タンパク質ポリスルフィド化を介したレッドクスシグナル制御機構の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K17583
• 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): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: タンパク質ポリスルフィド化 / システインパースルフィド / アルコールデヒドロゲナーゼ / レドックスシグナル

研究実績の概要

我々は最近、様々なタンパク質中のシステイン残基に翻訳時からイオウ原子が過剰に付加（ポリスルフィド化）していることを示した。タンパク質ポリスルフィドは高いレドックス活性（求核性）を持つことからタンパク質機能制御への関与が予想されるが、その生理機能は不明である。本研究課題では、S-ニトロソグルタチオンレダクターゼ（GSNOR）活性およびホルムアルデヒドデヒドロゲナーゼ（FDH）活性を有する多機能酵素アルコールデヒドロゲナーゼ5（ADH5）に注目し、タンパク質ポリスルフィド化を介した生体内レドックスシグナル制御機構の解明を目指した。昨年度の研究において、大腸菌および哺乳類細胞で発現したヒトADH5は高度にポリスルフィド化しており、ポリスルフィド化の維持には活性中心のCys174が重要であることを明らかにした。本年度は、組換えタンパク質を用いて、GSNORおよびFDH活性とタンパク質ポリスルフィドの連関について解析を行うとともに、細胞レベルでの解析を行った。ゲルシフトアッセイを用いて、酵素活性前後でのタンパク質ポリスルフィド化レベルの解析を行なった結果、GSNOR反応によりタンパク質ポリスルフィドは減少し、FDH反応により回復することが分かった。興味深いことに、これらのタンパク質ポリスルフィド化レベルの変動とGSNOR活性が相関していることが明らかになった。また、Cys174S変異GSNOR発現細胞を調製し解析した結果、細胞内NO代謝活性が欠損し、タンパク質ポリスルフィド化が顕著に減少していることが分かった。これらのことから、生体内NOシグナル制御系とアルデヒド代謝機構は、ADH5の活性中心のタンパク質ポリスルフィドを介して連関していることが示唆された。

研究成果

• [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] 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] 8-Nitro-cGMP attenuates context-dependent fear memory in mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto Y, Kasamatsu S, Yanai S, Endo S, Akaike T, Ihara H
  • 雑誌名: Biochemical and biophysical research communications 巻: 511 ページ: 141-147
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.01.138
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breathing hydrogen sulfide prevents delayed paraplegia in mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kakinohana M, Marutani E, Tokuda K, Kida K, Kosugi S, Kasamatsu S, Magliocca A, Ikeda K, Kai S, Sakaguchi M, Hirai S, Xian M, Kaneki M, Ichinose F
  • 雑誌名: Free radical biology & medicine 巻: 131 ページ: 243-250
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2018.12.003
  • 査読あり / 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: 10.1016/j.bbrc.2017.12.088
  • 査読あり
• [学会発表] ニトロソグルタチオン代謝酵素アルコールデヒドロゲナーゼ5のタンパク質ポリスルフィド化による活性制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元, 笠松真吾, MORSHEDUL Alam Md., 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71回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] メチル水銀による活性イオウ分子種依存的レドックスシグナルの破綻 (2018)
  • 著者名/発表者名: 居原 秀, 北村 篤志, 笠松 真吾, 井田 智章, 西田 基宏, 澤 智裕, 熊谷 嘉人, 赤池 孝章
  • 学会等名: 第45回日本毒性学会学術年会
• [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