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

2019 年度 実績報告書

• 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: 活性イオウ分子種 / 質量分析装置 / タンパク質ポリスルフィド化 / レドックス

研究実績の概要

システインのチオール基にイオウ原子が過剰に付加（ポリスルフィド化）したシステインパースルフィド(CysSSH)に代表される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かってきた。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示された。しかしながら、ポリスルフィド化タンパク質の同定やその動態・機能については不明な点が多く残っている。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の構造とその生成動態、および、機能を解明することを目的とした。
本年度は、各種質量分析装置を用いて、タンパク質システイン残基のポリスルフィド化が豊富に存在していることを示した。さらに、タンパク質システイン残基の酸化修飾を特異的かつ定量的に解析するシステムを新たに構築した。この解析システムを用いて、過酸化水素等の酸化剤処理により、タンパク質ポリスルフィドが酸化されたシステインパーチオスルフィン酸(CysSSO2H)やパーチオスルフォン酸(CysSSO3H)の生成レベルが増加することを明らかにした。さらに、タンパク質システイン残基の不可逆的な酸化であるCysSO2HやCysSO3Hに対して、タンパク質ポリスルフィド化機能の一つとして、CysSSO2HやCysSSO3Hは、そのS-S結合を還元することで過度な酸化による損傷からタンパク質を保護していることを見出した。これらのことから、タンパク質のパースルフィド化は、生命の機能維持に極めて重要な役割を果たしていることが示された。

研究成果

• [国際共同研究] Sonoma State University/Washington State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Sonoma State University/Washington State University
• [国際共同研究] University of Southampton/King's College of London(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Southampton/King's College of London
• [国際共同研究] National Institute of Oncology(ハンガリー)
  • 国名: ハンガリー
  • 外国機関名: National Institute of Oncology
• [国際共同研究] Karolinska Institutet(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Karolinska Institutet
• [雑誌論文] 8-Nitro-cGMP modulates exocytosis in adrenal chromaffin cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsutsuki Hiroyasu、Kasamatsu Shingo、Kunieda Kohei、Ida Tomoaki、Sawa Tomohiro、Sasakawa Nobuyuki、Akaike Takaaki、Ihara Hideshi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.03.045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Control of protein function through oxidation and reduction of persulfidated states (2020)
  • 著者名/発表者名: Doka E.、Ida T.、Dagnell M.、Abiko Y.、Luong N. C.、Balog N.、Takata T.、Espinosa B.、Nishimura A.、Cheng Q.、Funato Y.、Miki H.、Fukuto J. M.、Prigge J. R.、Schmidt E. E.、Arner E. S. J.、Kumagai Y.、Akaike T.、Nagy P.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 ページ: eaax8358
  • DOI: 10.1126/sciadv.aax8358
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long-lasting blood pressure lowering effects of nitrite are NO-independent and mediated by hydrogen peroxide, persulfides, and oxidation of protein kinase G1α redox signalling (2019)
  • 著者名/発表者名: Feelisch Martin、Akaike Takaaki、Griffiths Kayleigh、Ida Tomoaki、Prysyazhna Oleksandra、Goodwin Joanna J、Gollop Nicholas D、Fernandez Bernadette O、Minnion Magdalena、Cortese-Krott Miriam M、Borgognone Alessandra、Hayes Rosie M、Eaton Philip、Frenneaux Michael P、Madhani Melanie
  • 雑誌名: Cardiovascular Research 巻: 116 ページ: 51～62
  • DOI: 10.1093/cvr/cvz202
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mitochondrial cysteinyl-tRNA synthetase is expressed via alternative transcriptional initiation regulated by energy metabolism in yeast cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimura Akira、Nasuno Ryo、Yoshikawa Yuki、Jung Minkyung、Ida Tomoaki、Matsunaga Tetsuro、Morita Masanobu、Takagi Hiroshi、Motohashi Hozumi、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 ページ: 13781～13788
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.009203
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Data‐Driven Identification of Hydrogen Sulfide Scavengers (2019)
  • 著者名/発表者名: Yang Chun‐tao、Wang Yingying、Marutani Eizo、Ida Tomoaki、Ni Xiang、Xu Shi、Chen Wei、Zhang Hui、Akaike Takaaki、Ichinose Fumito、Xian Ming
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 58 ページ: 10898～10902
  • DOI: 10.1002/anie.201905580
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oxidation of PKGIα mediates an endogenous adaptation to pulmonary hypertension (2019)
  • 著者名/発表者名: Rudyk Olena、Rowan Alice、Prysyazhna Oleksandra、Krasemann Susanne、Hartmann Kristin、Zhang Min、Shah Ajay M.、Ruppert Clemens、Weiss Astrid、Schermuly Ralph T.、Ida Tomoaki、Akaike Takaaki、Zhao Lan、Eaton Philip
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 ページ: 13016～13025
  • DOI: 10.1073/pnas.1904064116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Environmental Electrophile-Mediated Toxicity in Mice Lacking Nrf2, CSE, or Both (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Masahiro、Unoki Takamitsu、Shinkai Yasuhiro、Ishii Isao、Ida Tomoaki、Akaike Takaaki、Yamamoto Masayuki、Kumagai Yoshito
  • 雑誌名: Environmental Health Perspectives 巻: 127 ページ: 067002～067002
  • DOI: 10.1289/EHP4949
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Uptake and Release of Polysulfur Cysteine Species by Cells: Physiological and Toxicological Implications (2019)
  • 著者名/発表者名: Lin Joseph、Akiyama Masahiro、Bica Iris、Long Faith T.、Henderson Catherine F.、Goddu Robert N.、Suarez Valeria、Baker Blaine、Ida Tomoaki、Shinkai Yasuhiro、Nagy Peter、Akaike Takaaki、Fukuto Jon M.、Kumagai Yoshito
  • 雑誌名: Chemical Research in Toxicology 巻: 32 ページ: 447～455
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.8b00340
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polysulfide stabilization by tyrosine and hydroxyphenyl-containing derivatives that is important for a reactive sulfur metabolomics analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Hamid Hisyam Abdul、Tanaka Akira、Ida Tomoaki、Nishimura Akira、Matsunaga Tetsuro、Fujii Shigemoto、Morita Masanobu、Sawa Tomohiro、Fukuto Jon M.、Nagy P?ter、Tsutsumi Ryouhei、Motohashi Hozumi、Ihara Hideshi、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: Redox Biology 巻: 21 ページ: 101096～101096
  • DOI: 10.1016/j.redox.2019.101096
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 活性硫黄メタボロームの新展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、居原 秀、赤池孝章
  • 学会等名: 第19回分子予防環境医学研究会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 全生物種横断的に発現されるシステインパースルフィド合成酵素の発見と機能解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、守田匡伸、松永哲郎、西村 明、居原 秀、澤 智裕、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会
• [学会発表] 活性イオウ安定化と高精度イオウ代謝解析法の確立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、松永哲郎、西村 明、守田匡伸、居原 秀、澤 智裕、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] Translation-coupled protein polysulfidation, discovery of a novel cysteine persulfide synthase (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ida, Masanobu Morita, Akira Nishimura, Tetsuro Matsunaga, Hideshi Ihara, Tomohiro Sawa, Hozumi Motohashi, Takaaki. Akaike
  • 学会等名: The 9th Biennial Meeting of Society for Free Radical Research-Asia
  • 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ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.html