活性イオウ分子種による新規オートファジー制御機構と感染防御における役割

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K08456
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 藤井 重元 東北大学, 医学系研究科, 准教授 (00325333)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 細菌 / 感染防御 / オートファジー / 活性イオウ分子種 / 硫化水素

研究実績の概要

本研究では、システインパースルフィドをはじめとした活性イオウ分子種のユニークな化学反応性に基づくオートファジー制御の分子メカニズムを解明し、その細胞内殺菌と感染防御における役割を明らかにすることを目的としている。昨年までの研究において、システインパースルフィドなどの活性イオウ分子種がオートファジー誘導に関わる8-ニトロ-cGMPのシグナル活性を制御していること、および細胞内に各種活性イオウ分子が様々なレベルで存在していることを明らかにしてきた。本年度の研究において、タンパク質翻訳に共役した新規活性イオウ分子種産生系について詳細な解析を行ったところ、これまでに知られていたシスタチオニンβ-シンターゼやシスタチオニンγ-リアーゼよりもシステインパースルフィド産生活性が高く、同産生系が細胞内システインパースルフィド産生の大部分を占めていることが分かった。また、ネズミチフス菌を感染した細胞のオートファジー誘導における8-ニトロ-cGMP関連シグナル経路の解析を行い、感染細胞内において、オートファゴソーム内のサルモネラ菌体が著明にS－グアニル化を受けており、S-グアニル化を受けた菌体がLC3やp62と共局在することが示された。さらに、S-グアニル化タンパクの詳細な解析を行った結果、線毛関連タンパク質を含めた様々な菌体タンパク質がS-グアニル化の標的となることが分かった。これらの結果より、細胞内活性イオウ分子種と8-ニトロ-cGMPにより感染細胞におけるオートファジー誘導が制御されていることが示唆された。

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

当初計画どおり感染細胞内のオートファジー誘導における活性イオウ分子種の役割およびそのシグナル伝達機構の解析を行い成果を得ることができた。また、活性イオウ分子種の細胞内生成に関して新規システインパースルフィド生成系の発見があり、おおむね順調に研究が進展していると評価できる。

今後の研究の推進方策

研究は順調に進展しており、当初計画に大きな修正の必要はない。新規システインパースルフィド産生系の役割の解析や菌体が産生する硫化水素、活性イオウ分子種のオートファジーへ影響の解析など、研究課題の目的の達成に向けて当初計画を大きく変更することなく研究を推進していく。

次年度使用額が生じた理由

研究実施に関して実験計画の見直しを行い効率的に実験を行った結果、当初計画よりも少ない経費で研究成果が得られたため。

次年度使用額の使用計画

活性システインパースルフィドによるオートファジー制御機構の詳細な解析、特に新規システインパースルフィド産生系の役割についての解析など、本研究の目的達成のためのさらに詳細な解析を行うために使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Metabolomic profiling of reactive persulfides and polysulfides in the aqueous and vitreous humors (2017)
  • 著者名/発表者名: Kunikata H, Ida T, Sato K, Aizawa N, Sawa T, Tawarayama H, Murayama N, Fujii S, Akaike T, Nakazawa T.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 7 ページ: 41984
  • DOI: 10.1038/srep41984.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Redox signaling regulated by an electrophilic cyclic nucleotide and reactive cysteine persulfides (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii S, Sawa T, Nishida M, Ihara H, Ida T, Motohashi H, Akaike T.
  • 雑誌名: Arch Biochem Biophys 巻: 595 ページ: 140-146
  • DOI: 10.106/j.abb.2015.11.008.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mice deficient in Angiopoietin-like protein 2 (Angptl2) gene show increased susceptibility to bacterial infection due to attenuated macrophage activity (2016)
  • 著者名/発表者名: Yugami M, Odagiri H, Endo M, Tsutsuki H, Fujii S, Kadomatsu T, Masuda T, Miyata K, Terada K, Tanoue H, Ito H, Morinaga J, Horiguchi H, Sugizaki T, Akaike T, Gotoh T, Takai T, Sawa T, Mizuta H, Oike Y.
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 291 ページ: 18843-18852
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.720870.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Protein polysulfidation-dependent persulfide dioxygenase activity of ethylmalonic encephalopathy protein 1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Jung M, Kasamatsu S, Matsunaga T, Akashi S, Ono K, Nishimura A, Morita M, Abdul Hamid H, Fujii S, Kitamura H, Sawa T, Ida T, Motohashi H, Akaike T.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 480 ページ: 180-186
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.10.022.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 活性イオウ含有分子の再発見とその生物活性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、松永哲郎、藤井重元、澤 智裕、赤池孝章.
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 147 ページ: 278-284
  • DOI: 10.1254/fpj.147.278.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 活性イオウ分子種によるタンパク質チオール修飾：ポリスルフィド化タンパク質解析の最先端技法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 笠松真吾、藤井重元、赤池孝章.
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 147 ページ: 299-302
  • DOI: 10.1254/fpj.147.299.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 酸化ストレス病態とバイオマーカー (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元、赤池孝章.
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 67 ページ: 418-419
• [学会発表] マクロファージにおけるヘリコバクター・シネディの持続感染の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元、松永哲郎、西村 明、井田智章、澤 智裕、河村好章、赤池孝章.
  • 学会等名: 第90回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター展示棟（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2017-03-19 – 2017-03-21
• [学会発表] 生体内ポリサルファー代謝とレドックス制御機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元、澤 智裕、井田智章、笠松真吾、松永哲郎、守田匡伸、赤池孝章.
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター会議棟（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] ニトロ化環状ヌクレオチドによる細菌感染防御機構と硫化水素による制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元、松永哲郎、井田智章、小野勝彦、澤 智裕、赤池孝章.
  • 学会等名: 第69回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: 仙台国際センター会議棟（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2016-08-30 – 2016-08-31
• [学会発表] Helicobacter cinaedi infection and atherosclerosis (2016)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Akaike, Tetsuro Matsunaga, Yoshiaki Kawamura, Shigemoto Fujii.
  • 学会等名: 第48回日本動脈硬化学会総会・学術集会
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-07-14 – 2016-07-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 8-ニトロ-cGMPとオートファジーによる細菌感染防御機構と硫化水素による制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元、松永哲郎、井田智章、小野勝彦、澤 智裕、赤池孝章.
  • 学会等名: 第27回日本生体防御学会学術総会
  • 発表場所: 九州大学病院キャンパス内 コラボステーションI 視聴覚ホール（福岡市東区）
  • 年月日: 2016-07-07 – 2016-07-09
• [学会発表] Nitrated nucleotide-mediated antibacterial host defense and its regulation by hydrogen sulfide produced by bacteria (2016)
  • 著者名/発表者名: Shigemoto Fujii, Shahzada Khan, Tetsuro Matsunaga, Tomoaki Ida, Katsuhiko Ono, Tomohiro Sawa, Takaaki Akaike.
  • 学会等名: The 9th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
  • 発表場所: Sendai International Center (Sendai)
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-22
  • 国際学会
• [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/