活性イオウ分子種を介した細胞内親電子シグナル制御機構の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K20855
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 笠松 真吾 東北大学, 医学系研究科, 非常勤講師 (80738807)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 活性イオウ分子 / 親電子シグナル制御 / 酸化ストレス / 8-ニトロ-cGMP / メチル水銀

研究実績の概要

メチル水銀（MeHg）は強力な神経毒性を示す外因性親電子物質であり、酸化ストレス誘導を介した神経毒性を示すことが報告されているが、その毒性発現機構には未だ不明な点が多く残されている。本研究では、MeHgの化学特性に注目し、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による細胞内親電子シグナルの制御の観点からその毒性発現の分子機構を解明することを目指している。昨年度までの研究において、MeHg曝露培養細胞およびMeHg投与マウス脳組織における内因性の親電子性シグナル分子である8-ニトロ-cGMPおよび活性イオウ分子種の細胞内動態解析を行い、MeHg曝露による活性イオウ分子の低下と8-ニトロ-cGMPシグナル経路の異常な活性化が、MeHgの神経毒性発現に深く関わることを明らかにした。さらに、生体内の新規活性イオウ分子産生系としてシステイン-tRNA合成酵素（CARS）を同定した。本年度は、活性イオウ分子を介する細胞内親電子シグナル制御機構をさらに精緻に解明するために、CARSによるパースルフィド産生とその役割についての解析を行った。マウスおよびヒトCARSおよびそれらの各種変異体の解析により、CARSが細胞内における活性イオウ分子産生の大部分を担っていることが分かった。さらに、CARSは様々な細胞内タンパク質のポリサルファ化に関わることも明らかになった。タンパク質ポリサルファ化はシステインチオール基を酸化から保護することにより、タンパク質の構造や活性の維持に働いていると考えられる。これらのことから、CARSが産生する活性イオウ分子は、MeHgなどの外因性親電子物質による毒性発現の制御や8-ニトロ-cGMPなどの細胞内親電子シグナルの制御に関わることが示唆された。

研究成果

• [国際共同研究] National Institute of Oncology(Hungary)
  • 国名: ハンガリー
  • 外国機関名: National Institute of Oncology
• [国際共同研究] University of Southampton(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Southampton
• [国際共同研究] Sonoma State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Sonoma State University
• [雑誌論文] Involvement of nitric oxide/reactive oxygen species signaling via 8-nitro-cGMP formation in 1-methyl-4-phenylpyridinium ion-induced neurotoxicity in PC12 cells and rat cerebellar granule neurons (2018)
  • 著者名/発表者名: Masuda K, Tsutsuki H, Kasamatsu S, Ida T, Takata T, Sugiura K, Nishida M, Watanabe Y, Sawa T, Akaike T, Ihara H.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 495 ページ: 2165～2170
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.12.088
  • 査読あり
• [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: 109 ページ: 132～140
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.01.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exposure to electrophiles impairs reactive persulfide-dependent redox signaling in neuronal cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Ihara H, Kasamatsu S, Kitamura A, Nishimura A, Tsutsuki H, Ida T, Ishizaki K, Toyama T, Yoshida E, Abdul Hamid H, Jung M, Matsunaga T, Fujii S, Sawa T, Nishida M, Kumagai Y, Akaike T.
  • 雑誌名: Chem Res Toxicol 巻: 30 ページ: 1673～1684
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.7b00120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics (2017)
  • 著者名/発表者名: Akaike T, Ida T, Wei FY, Nishida M, Kumagai Y, Alam MM, Ihara H, Sawa T, Matsunaga T, Kasamatsu S, Nishimura A, Morita M, Tomizawa K, Nishimura A, Watanabe S, Inaba K, Shima H, Tanuma N, Jung M, Fujii S, Watanabe Y, Ohmuraya M, Nagy P, Feelisch M, Fukuto JM, Motohashi H.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 8 ページ: 1177
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01311-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] アルコールデヒドロゲナーゼ5によるホルムアルデヒド代謝機構とタンパク質ポリスルフィド化による制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元、笠松慎吾、Md. Morshedul Alam、井田智章、守田匡伸、居原 秀、西村 明、松永哲郎、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • 学会等名: 第17回分子予防環境医学研究会
• [学会発表] アルコールデヒドロゲナーゼ5の酵素活性制御におけるタンパク質ポリスルフィド化機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、笠松真吾、Md. Morshedul Alam、守田匡伸、居原 秀、西村 明、松永哲郎、藤井重元、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • 学会等名: 第17回日本NO学会学術集会
• [学会発表] 硫化水素代謝酵素Sqrdlの生体における機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 守田匡伸、南嶋洋司、井田智章、松永哲郎、笠松真吾、西村 明、藤井重元、市瀬 史、赤池孝章.
  • 学会等名: 第17回日本NO学会学術集会
• [学会発表] 酵母におけるシステインパースルフィド合成経路と生理的役割の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西村 明、那須野 亮、松永哲郎、井田智章、笠松真吾、守田匡伸、藤井重元、高木博史、赤池孝章.
  • 学会等名: 第17回日本NO学会学術集会
• [学会発表] 種横断的システインパースルフィド産生酵素：Cysteinyl-tRNA synthetase (2017)
  • 著者名/発表者名: 西村 明、井田智章、赤司壮一郎、守田匡伸、松永哲郎、笠松真吾、藤井重元、赤池孝章.
  • 学会等名: 2017年度生理学研究所研究会「オルガネラダイナミクスの新規制御機構とその病態生理」
• [学会発表] 8-ニトロ-cGMPとタンパク質poly-S-グアニル化を介した親電子シグナル制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 赤司壮一郎、笠松真吾、ジョン ミンギョン、松永哲郎、井田智章、藤井重元、澤 智裕、熊谷嘉人、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • 学会等名: 2017年度生理学研究所研究会「オルガネラダイナミクスの新規制御機構とその病態生理」
• [学会発表] Sulfide Quinone reductase (SQR) 欠損マウスの作製とイオウ代謝解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 守田匡伸、松永哲郎、井田智章、西村 明、笠松真吾、藤井重元、赤池孝章.
  • 学会等名: 2017年度生理学研究所研究会「オルガネラダイナミクスの新規制御機構とその病態生理」
• [学会発表] 酵母におけるシステインパースルフィド合成経路とその生理的役割の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西村 明、那須野 亮、松永哲郎、井田智章、笠松真吾、守田匡伸、藤井重元、高木博史、赤池孝章.
  • 学会等名: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] アルコールデヒドロゲナーゼ5タンパク質ポリスルフィド化の酵素活性制御機能 (2017)
  • 著者名/発表者名: Jung Minkyung、西村 明、笠松真吾、Md. Morshedul Alam、井田智章、松永哲郎、藤井重元、居原 秀、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • 学会等名: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] 硫化水素代謝酵素sulfide quinone reductaseの生体における機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 守田匡伸、松永哲郎、井田智章、西村 明、笠松真吾、藤井重元、赤池孝章.
  • 学会等名: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] ニトロソグルタチオン還元酵素（GSNOR）選択的欠損マウスの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎、西村 明、笠松真吾、Md. Morshedul Alam、井田智章、守田匡伸、居原 秀、藤井重元、下田 翔、西田基宏、本橋ほづみ、赤池孝章.
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] Reactive persulfide-dependent redox signaling in neuronal cells and its impairment by exposure to electrophiles (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigemoto Fujii, Hideshi Ihara, Shingo Kasamatsu, Akira Nishimura, Tomoaki Ida, Motohiro Nishida, Yoshito Kumagai, Takaaki Akaike.
  • 学会等名: 8th Joint Meeting of Society for Free Radical Research Australasia and Japan with International Symposium on Coenzyme Q10
  • 国際学会
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科 環境医学分野教室ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp