アルミニウム毒性の発現機構-還元型NADP生成反応の阻害と活性酸素の関与の解析

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09670163
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 愛知医科大学
• 研究代表者: 吉野 昌孝 愛知医科大学, 医学部, 教授 (70046077)
• 研究分担者: 村上 恵子 愛知医科大学, 医学部, 助手 (10139652) ; 坪内 凉子 愛知医科大学, 医学部, 助手 (30140049)
• キーワード: アルミニウム / NADP-イソクエン酸脱水素酵素 / 遷移金属 / 活性酸素 / ヒドロキシルラジカル

研究概要

アルミニウムは生体膜の脂質過酸化反応を促進する。アルミニウムのプロオキシダント作用発現機構の解析と活性酸素傷害発現における還元型NADP供給反応の役割について解析を行った。
1.NADP-イソクエン酸脱水素酵素に対する金属イオンの調節機能
還元型NADPの供給によって還元型グルタチオンを再生し、抗酸化作用の中心的な位置を占めるNADP-イソクエン酸脱水素酵素と金属イオンの相互作用を解析し、本酵素が必須金属のイオン半径に依存したアロステリックな機能をもつことを明らかにした。アルミニウムは本酵素の強力な阻害剤であり、プロオキシダント作用と遷移金属の酸化傷害促進作用をNADP-イソクエン酸脱水素酵素の調節機能と関連して考察した。
2.遷移金属イオンとの相互作用を利用した酸化促進・抗酸化機構の解析
二価鉄イオンの自動酸化を指標としてin vitroの条件でプロオキシダント、アンチオキシダントの作用を解析する方法を開発した。従来抗酸化物質とされているものは二価鉄イオンの酸化を促進するタイプと逆に還元作用を示すものに分類され、前者にフラボノイド、後者に他の非フラボノイド系ポリフェノールがある。アルミニウムはフラボノイドと逆に鉄イオンをプロオキシダント作用をもつ還元状態に維持して膜脂質の酸化を引き起こす作用を表すことを明らかにした。
3.活性酸素によるNADP-イソクエン酸脱水素酵素の傷害と失活
第一の研究で明らかにした二価鉄がMg,Mnに代って活性部位に結合することを応用して、二価鉄と過酸化水素からフェントン反応によってヒドロキシルラジカルをNADP-イソクエン酸脱水素酵素の活性中心で発生させ、本酵素を特異的に失活させることを可能とした。この酸化失活に対する防御物質の検討を行い、とくに好気状態で増加するクエン酸とMg,Mnの共存が強い防御効果をもつことを明らかにした。
以上の結果からアルミニウムは鉄イオンを二価の還元状態に維持することによってプロオキシダントとして機能させ、脂質過酸化反応を引き起こすと考えられた。さらに還元型NADP生成反応として酵素的抗酸化系を構成するNADP-イソクエン酸脱水素酵素を阻害するとともに、遷移金属を介してこの酵素に傷害を与えることが生体の活性酸素傷害発現の機構であると結論された。

研究成果

• [文献書誌] Murakami,K.et al.: "Role of metal cations in the regulation of NADP-isocitrate dehydrogenase fromporcine heart" BioMetals. 10. 169-174 (1997)
• [文献書誌] Yoshino,M.et al.: "Role of baicalein compounds as antioxidant in the traditional herbal medicine" Biomedical Research. 18. 349-352 (1997)
• [文献書誌] Yoshino,M.et al.: "Interaction of aluminum ion with ATP.Mechanism of the aluminum inhibition of glycerol kinase and its reversal by spermine" BioMetals. 11. 63-67 (1998)
• [文献書誌] Murakami,K.and Yoshino,M.: "Inactivation of aconitase in yeast exposed to oxidative stress" Biochemistry and Molecular Biology International. 41. 481-486 (1997)
• [文献書誌] Murakami,K.et al.: "Protection by histidine against oxidative inactivation of AMP deaminase in yeast" Biochemistry and Molecular Biology International. 42. 1063-1069 (1997)
• [文献書誌] Yoshino,M.and Murakami,K.: "Interaction of iron with polyphenolic compounds.Application to antioxidant characterization" Analytical Biochemistry. (印刷中). (1998)