タンパク質ポリスルフィドの生体内生成動態と構造・機能制御メカニズムの解明

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K08619
• 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): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: ポリスルフィド化タンパク質 / 活性イオウ分子 / 質量分析装置 / メタボローム / プロテオーム

研究実績の概要

システインやグルタチオンのチオール基に過剰にイオウ原子が付加(ポリスルフィド化)したシステインポリスルフィドなどの活性イオウ分子種が生体内において高いレベルで生成していることがわっかてきた。さらに、タンパク質のシステイン残基もポリスルフィド化していることがわかってきた。しかし、どのようなタンパク質のどのシステイン残基がどの程度、どのような構造でポリスルフィド化しているか不明である。そこで、本研究では、網羅的・特異的かつ定量的ポリスルフィド化タンパク質スクリーニングシステムを構築し、生体内ポリスルフィド化タンパク質生成動態を解析することで、ポリスルフィド化タンパク質の生合成・構造・機能制御機構を解明することを目指した。本年度は、活性イオウ分子種、さらにポリスルフィド化タンパク質を特異的・定量的・高感度に検出するシステムの構築に成功した。具体的には、iodoacetamide誘導体を用いた新規ポリスルフィド高感度定量解析システムの構築に成功した。この解析システムにより、反応性が高く、不安定なポリスルフィド構造を安定化し、質量分析装置を用いて特異的・高感度に検出することが可能となった。さらに、安定同位体希釈法を組み合わせることで、定量的な解析が可能となった。また、ポリスルフィド化タンパク質を簡便に検出することができるポリスルフィド化タンパク質スクリーニング法、さらにポリスルフィド化タンパク質を特異的に同定するキャプチャーシステムの構築に成功した。

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

研究実施計画に基づき、当初予定していたiodoacetamide誘導体を用いた新規ポリスルフィド高感度定量解析システム、ポリスルフィド化タンパク質スクリーニング法、さらにポリスルフィド化タンパク質キャプチャーシステムの構築に成功した。この検出・同定システムの構築により、生体内活性イオウ分子種やポリスルフィド化タンパク質の生成動態解析が可能となった。

今後の研究の推進方策

研究実施計画に基づき、予定していたように平成２９年度に構築した質量分析装置を用いた特異的・高感度システイパースルフィド解析システムを発展・応用し、タンパク質に含まれるシステイン残基のポリスルフィド化レベルを定量的に解析するシステムを構築する。さらに、この解析システムとポリスルフィド化タンパク質スクリーニング法、ポリスルフィド化タンパク質キャプチャーシステムを組合わせて、各種組換えタンパク質や培養細胞ライセートに含まれるポリスルフィド化タンパク質生成動態を解析する。これらの解析によりポリスルフィド化タンパク質の生合成・構造・機能制御機構の解明を目指す。

次年度使用額が生じた理由

（理由）本年度は、実験に使用する試薬、消耗品などの物品費が当初の予定よりも少ない額で目標を達成することができたため。
（使用計画）各種組換えタンパク質や培養細胞ライセートに含まれるポリスルフィド化タンパク質生成動態や構造・機能制御メカニズムを明らかにする為の実験に関する試薬や消耗品などの物品費に使用する。また、研究成果を論文にまとめ投稿する為の英文校正や論文投稿費として使用する。

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: 10.1016/j.bbrc.2017.12.088
  • 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 David E.、Hristova Milena、Ida Tomoaki、Mijuskovic Ana、Dustin Christopher M.、Bogdandi Virag、Fukuto Jon M.、Dick Tobias P.、Nagy Peter、Li Jianing、Akaike Takaaki、van der Vliet Albert
  • 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] 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] Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics (2017)
  • 著者名/発表者名: Akaike T, Ida T, Wei Fan-Yan, Nishida M, Kumagai Y, Alam Md. Morshedul, 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 Minkyung, 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] 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 Radic Biol Med. 巻: 110 ページ: 63-71
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] 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] 活性イオウ・パースルフィド解析システムの開発と応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、赤池孝章
  • 学会等名: ConBio2017
  • 招待講演
• [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] Cysteine hydropersulfide production catalyzed by cysteinyl-tRNA synthetases (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ida, Akira Nishimura, Masanobu Morita, Hozumi Motohashi, Takaaki Akaike
  • 学会等名: SfRBM 2017
  • 国際学会
• [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] 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
• [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