ヒスチジンおよびイミダゾールジペプチドのレドックスメタボロミクス解析

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13089
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 居原 秀 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60254447)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: レドックスメタボロミクス / イミダゾールジペプチド / 酸化ストレス / レドックスシグナル

研究実績の概要

活性酸素種（ROS）や活性窒素酸化物種（RNS）は、アミノ酸などと反応し、二次メッセンジャーに変換されシグナル分子として機能することが明かになってきている。本申請研究では、ヒスチジンンのイミダゾール基に着目し、イミダゾールジぺプチドなどのヒスチジン誘導物質のレドックス代謝物の探索を行うことを目的とした。予備的検討でヒスチジンおよびイミダゾールジペプチドのレッドックス代謝物の検出に成功し、平成28年度は、2-オキソイミダゾールジペプチドを世界に先駆けて定量的に同定した。酸化ストレスが関連している敗血症性脳炎モデルマウスの脳において2-オキソイミダゾールジペプチドのレベルが上昇していることを明らかにした。
平成29年度は、細胞レベルでの酸化ストレスと2-オキソイミダゾールジペプチドとの関連を明らかにするため、カルノシン合成酵素を恒常的に発現するモデル細胞を作製した。カルノシン合成酵素恒常的細胞では、細胞内カルノシンレベルが200倍以上になり、過酸化水素毒性に対して耐性を示した。また、過酸化水素曝露により2-オキソカルノシンの産生が確認された。
また、2-オキソイミダゾールジペプチドの産生メカニズムを明らかにするため、銅/アスコルビン酸による酸化反応、安定同位体酸素を用いた反応、ラジカル補足剤であるアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1-オキシルを用いた反応を行い、銅/アスコルビン酸によるラジカル中間体を形成したのち、分子状酸素由来の酸素原子がイミダゾール基の2位炭素に付加される反応モデルを確立した。

研究成果

• [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, Kumiko Tsutsuki, Hiroyasu Kasamatsu, Shingo Ida, Tomoaki Takata, Tsuyoshi Sugiura, Kikuya Nishida, Motohiro Watanabe, Yasuo Sawa, Tomohiro Akaike, Takaaki Ihara, Hideshi
  • 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
• [雑誌論文] Reactive sulfur species inactivate Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase IV via S-polysulfidation of its active-site cysteine residue (2017)
  • 著者名/発表者名: Takata, T. Ihara, H. Hatano, N. Tsuchiya, Y. Akaike, T. Watanabe, Y.
  • 雑誌名: Biochem J 巻: 474 ページ: 2547-2562
  • DOI: 10.1042/bcj20170092
  • 査読あり
• [雑誌論文] 8-Nitro-cGMP Attenuates the Interaction between SNARE Complex and Complexin through S-Guanylation of SNAP-25 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto Yusuke、Kunieda Kohei、Kitamura Atsushi、Kakihana Yuki、Akaike Takaaki、Ihara Hideshi
  • 雑誌名: ACS chemical neuroscience 巻: 9 ページ: 217～223
  • DOI: 10.1021/acschemneuro.7b00363
  • 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, F. Y. Nishida, M. Kumagai, Y. Alam, M. M. 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, J. M. 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 Hideshi、Kasamatsu Shingo、Kitamura Atsushi、Nishimura Akira、Tsutsuki Hiroyasu、Ida Tomoaki、Ishizaki Kento、Toyama Takashi、Yoshida Eiko、Abdul Hamid Hisyam、Jung Minkyung、Matsunaga Tetsuro、Fujii Shigemoto、Sawa Tomohiro、Nishida Motohiro、Kumagai Yoshito、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: Chemical research in toxicology 巻: 30 ページ: 1673～1684
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.7b00120
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of l -cysteine derivatives containing stable sulfur isotopes and application of this synthesis to reactive sulfur metabolome (2017)
  • 著者名/発表者名: Ono Katsuhiko、Jung Minkyung、Zhang Tianli、Tsutsuki Hiroyasu、Sezaki Hiroshi、Ihara Hideshi、Wei Fan-Yan、Tomizawa Kazuhito、Akaike Takaaki、Sawa Tomohiro
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 106 ページ: 69～79
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.02.023
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 酸化ストレスに対する細胞内カルノシンの神経保護効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山陰茜、垣花優希、柴田貴広、内田浩二、居原秀
  • 学会等名: 第17回日本NO学会学術集会
• [学会発表] 酸化ストレスに依存した酸化イミダゾールジペプチドの産生 (2017)
  • 著者名/発表者名: 垣花優希、柴田貴広、内田浩二、居原秀
  • 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] Detection and quantification of 2-oxo-histidine-containing dipeptides (2017)
  • 著者名/発表者名: Ihara H, Kakihana Y, Shibata T, Uchida K
  • 学会等名: The Society for Redox Biology and Medicine's (SfRBM) 24th Annual Meeting
  • 国際学会