活性イオウ分子種と8-ニトロ-cGMPによる新規酸化ストレス応答機構

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K20876
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 井田 智章 東北大学, 医学系研究科, 助教 (70570406)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 活性イオウ分子種 / 活性システインパースルフィド / 8-ニトロ-cGMP / 酸化ストレス / ポリスルフィド化タンパク質

研究実績の概要

活性酸素と一酸化窒素により生成するニトロ化環状ヌクレオチドである8-ニトロ-cGMPは、酸化ストレス制御シグナルとして機能している。研究代表者は活性イオウ分子種（活性システインポリスルフィド）が8-ニトロ-cGMPを8-SH-cGMPに代謝することでシグナル機能を制御することを見出した。本研究では、システインポリスルフィドの高精度定量解析法を構築し、酸化ストレス条件下における活性Cysポリスルフィドと8-ニトロ-cGMPの細胞動態解析と細胞機能解析を行うことにより、両者のクロストークを介した新規酸化ストレス応答の分子メカニズムを明らかにすることを目指した。
本年度は、本研究課題のなかで構築した質量分析装置を用いた活性イオウ分子種特異的・定量的解析システムにより、培養細胞やマウス生体試料に含まれる活性イオウ分子種レベルを示すことができた。また、組換えタンパク質やマウス生体試料に含まれるタンパク質システインパースルフィドのレベルを定量的に示した。さらにタンパク質ポリスルフィド化部位を特異的に同定することに成功した。一方、タンパク質ポリスルフィド化機構を解析するなかで発見した新規システインパースルフィド合成酵素の酵素活性や生成メカニズムを明らかにした。さらに、この酵素活性を介したポリスルフィド化タンパク質合成機構を解明するためにリボゾームにおける新生鎖ペプチドのポリスルフィド化を解析し、タンパク質ポリスルフィド化が翻訳に共役して合成されることを明らかにした。これらの研究成果の一部はNature Communicationsに報告した。

研究成果

• [雑誌論文] Important Role of endothelial caveolin-1 in the protective role of endothelium-dependent hyperpolarization against nitric oxide-mediated nitrative stress in microcirculation in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Saito H, Godo S, Sato S, Ito A, Ikumi Y, Tanaka S, Ida T, Fujii S, Akaike T, Shimokawa H
  • 雑誌名: Journal of Cardiovascular Pharmacology 巻: 71 ページ: 113-126
  • DOI: 10.1097/FJC.0000000000000552
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cysteine perthiosulfenic acid (Cys-SSOH): A novel intermediate in thiol-based redox signaling? (2018)
  • 著者名/発表者名: Heppner DE, Hristova M, Ida T, Mijuskovic A, Dustin CM, Bogdandi V, Fukuto JM, Dick TP, Nagy P, Li J, Akaike T, van der Vliet A
  • 雑誌名: Redox biology 巻: 14 ページ: 379-385
  • DOI: 10.1016/j.redox.2017.10.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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: Biochemical and biophysical research communications 巻: 495 ページ: 2165～2170
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2017.12.088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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: Nature communications 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
• [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: Chemical research in toxicology 巻: 30 ページ: 1673-1684
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.7b00120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 8-Nitro-cGMP promotes bone growth through expansion of growth plate cartilage (2017)
  • 著者名/発表者名: Hoshino M, Kaneko K, Miyamoto Y, Yoshimura K, Suzuki D, Akaike T, Sawa T, Ida T, Fujii S, Ihara H, Tanaka J, Tsukuura R, Chikazu D, Mishima K, Baba K, Kamijo R
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 110 ページ: 63-71
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.05.022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ferulic acid and its water-soluble derivatives inhibit nitric oxide production and inducible nitric oxide synthase expression in rat primary astrocytes (2017)
  • 著者名/発表者名: Kikugawa M, Ida T, Ihara H, Sakamoto T
  • 雑誌名: Bioscience, biotechnology, and biochemistry 巻: 81 ページ: 1607-1611
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1336925
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production of reactive persulfide species in chronic obstructive pulmonary disease (2017)
  • 著者名/発表者名: Numakura T, Sugiura H, Akaike T, Ida T, Fujii S, Koarai A, Yamada M, Onodera K, Hashimoto Y, Tanaka R, Sato K, Shishikura Y, Hirano T, Yanagisawa S, Fujino N, Okazaki T, Tamada T, Hoshikawa Y, Okada Y, Ichinose M
  • 雑誌名: Thorax 巻: 72 ページ: 1074-1083
  • DOI: 10.1136/thoraxjnl-2016-209359
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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の機能 (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] 新しいシステインパースルフィド産生酵素の同定と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、魏 研范、松永哲郎、西村 明、Jun Minkyung、赤司壮一郎、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、熊谷嘉人、富澤一仁、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: オルガネラ研究会２０１７
• [学会発表] 新規システインパースルフィド合成酵素の同定と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、魏 研范、松永哲郎、西村 明、Jun Minkyung、赤司壮一郎、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、熊谷嘉人、富澤一仁、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] 活性イオウ・パースルフィド解析システムの開発と応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、赤池孝章
  • 学会等名: ComBio2017
  • 招待講演
• [学会発表] 活性イオウ分子種定量解析システムの開発と新しいシステインパースルフィド合成酵素の発見 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、魏 研范、松永哲郎、西村 明、居原 秀、澤 智裕、藤井重元、熊谷嘉人、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] Characterization of cysteinyl-tRNA synthetase for production of cysteine hydropersulfide (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ida, Hideshi Ihara, Masanobu Morita, Tomohiro Sawa, Peter Nagy, Martin Feelisch, Jon M. Fukuto, Hozumi Motohashi, Takaaki Akaike
  • 学会等名: SfRBM2017
  • 国際学会
• [図書] レドックス疾患学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、西村 明、守田匡伸
  • 総ページ数: 276
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 978-4-7581-0369-5
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科環境医学分野ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.html