
  • 著者名/発表者名: Yin, H., Niki, E., and Uchida, K.
  • 雑誌名: Free Radic. Res. 巻: 49 ページ: 813-815
  • DOI: 10.3109/10715762.2015.1021697.
  • 国際共著
• [雑誌論文] 15-Deoxy-Δ12, 14-prostaglandin J2 as an electrophilic mediator (2015)
  • 著者名/発表者名: Shibata T.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: 79 ページ: 1044-1049
  • DOI: 10.1080/09168451.2015.1012149.
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 内因性抗原としての陰性荷電分子の生成と制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 近澤未歩、内田浩二
  • 雑誌名: 生化学 巻: 87 ページ: 776-780
• [学会発表] 化学的反応性からみる機能性食品成分の潜在能力 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内田浩二
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会・第88回日本生学会合同大会ワークショップ「食品科学：食品の潜在能力を科学し、活用する」
  • 発表場所: 神戸ポートピアホテル（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-02 – 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] ポリフェノールによる自然免疫抗原の生成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内田浩二
  • 学会等名: 第9回日本ポリフェノール学会年次大会シンポジウム「ポリフェノール研究の将来」
  • 発表場所: 奈良女子大学（奈良県奈良市）
  • 年月日: 2015-08-08 – 2015-08-08
  • 招待講演
• [学会発表] 小分子酸素センサーによるタンパク質カルボニル化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内田浩二
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会ワークショップ「酸素リモデリング・レドックスシグナルとタンパク質修飾の新たな潮流」
  • 発表場所: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2015-06-25 – 2015-06-25
  • 招待講演
• [学会発表] リジンピロール化によるDNA様蛋白質の生成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内田浩二
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会ワークショップ「化学修飾の蛋白質科学と医療への展開」
  • 発表場所: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-24
  • 招待講演
• [図書] Innovative Medicine (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishida M, Kuwahara K, Kozai D, Sakaguchi R, Mori Y.
  • 総ページ数: 339（195-218）
  • 出版者: Springer Japan
• [図書] 別冊医学のあゆみ「レドックスUPDATE：ストレス制御の臨床医学・健康科学」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内田浩二
  • 総ページ数: 360（26-30）
  • 出版者: 医歯薬出版