肝臓におけるトランススルフレーションによるシステイン取込みと硫化水素の役割の解明

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K08294
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 藤井 順逸 山形大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00222258)
• 研究分担者: 倉橋 敏裕 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (00596570) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: グルタチオン / システイン / 肝障害

研究実績の概要

細胞の抗酸化応答の際に中心的役割を担っているグルタチオンや、蛋白質の合成に必要なシステインの細胞内供給経路について、酸化型システイン（シスチン）の取込みに働くxCT欠損マウスを用いて検討を行なっている。
xCT欠損マウスと野生型マウス肝臓から肝細胞を単離して初代培養を行なったところ、xCT欠損線維芽細胞は培養開始後２～３日で死滅するが、肝細胞はほぼ正常に培養できたことから、xCTの依存度が低いことが示唆された。
健常マウスにおけるxCTの発現は胸腺や一部の中枢神経に限られており、xCT欠損マウスは正常に発育し顕著な表現型を示さない。しかし、アセトアミノフェン投与により肝障害を誘導するとグルタチオンの枯渇を招き、それを代償するために野生型マウスではxCTの発現誘導が起こる。アセトアミノフェンを投与したxCT欠損マウスと野生型マウスを比較すると、xCT欠損マウスで生存率が低下し、酸化ストレスに対して脆弱であることが分った。xCTのほかに、肝臓ではメチオニンからのシステイン合成に関わるトランススルフレーション経路が働くことが知られている。トランススルフレーション経路阻害剤の単独投与はマウスの生存に影響を与えなかったが、アセトアミノフェン投与によって生存率が著しく低下し、xCT欠損ではさらに強い障害が認められた。この結果は、健常マウスではトランススルフレーション経路が主要なシステイン供給経路となっているが、酸化ストレスなどによってグルタチオンの必要量が増した場合にはxCTが誘導されて、システイン供給を補っていることを示している。
薬剤やアルコールの過剰摂取は酸化ストレスを亢進し、肝障害をもたらすことから、グルタチオンの材料となるシステインの供給が重要なため、初代培養肝細胞を用いた検討によりシステイン供給経路の詳細について検討を進めている。

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

研究分担者の倉橋は2016年10月に異動となり、本研究を継続できなくなったが、所属する大学院生ほかの協力が得られ、以下のように予定していた研究はほぼ順調に進んでいる。
xCT欠損マウスと野生型マウス肝臓から肝細胞を単離して初代培養を行い、野生型マウスの培養肝細胞ではxCTの発現誘導が起こること、しかしxCTがなくともほぼ正常な状態を保つこと、などを明らかにしている。
マウス個体を用いた解析も行い、xCT欠損マウスはアセトアミノフェンに感受性が高く、トランススルフレーション経路の阻害により、障害が増強することなどを明らかにしている。
硫化水素については、論文報告にある検出系に基づいた方法を試みたがうまく行かず、別の方法を検討中である。

今後の研究の推進方策

xCT欠損マウスと野生型マウス肝臓から樹立した初代培養養肝細胞を用いて、トランススルフレーション経路の阻害効果を調べる。
培養細胞は体内とは異なり常に高い濃度の酸素にさらされているため、マウス個体を用いた検討との違いについて比較検討する。
硫化水素には肝臓保護作用があるため、トランススルフレーション経路の阻害がシステイン取込み抑制によるグルタチオンの産生低下が原因なのか、それとも硫化水素の生成抑制による肝臓保護作用の低下が原因なのか、解明する。
またトランススルフレーション経路阻害剤に加えて、硫化水素ドナー化合物を用いて、肝障害が軽減されるかどうか調べる。得られた結果から、肝臓におけるシステイン代謝と硫化水素の細胞保護作用について総合的に評価し、他の臓器や各種病態における役割についても考察する。

研究成果

• [雑誌論文] Characteristics of skeletal muscle fibers of SOD1 knockout mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nagahisa, Kazuma Okabe, Yoshihito Iuchi, Junichi Fujii, Hirofumi Miyata.
  • 雑誌名: Oxid Med Cell Longev 巻: 9345970 ページ: 9345970
  • DOI: 10.1155/2016/9345970
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Overexpression of Peroxiredoxin 4 Induces Adaptive Intestinal Lipid Metabolism Associated with Suppressive Nonalcoholic Steatohepatitis in a Dietary Mouse Model. (2016)
  • 著者名/発表者名: Aya Nawata, Hirotsugu Noguchi, Yuichi Mazaki, Toshihiro Kurahashi, Atsunori Nabeshima, Ke-Yong Wang, Satoshi Kimura, Hidetaka Uramoto, Kimitoshi Kohno, Hatsumi Taniguchi, Yoshiya Tanaka, Junichi Fujii, Yasuyuki Sasaguri Toshiyuki Nakayama, and Sohsuke Yamada.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: e0152549 ページ: e0152549
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0152549
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The SOD1 transgene expressed in erythroid cells alleviates fatal phenotype in congenic NZB/NZW-F1 mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Otsuki, Tasuku Konno, Toshihiro Kurahashi, Saori Suzuki, Jaeyong Lee, Futoshi Okada, Yoshihito Iuchi, Takujiro Homma, Junichi Fujii
  • 雑誌名: Free Radic Res 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cystathionine is a novel substrate ofcystine/glutamate transporter: implications forimmune function. (2015)
  • 著者名/発表者名: Okada, Kiharu Igarashi,Jun Hiratake, Takujiro Homma, Marcus Conrad, Junichi Fujii, Tomoyoshi Soga, Shiro Bannai, and Hideyo Sato.
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 290 ページ: 8778-8788
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.625053.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SOD1 deficiency induces the systemic hyperoxidation of peroxiredoxin in the mouse. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takujiro Homma, Satoshi Okano, Jaeyong Lee, Junitsu Ito, Noriyuki Otsuki, Toshihiro Kurahashi, Eun Sil Kang, Osamu Nakajima, and Junichi Fujii
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 463 ページ: 1040-1046
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.06.055.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidative stress triggers lipid droplet accumulation in primary cultured hepatocytes by activating fatty acid synthesis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Jaeyong Lee, Takujiro Homma, Toshihiro Kurahashi, Eun Sil Kang, andJunichi Fujii.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 464 ページ: 229-235
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.06.121.
  • 査読あり
• [雑誌論文] An SOD1 deficiency enhances lipid droplet accumulation in the fasted mouse liver by aborting lipophagy (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kurahashi, Shinji Hamashima, Takaya Shirato, Jaeyong Lee, Takujiro Homma, Eun Sil Kang, Junichi Fujii.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 467 ページ: 866-871
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.10.052.
  • 査読あり
• [雑誌論文] SOD1 deficiency decreases proteasomal function, leading to the accumulation of ubiquitinated proteins in erythrocytes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takujiro Homma, Toshihiro Kurahashi, Jaeyong Lee, Eun Sil Kang and Junichi Fujii
  • 雑誌名: Arch Biochem Biophys 巻: 583 ページ: 65-72
  • DOI: 10.1016/j.abb.2015.07.023.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of glutathione as anti-oxidative and anti-aging drug. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takujiro Homma, Junichi Fujii
  • 雑誌名: Curr Drug Metab 巻: 16 ページ: 560-571
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of Antioxidative Enzymes in Wound Healing (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Kurahashi, Junichi Fujii.
  • 雑誌名: J Dev Biol 巻: 3 ページ: 57-70
  • DOI: 10.3390/jdb3020057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oxidative stress as a potential causal factor for autoimmune hemolytic anemia and systemic lupus erythematosus (2015)
  • 著者名/発表者名: Junichi Fujii, Toshihiro Kurahashi, Tasuku Konno, Takujiro Homma, Yoshihito Iuchi
  • 雑誌名: World J Nephrol 巻: 4 ページ: 213-222
  • DOI: 10.5527/wjn.v4.i2.213.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Physiological and Pathological Views of Prdx4. (2015)
  • 著者名/発表者名: Junichi Fujii, Yoshitaka Ikeda, Toshihiro Kurahashi, Takujiro Homma
  • 雑誌名: Free Radic. Biol. Med 巻: 83 ページ: 373-379
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.01.025.
  • 査読あり
• [学会発表] Intrinsic oxidative stress induces accumulation of ubiquitinated and carbonylated proteins in mouse erythrocytes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takujiro Homma, Junichi Fujii.
  • 学会等名: 7th Joint Meeting of the Societies for Free Radical Research Australasia and Japan
  • 発表場所: Christchurch, New Zealand
  • 年月日: 2015-12-07 – 2015-12-10
  • 国際学会
• [学会発表] アルデヒド還元酵素AKR1aは四塩化炭素による肝障害からの保護に重要である (2015)
  • 著者名/発表者名: 明原隆介、本間拓二郎、宮田哲、藤井順逸
  • 学会等名: 第88回日本生化学会・第38回日本分子生物学会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド、神戸市、兵庫県
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] ストレス応答で起こる脂肪蓄積は肝臓を障害から保護する (2015)
  • 著者名/発表者名: 李在勇、本間拓二郎、倉橋敏裕、姜恩實、藤井順逸
  • 学会等名: 第88回日本生化学会・第38回日本分子生物学会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド、神戸市、兵庫県
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 酸化ストレスによるオートファジー障害に起因する脂質代謝障害 (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉橋敏裕、李在勇、白土貴也、浜島真司、本間拓二郎、白澤信行、藤井順逸
  • 学会等名: 第88回日本生化学会・第38回日本分子生物学会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド、神戸市、兵庫県
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] On the cysteine supply for glutathione synthesis in the liver under oxidative insult. (2015)
  • 著者名/発表者名: Junichi Fujii, Toshihiro Kurahashi, Takujiro Homma, Jaeyong Lee, Eun Sil Kang, Shinji Hamashima, Atsunori Nabeshima, Sohsuke Yamada, Toshiyuki Nakayama, and Hideyo Sato.
  • 学会等名: 7th Biennial Meeting of Society for Free Radical Research-Asia (SFRR-Asia)
  • 発表場所: Chiang Mai, Thailand
  • 年月日: 2015-11-29 – 2015-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] 肝臓のシステイン・ホメオスタシスにおけるxCTとトランススルフレーション経路の役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 姜恩實、李在勇、倉橋敏裕、本間拓二郎、小林翔、佐藤英世、藤井順逸
  • 学会等名: 第15回日本NO学会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター、吹田市、大阪府
  • 年月日: 2015-06-26 – 2015-06-27
• [学会発表] アスコルビン酸によるアセトアミノフェン誘導性酸化ストレスからの肝臓保護作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉橋敏裕、鍋島篤典、李在勇、本間拓二郎、山田壮亮、中山敏幸、宮田哲、藤井順逸
  • 学会等名: 第68回日本酸化ストレス学会
  • 発表場所: かごしま県民交流センター、鹿児島市、鹿児島県
  • 年月日: 2015-06-11 – 2015-06-12
• [学会発表] 酸化ストレスによる赤血球でのユビキチン・プロテアソーム系の破綻 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本間拓二郎、倉橋敏裕、藤井順逸
  • 学会等名: 第68回日本酸化ストレス学会
  • 発表場所: かごしま県民交流センター、鹿児島市、鹿児島県
  • 年月日: 2015-06-11 – 2015-06-12