一酸化窒素(NO)合成酵素由来と外因性NOによるスーパーオキシドの毒性軽減の証明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06948
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 藤井 順逸 山形大学, 大学院医学系研究科, 教授 (00222258)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 一酸化窒素 / スーパーオキシド / マクロファージ / ペルオキシ亜硝酸 / NOS2 / SOD11

研究実績の概要

一酸化窒素(NO)はスーパーオキシドと拡散律速で反応しその反応速度はスーパーオキシドの消去酵素・SODをも凌駕するが、その結果生成するペルオキシ亜硝酸イオンが細胞を酸化障害するため、むしろ有害とする見方が多い。本研究では、誘導型NO合成酵素(NOS2)に由来するNOがスーパーオキシドと反応することでその毒性を抑えているとの仮説を立て、SOD1とNOS2の二重欠損マウスを作製して検証した。さらに鉄依存性の細胞死（フェロトーシス）に対してNOが保護効果を有する可能性についても検討した。
盲腸結紮穿刺による敗血症モデルでは、野生型マウスに比べて NOS2欠損マウスは重篤な症状を示し早期に死亡したことから、NOS2が保護的に働くことが示唆された。SOD1単独欠損および二重欠損マウスから腹腔マクロファージを単離して比較検討したところ、NOドナーを添加することで生存が改善され、NOがスーパーオキシドの毒性を軽減することが明らかになった。
シスチン輸送体であるxCTを欠損するマウス由来の線維芽細胞は、通常の培養条件下でも鉄依存性の細胞死（フェロトーシス）により死滅する。しかしxCT欠損マクロファージではNOやグルタチオン産生が低下し酸化ストレスが亢進しているが、フェロトーシスを起こすことはない。マクロファージ生存のするしくみを明らかにするためにプロテオミクス解析を行ない、グルタチオン合成系にシステインを供給すると考えられるジペプチダーゼを同定した。さらにゲノム編集によるノックアウトマウスを作製し、肝障害剤に対する感受性が増すことを確認した（論文投稿中）。
NOがシステイン欠乏によって誘導されるフェロトーシスを抑制することが分かったので、その機構解明のための検討を行い、過酸化脂質ラジカルによるフェロトーシス誘導能を消失させることが示唆された（論文作成中）。

研究成果

• [国際共同研究] National Institute of Immunohaematology(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: National Institute of Immunohaematology
• [国際共同研究] Konkuk University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Konkuk University
• [雑誌論文] Nitric oxide produced by NOS2 copes with the cytotoxic effects of superoxide in macrophages (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Sho、Homma Takujiro、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 26 ページ: 100942～100942
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.100942
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Superoxide produced by mitochondrial complex III plays a pivotal role in the execution of ferroptosis induced by cysteine starvation (2021)
  • 著者名/発表者名: Homma Takujiro、Kobayashi Sho、Sato Hideyo、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Archives of Biochemistry and Biophysics 巻: 700 ページ: 108775～108775
  • DOI: 10.1016/j.abb.2021.108775
  • 査読あり
• [雑誌論文] Developmental retardation in neonates of aldehyde reductase (AKR1A)-deficient mice is associated with low ascorbic acid and high corticosterone levels (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishii Naoki、Homma Takujiro、Takeda Yuji、Aung Naing Ye、Yamada Ken-ichi、Miyata Satoshi、Asao Hironobu、Yamakawa Mitsunori、Fujii Junichi
  • 雑誌名: The Journal of Nutritional Biochemistry 巻: 91 ページ: 108604～108604
  • DOI: 10.1016/j.jnutbio.2021.108604
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of a rat monoclonal antibody raised against ferroptotic cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Sho、Harada Yumi、Homma Takujiro、Yokoyama Chikako、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Journal of Immunological Methods 巻: 489 ページ: 112912～112912
  • DOI: 10.1016/j.jim.2020.112912
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defective biosynthesis of ascorbic acid in Sod1-deficient mice results in lethal damage to lung tissue (2021)
  • 著者名/発表者名: Homma Takujiro、Takeda Yuji、Nakano Tomoyuki、Akatsuka Shinya、Kinoshita Daisuke、Kurahashi Toshihiro、Saitoh Shinichi、Yamada Ken-ichi、Miyata Satoshi、Asao Hironobu、Goto Kaoru、Watanabe Tetsu、Watanabe Masafumi、Toyokuni Shinya、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 162 ページ: 255～265
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2020.10.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Erythrocytes as a preferential target of oxidative stress in blood (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujii Junichi、Homma Takujiro、Kobayashi Sho、Warang Prashant、Madkaikar Manisha、Mukherjee Malay B.
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: Jan17 ページ: 1～19
  • DOI: 10.1080/10715762.2021.1873318
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Emerging connections between oxidative stress, defective proteolysis, and metabolic diseases (2020)
  • 著者名/発表者名: Homma Takujiro、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: Apr 20 ページ: 1～16
  • DOI: 10.1080/10715762.2020.1734588
  • 査読あり
• [雑誌論文] Testis-specific peroxiredoxin 4 variant is not absolutely required for spermatogenesis and fertility in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Homma Takujiro、Kurahashi Toshihiro、Ishii Naoki、Shirasawa Nobuyuki、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 17934～17934
  • DOI: 10.1038/s41598-020-74667-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Iron loading exerts synergistic action via a different mechanistic pathway from that of acetaminophen-induced hepatic injury in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Moon Gyul、Kobayashi Sho、Aung Naing Ye、Yamada Ken-ichi、Yamakawa Mitsunori、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 54 ページ: 606～619
  • DOI: 10.1080/10715762.2020.1819996
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ascorbic acid prevents N-nitrosodiethylamine-induced hepatic injury and hepatocarcinogenesis in Akr1a-knockout mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishii Naoki、Homma Takujiro、Guo Xin、Yamada Ken-ichi、Yamada Sohsuke、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Toxicology Letters 巻: 333 ページ: 192～201
  • DOI: 10.1016/j.toxlet.2020.08.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cysteine preservation confers resistance to glutathione-depleted cells against ferroptosis via CDGSH iron sulphur domain-containing proteins (CISDs) (2020)
  • 著者名/発表者名: Homma Takujiro、Kobayashi Sho、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 54 ページ: 397～407
  • DOI: 10.1080/10715762.2020.1780229
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic ablation of aldehyde reductase (Akr1a) augments exercise endurance in mice via activation of the PGC-1α-involved pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Miku、Homma Takujiro、Yamada Ken-ichi、Miyata Satoshi、Nakajima Osamu、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Life Sciences 巻: 249 ページ: 117501～117501
  • DOI: 10.1016/j.lfs.2020.117501
  • 査読あり
• [雑誌論文] γ-Glutamylcysteine synthetase and γ-glutamyl transferase as differential enzymatic sources of γ-glutamylpeptides in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Sho、Ikeda Yoshitaka、Shigeno Yuhei、Konno Hiroyuki、Fujii Junichi
  • 雑誌名: Amino Acids 巻: 52 ページ: 555～566
  • DOI: 10.1007/s00726-020-02835-2
  • 査読あり
• [学会発表] Oxidative stress as the causal factor for anemic diseases (2020)
  • 著者名/発表者名: J. Fujii, T. Homma, S. Kobayashi, P. Warang, M. Madkaikar, M.B. Mukherjee.
  • 学会等名: The Society for Free Radical Research (SFRR)-INDIA-2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prevention of diethylnitrosamine-induced hepatic injury and carcinogenesis in mice by vitamin C (2020)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ishii, Takujiro Homma, Junichi Fuji
  • 学会等名: 8th International Translational Cancer Research Conference:Role of Inflammation and Immune System for Cancer Prevention and Treatment
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フェロトーシス細胞を認識するラットモノクローナル抗体の作製とその性質 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小林翔、原田裕未、本間拓二郎、横山智哉子、藤井順逸
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] グルタチオン合成阻害環境下における鉄硫黄クラスター形成反応のフェロトーシス感受性への関与 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本間拓二郎、小林翔、藤井順逸.
  • 学会等名: 第73回日本酸化ストレス学会・第20回日本NO学会 合同学術集会
• [学会発表] アスコルビン酸は遊離鉄の毒性を抑制することによりアセトアミノフェン肝障害を軽減する (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井順逸、文潔、小林翔、山田健一
  • 学会等名: 第73回日本酸化ストレス学会・第20回日本NO学会 合同学術集会
• [学会発表] マクロファージNOS2の生成するNOはスーパーオキシドの毒性消去に働く (2020)
  • 著者名/発表者名: 本間拓二郎、小林翔、藤井順逸
  • 学会等名: 第73回日本酸化ストレス学会・第20回日本NO学会 合同学術集会
• [備考] 山形大学大学院医学系研究科生化学分子生物学
  • URL: https://www.id.yamagata-u.ac.jp/BiochemII/b2.html