活性硫黄による心臓冬眠化の分子制御機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K14959
• 研究機関: 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)
• 研究代表者: 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), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (90342641)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 活性イオウ / 心臓 / 冬眠化 / 活性酸素 / 心不全

研究実績の概要

我々はこれまで、生体内に存在する求核性の高い「活性イオウ種」が、活性酸素や環境汚染物質などの親電子性の高い化合物（親電子物質）を適切に解毒・排泄する重要なシステムとして働くことを明らかにしてきた。本研究では、①活性イオウ種の分子実体の解明、②活性イオウ種の生成・代謝制御機構、③心筋の生理機能との関連、に着目した検討を行った。まず、ポリ硫黄鎖を検出できる蛍光指示薬（SSP）やTag-switch-Tag法を用いて細胞内ポリ硫黄の測定を行ったところ、レドックス感受性の高いシグナルタンパク質に含まれるシステインポリ硫黄鎖が活性イオウ種の分子実体であること、および親電子物質によるポリ硫黄鎖の枯渇がタンパク質の不可逆的な酸化的翻訳後修飾や多量体化を誘発することで、マウス・ラット心筋細胞のミトコンドリア過剰分裂や細胞老化を誘導しうることを見出した。また、タンパク質にシステインパースルフィドを供給する酵素がシステインtRNA合成酵素（CARS2）であることも新たに見出した。CARS2をノックダウンあるいは過剰発現させたラット新生児心筋細胞を用いてCa2+ハンドリングを調べたところ、脱分極誘発性のCa2+スパークの形や大きさに異常は見当たらなかった。ところが、CARS2欠損細胞においてミトコンドリア分裂促進Gタンパク質dynamin-related protein 1 (Drp1)の活性が有意に上昇しており、この細胞にシステインパースルフィド生成活性のみ保持したCARS2変異体（tRNA合成酵素活性欠損）を発現させることで、増加していたDrp1活性が完全に低下することを確認した。以上の結果から、細胞内の活性イオウ種は、心筋において、ミトコンドリア分裂タンパク質などの安定性や酵素活性を負に調節する役割を担うことが明らかとなった。

研究成果

• [国際共同研究] Sabah大学医学部(マレーシア)
  • 国名: マレーシア
  • 外国機関名: Sabah大学医学部
• [国際共同研究] Mahidol大学(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: Mahidol大学
• [国際共同研究] Catholic University of Argentina(アルゼンチン)
  • 国名: アルゼンチン
  • 外国機関名: Catholic University of Argentina
• [国際共同研究] NIEHS(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NIEHS
• [雑誌論文] Purinergic P2Y6 receptors: a new therapeutic target of age-dependent hypertension (2017)
  • 著者名/発表者名: Sunggip C, Nishimura A, Shimoda K, Numaga-Tomita T, Tsuda M, and Nishida M. M
  • 雑誌名: Pharmacological Research 巻: 120 ページ: -
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.phrs.2017.03.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MiR30-GALNT1/2 Axis-Mediated Glycosylation Contributes to the Increased Secretion of Inactive Human Prohormone for Brain Natriuretic Peptide (proBNP) From Failing Hearts. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Y, Nishikimi T, Kuwahara K, Fujishima A, Oka S, Tsutamoto T, Kinoshita H, Nakao K, Cho K, Inazumi H, Okamoto H, Nishida M, Kato T, Fukushima H, Yamashita JK, Wijnen WJ, Creemers EE, Kangawa K, Minamino N, Nakao K, Kimura T. M.
  • 雑誌名: J Am Heart Assoc. 巻: Feb 10; 6(2). ページ: -
  • DOI: doi: 10.1161/JAHA.116.003601.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Redox regulation of electrophilic signaling by reactive persulfides in cardiac cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishida M, Nishimura A, Matsunaga T, Motohashi H, Kasamatsu S, Akaike T
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med. 巻: Jan 18. ページ: -
  • DOI: doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.01.024.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] TRPC3 participates in angiotensin II type 1 receptor-dependent stress-induced slow increase in intracellular Ca2+ concentration in mouse cardiomyocytes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Y, Iribe G, Kaneko T, Takahashi K, Numaga-Tomita T, Nishida M, Birnbaumer L, Naruse K.
  • 雑誌名: J Physiol Sci. 巻: Jan 19. ページ: -
  • DOI: doi: 10.1007/s12576-016-0519-3.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TRPC3-GEF-H1 axis mediates pressure overload-induced cardiac fibrosis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Numaga-Tomita T, Kitajima N, Kuroda T, Nishimura A, Miyano K, Yasuda S, Kuwahara K, Sato Y, Ide T, Birnbaumer L, Sumimoto H, Mori Y, Nishida M.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: Dec 19; 6:39383. ページ: -
  • DOI: doi: 10.1038/srep39383.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TRPC3 positively regulates reactive oxygen species driving maladaptive cardiac remodeling. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kitajima N, Numaga-Tomita T, Watanabe M, Kuroda T, Nishimura A, Miyano K, Yasuda S, Kuwahara K, Sato Y, Ide T, Birnbaumer L, Sumimoto H, Mori Y, Nishida M
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: Nov 11; 6:37001. ページ: -
  • DOI: doi: 10.1038/srep37001.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Methylmercury, an environmental electrophile capable of activation and disruption of the Akt/CREB/Bcl-2 signal transduction pathway in SH-SY5Y cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Unoki T, Abiko Y, Toyama T, Uehara T, Tsuboi K, Nishida M, Kaji T, Kumagai Y.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: Jun 30; 6:28944. ページ: -
  • DOI: doi: 10.1038/srep28944.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of radioiodinated probes to evaluate the biodistribution of a potent TRPC3 inhibitor. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hagimori M, Murakami T, Shimizu K, Nishida M, Ohshima T, Mukai T.
  • 雑誌名: Med. Chem. Comm. 巻: 7(5) ページ: 1003-1006
  • DOI: DOI: 10.1039/c6md00023a.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: doi: 10.1016/j.abb.2015.11.008.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Redox signaling regulated by electrophiles and reactive sulfur species. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishida M, Kumagai Y, Ihara H, Fujii S, Motohashi H, Akaike T
  • 雑誌名: J Clin Biochem Nutr. 巻: 58(2) ページ: 91-98
  • DOI: doi: 10.3164/jcbn.15-111.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Myocardial early senescence mediated by mitochondria-cytoskeleton interaction (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishida M
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan (international symposium)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Kanagawa
  • 年月日: 2016-12-01 – 2016-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of cardiac oxygen remodeling via electrophilic modification of Drp1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishida M
  • 学会等名: The 89th Annual Meeting of the Japanese Biochemical Society (international symposium)
  • 発表場所: Sendai International Conference Center, Sendai, Miyagi
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
  • 国際学会
• [学会発表] 活性イオウによる心筋のストレス適応・不適応の分子制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西田基宏
  • 学会等名: 日本獣医学会比較薬理毒性分科会
  • 発表場所: 日本大学、神奈川県藤沢市
  • 年月日: 2016-09-06 – 2016-09-06
  • 招待講演
• [学会発表] TRPC channels in cardiovascular stress resilience (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishida M
  • 学会等名: International and Interdisciplinary Symposium 2016 “Towards a New Era of Cardiovascular Research”
  • 発表場所: Tokyo Medical and Dental University, Bunkyo-ku, Tokyo
  • 年月日: 2016-07-11 – 2016-07-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Redox regulation of G proteins in cardiac remodeling (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishida M
  • 学会等名: The 9th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
  • 発表場所: Sendai International Conference Center, Sendai, Miyagi
  • 年月日: 2016-05-20 – 2016-05-22
  • 国際学会
• [備考] 心循環シグナル研究部門
  • URL: http://www.nips.ac.jp/circulation/