エポキシシクロヘキセンジオン類によるADP/ATP輸送体の凝集メカニズムの解明

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K05458
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 村井 正俊 京都大学, 農学研究科, 准教授 (80543925)
• 研究分担者: 山本 武範 徳島大学, 先端酵素学研究所(プロテオ), 講師 (80457324)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: ミトコンドリア / ADP/ATP輸送体 / 阻害剤 / ケミカルバイオロジー

研究実績の概要

ミトコンドリアADP/ATP輸送体(AAC)は、ミトコンドリア内膜上でADPとATPの交換反応を行う分子質量約30 kDaの膜輸送体であり、マトリックス側で生産されたATPを細胞質へ供給する役割を担っている。ウシ心筋ミトコンドリアAACの新規阻害剤を探索する過程で、epoxycyclohexenedione類（ECH類）がAACによる[14C]ADPの取り込みを阻害することを見出した。また、代表者は高濃度のECH類でSMPを処理した場合、AACの顕著な凝集が誘導されるというユニークな現象を見出した。昨年度までに、ECH類はAAC表面上の3箇所のシステイン(Cys57, Cys160, Cys257)のうち、Cys57を強く修飾することを明らかにした。

本年度は、タンパク質修飾剤である4-hydroxynonenal (4HNE)の作用機構について検討した。リノール酸の過酸化分解物4-HNEはその代表例であり、システインなどの求核性アミノ酸残基とマイケル型付加することでタンパク質を化学修飾
する。ウシ心筋AACを4-HNEをインキュベートしたところ、4-HNE は 主に Cys160 を修飾していることが強く示唆された。その一方で、4-HNEによる化学修飾は、ECH類とは対照的にAACの凝集（後述）を誘導しなかった。ECH類と同じくシステイン修飾剤でありながら、凝集誘導をしなかった4HNEについては、ECH類の作用機構を考察する上での重要な知見である。

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

代表者は、高濃度のECH類でSMPを処理した場合、AACの顕著な凝集が誘導されるというユニークな現象を見出している。ところが、ECH類と同じく、タンパク質のシステイン残基と反応する4HNEではこうした凝集は誘導されなかった。

両者の差を明らかにすることが、ユニークなAAC阻害剤であるECH類の作用機構を明らかにする鍵であると考えている。

今後の研究の推進方策

「現在までの進捗状況」で記載した通り、ユニークなAAC阻害剤であるECH類の作用機構（凝集誘導の仕組み）を明らかにすることが必須であると考えている。

次年度使用額が生じた理由

ECH類のプローブ分子の合成が進まず、試薬購入費用として計上していた予算に余剰が生じた。次年度は有機合成を重点的に進める予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Rensselaer Polytechnic Institute(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Rensselaer Polytechnic Institute
• [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: University of Helsinki
• [雑誌論文] Oversized ubiquinones as molecular probes for structural dynamics of the ubiquinone reaction site in mitochondrial respiratory complex I (2020)
  • 著者名/発表者名: Uno, S., Masuya, T., Shinzawa-Itoh, K., Lasham, J., Haapanen, O., Shiba, T., Inaoka, D. K., Sharma, V., Murai, M., and Miyoshi, H.
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 295 ページ: 2449-2463
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.012347
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Defining the mechanism of action of S1QELs, specific suppressors of superoxide production in the quinone-reaction site in mitochondrial complex I (2019)
  • 著者名/発表者名: Banba, A., Tsuji, A., Kimura, H., Murai, M. and Miyoshi, H
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 294 ページ: 6550-6561
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.007687
  • 査読あり
• [雑誌論文] The antibiotic korormicin A kills bacteria by producing reactive oxygen species, (2019)
  • 著者名/発表者名: 6. Maynard, A., Butler, N. L., Ito, T., da Silva, A. J., Murai, M., Chen, T., Koffas, M. A. G., Miyoshi, H., and Barquera, B.
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 巻: 201 ページ: e00718-18
  • DOI: 10.1128/JB.00718-18
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fusaramin, an antimitochondrial compound produced by Fusarium sp., discovered using multidrug-sensitive Saccharomyces cerevisiae (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakai, K., Unten, Y., Iwatsuki, M., Matsuo, H., Fukasawa, W., Hirose, T., Chinen, T., Nonaka, K., Nakashima, T., Sunazuka, T., Usui, T., Murai, M., Miyoshi, H., Asami, Y., Omura, S., and Shiomi, K.
  • 雑誌名: Journal of Antibiotics 巻: 72 ページ: 645-652
  • DOI: 10.1038/s41429-019-0197-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoaffinity labeling of respiratory complex I in bovine heart submitochondrial particles by photoreactive [125I]amilorides (2019)
  • 著者名/発表者名: Murai, M. and Miyoshi, H
  • 雑誌名: Bio-Protocol 巻: 9 ページ: e3349
  • DOI: 10.21769/BioProtoc.3349
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] コレラ菌Na+輸送型NADH-キノン酸化還元酵素の阻害剤コロルミシンの結合部位の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 桝谷貴洋、佐野祐樹、田中比奈子、伊藤剛、Blanca Barquera、村井正俊、三芳秀人
  • 学会等名: 日本農薬学会第45回大会、2020年3月、大阪府立大学（コロナウイルス感染拡大により中止）
• [学会発表] 抗がん剤候補化合物IACS-010759の呼吸鎖複合体-Iにおける作用機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 辻諄人、赤尾拓海、桝谷貴洋、村井正俊、三芳秀人
  • 学会等名: 日本農薬学会第45回大会、2020年3月、大阪府立大学（コロナウイルス感染拡大により中止）
• [学会発表] 人工キノン類を用いたミトコンドリア呼吸鎖複合体-Iのキノン結合ポケットの構造特性の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宇野晋平、桝谷貴洋、新澤-伊藤恭子、志波智生、稲岡健ダニエル、村井正俊、三芳秀人
  • 学会等名: 日本農薬学会第45回大会、2020年3月、大阪府立大学（コロナウイルス感染拡大により中止）
• [学会発表] コレラ菌Na+輸送型NADH-キノン酸化還元酵素の特異的化学修飾法の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石川萌、桝谷貴洋、村井正俊、Blanca Bqrquera、三芳秀人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会、2020年3月、九州大学（コロナウイルス感染拡大により中止）
• [学会発表] コレラ菌Na+輸送型NADH-キノン酸化還元酵素の阻害剤オーラシンの結合部位の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐野祐樹、桝谷貴洋、村井正俊、Blanca Bqrquera、三芳秀人、
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会、2020年3月、九州大学（コロナウイルス感染拡大により中止）
• [学会発表] 人工キノン類を用いたミトコンドリア呼吸鎖複合体-Iのキノン結合ポケットの構造特性の解明、 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宇野晋平、桝谷貴洋、新澤-伊藤恭子、志波智生、稲岡健ダニエル、村井正俊、三芳秀人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会、2020年3月、九州大学（コロナウイルス感染拡大により中止）
• [学会発表] 抗がん剤候補化合物IACS-010759のミトコンドリア呼吸鎖複合体-Iにおける作用機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 辻諄人、桝谷貴洋、村井正俊、三芳秀人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会、2020年3月、九州大学（コロナウイルス感染拡大により中止）
• [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖複合体-Iの機能解明を目指した生物有機化学的研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 村井正俊
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部例会（第508講演会）、2019年6月、京都府立大学
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖複合体-I のキノン/阻害剤結合ポケットの構造特性の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宇野晋平、木村洋則、村井正俊、三芳秀人
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部例会（第508講演会）、2019年6月、京都府立大学
• [学会発表] 出芽酵母ミトコンドリアVDAC1を特異的に阻害するペンテンジオ ール類の作用機構研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 運天優歩、村井正俊、山本武範、一丸直哉、篠原康雄、三芳秀人
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西・中部支部2019年度合同大会、2019年9月、神戸大学
• [学会発表] 人工キノンを用いた呼吸鎖複合体-Iのキノン結合ポケットの構造特性の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宇野晋平、桝谷貴洋、新澤-伊藤恭子、志波智生、稲岡健ダニエル、村井正俊、三芳秀人
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第45回討論会、2019年12月、九州工業大学
• [学会発表] 出芽酵母ミトコンドリアVDAC1を特異的に阻害するペンテンジオール類の作用機構研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 運天優歩、村井正俊、山本武範、篠原康雄、一丸直哉、三芳秀人
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第45回討論会、2019年12月、九州工業大学
• [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖複合体-Iからの活性酸素発生を抑制する化合物群（S1QEL類）の作用機構研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 村井正俊、馬場敦志、辻諄人、三芳秀人
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第45回討論会、2019年12月、九州工業大学
• [備考] 所属研究室HP
  • URL: http://www.biofunc-chem.kais.kyoto-u.ac.jp
• [備考] Google Schalor
  • URL: https://scholar.google.co.jp/citations?user=I66ybkoAAAAJ&hl=ja