病原細菌における新規活性イオウ分子産生系の発見と病原性発現機構の解明

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K07099
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 藤井 重元 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (00325333)
• 研究分担者: 井田 智章 東北大学, 医学系研究科, 助教 (70570406)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 細菌 / 感染防御 / オートファジー / 活性イオウ分子種 / 硫化水素

研究実績の概要

本研究では、我々が最近発見した細菌の新規活性イオウ分子産生酵素(CARS)の機能に焦点をあて、細菌が産生する活性イオウ分子のオートファジー抑制作用と細胞内殺菌回避における役割を明らかにし病原性発現との関連を解明することを目的としている。本年度は、細菌の活性イオウ分子産生メカニズムの解析と活性イオウ分子によるオートファジー制御の解析を行った。大腸菌のシステインtRNA合成酵素(EcCARS)について質量分析(LC-MS/MS)を用いたポリスルフィド定量システムにより解析した結果、真核生物のCARSと同様に、システインを基質としてシステインパースルフィドを生成することが分かった。また、我々が既に作製しているネズミチフス菌(Salmonella Typhimurium)の主要な硫化水素(H2S)産生酵素であるチオ硫酸還元酵素(Phs)および亜硫酸還元酵素(Asr)の欠損株の活性イオウ分子の産生レベルを解析した結果、野生株と比べて各欠損株において、システインパースルフィド、グルタチオンパースルフィドをはじめとする各種活性イオウ分子産生量の有意な減少を認めた。さらに、マウスマクロファージ様RAW264.7細胞にネズミチフス菌の野生株および活性パースルフィド生成変異株を感染させ、オートファジー誘導と細胞内増殖を解析した結果、細菌由来の活性イオウ分子がオートファジーを抑制することが分かった。これらの結果から、ネズミチフス菌が産生するシステインパースルフィドなどの活性イオウ分子は、感染マクロファージ内におけるオートファジー誘導制御に重要な役割を果たしていることが示唆された。

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

当初計画で予定していた細菌の活性イオウ分子産生メカニズムの解析および活性イオウ分子種のオートファジー制御の解析について、ほぼ計画どおり実験を実施することができ、細菌由来の活性イオウ分子による介したオートファジー誘導制御の研究成果が得られた。

今後の研究の推進方策

研究遂行上の問題はなく、当初の研究計画は変更なく研究を推進していく予定である。また、細菌の新規活性イオウ分子産生系の生理機能解析において当初計画よりも大きな成果が得られるものと考えている。

次年度使用額が生じた理由

（理由）
実験を効率よく行うことにより、予定よりも少ない経費で当初研究計画を実施し研究成果を挙げることができたため。
（使用計画）
活性イオウ分子によるオートファジー制御機構の詳細な解析、特に新規活性イオウ分子産生系の役割についての解析等、本研究の目的達成のためのさらに詳細な解析を行うために使用する。

研究成果

• [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 J, Akiyama M, Bica I, Long FT, Henderson CF, Goddu RN, Suarez V, Baker B, Ida T, Shinkai Y, Nagy P, Akaike T, Fukuto JM, Kumagai Y.
  • 雑誌名: Chem Res Toxicol 巻: 32 ページ: 447-455
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.8b00340.
  • 査読あり / 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 HA, Tanaka A, Ida T, Nishimura A, Matsunaga T, Fujii S, Morita M, Sawa T, Fukuto JM, Nagy P, Tsutsumi R, Motohashi H, Ihara H, Akaike T.
  • 雑誌名: Redox Biol 巻: 21 ページ: 101096
  • DOI: 10.1016/j.redox.2019.101096.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Production of 8-nitro-cGMP in osteocytic cells and its upregulation by parathyroid hormone and prostaglandin E2. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagayama K, Miyamoto Y, Kaneko K, Yoshimura K, Sasa K, Akaike T, Fujii S, Izumida E, Uyama R, Chikazu D, Maki K, Kamijo R.
  • 雑誌名: In Vitro Cell Dev Biol Anim 巻: 55 ページ: 45-51
  • DOI: 10.1007/s11626-018-0304-0.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Speciation of reactive sulfur species and their reactions with alkylating agents: do we have any clue about what is present inside the cell? (2019)
  • 著者名/発表者名: Bogdandi V, Ida T, Sutton TR, Bianco C, Ditroi T, Koster G, Henthorn HA, Minnion M, Toscano JP, van der Vliet A, Pluth MD, Feelisch M, Fukuto JM, Akaike T, Nagy P.
  • 雑誌名: Br J Pharmacol 巻: 176 ページ: 646-670
  • DOI: 10.1111/bph.14394.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The reaction of hydrogen sulfide with disulfides: formation of a stable trisulfide and implications for biological systems. (2019)
  • 著者名/発表者名: Bianco CL, Akaike T, Ida T, Nagy P, Bogdandi V, Toscano JP, Kumagai Y, Henderson CF, Goddu RN, Lin J, Fukuto JM.
  • 雑誌名: Br J Pharmacol 巻: 176 ページ: 671-683
  • DOI: 10.1111/bph.14372.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Persulfide synthases that are functionally coupled with translation mediate sulfur respiration in mammalian cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii S, Sawa T, Motohashi H, Akaike T.
  • 雑誌名: Br J Pharmacol 巻: 176 ページ: 607-615
  • DOI: 10.1111/bph.14356.
  • 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 EDH against NO-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: J Cardiovasc Pharmacol. 巻: 71 ページ: 113-126
  • DOI: 10.1097/FJC.0000000000000552.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reactive Persulfides from Salmonella Typhimurium Downregulate Autophagy-Mediated Innate Immunity in Macrophages by Inhibiting Electrophilic Signaling. (2018)
  • 著者名/発表者名: Khan S, Fujii S, Matsunaga T, Nishimura A, Ono K, Ida T, Ahmed KA, Okamoto T, Tsutsuki H, Sawa T, Akaike T.
  • 雑誌名: Cell Chem Biol. 巻: 25 ページ: 1403-1413.e4
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2018.08.007.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Biological hydropersulfides and related polysulfides - a new concept and perspective in redox biology. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuto JM, Ignarro LJ, Nagy P, Wink DA, Kevil CG, Feelisch M, Cortese-Krott MM, Bianco CL, Kumagai Y, Hobbs AJ, Lin J, Ida T, Akaike T.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 巻: 592 ページ: 2140-2152
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13090.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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 DE, Hristova M, Ida T, Mijuskovic A, Dustin CM, Bogdandi V, Fukuto JM, Dick TP, Nagy P, Li J, Akaike T, van der Vliet A.
  • 雑誌名: Redox Biol. 巻: 14 ページ: 379-385
  • DOI: 10.1016/j.redox.2017.10.006.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] チロシン・ヒドロキシフェニル基によるポリスルフィドの安定化 (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18回 分子予防環境医学研究会大会（名古屋）
• [学会発表] Translation-coupled protein polysulfidation, a unique biosynthesis pathway of cysteine persulfide (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ida, Akira Nishimura, Masanobu Morita, Hideshi Ihara, Tomohiro Sawa, Shigemoto Fujii, Hozumi Motohashi, Takaaki Akaike
  • 学会等名: 10th International Conference on the Biology, Chemistry and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
  • 国際学会
• [学会発表] システイニルtRNA合成酵素のパースルフィド合成制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田 智章, 西村 明, 守田 匡伸, 松永 哲郎, 澤 智裕, 居原 秀, 藤井 重元, 本橋 ほづみ, 赤池 孝章
  • 学会等名: 第91回 日本生化学会大会（京都）
• [学会発表] システイニルtRNA合成酵素によるパースルフィド合成制御機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田 智章，西村 明，守田 匡伸，松永 哲郎，澤 智裕， 居原 秀，藤井 重元，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・日本NO学会合同学術集会（京都）
• [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制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井 重元，笠松真吾，Md. Morshedul Alam，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・日本NO学会合同学術集会（京都）
• [学会発表] 種横断的システインパースルフィド合成酵素の発見とその生体防御機能の解明 (2018)
  • 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， 藤井 重元 ，本橋ほづみ，赤池 孝章
  • 学会等名: 第72回 日本細菌学会東北支部総会（仙台）
• [学会発表] 種横断的新しいシステインパースルフィド合成酵素の発見 (2018)
  • 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， 藤井 重元 ，本橋ほづみ，赤池 孝章
  • 学会等名: 第29回 日本生体防御学会学術集会（京都）
• [学会発表] 親電子解毒代謝系システインパースルフィドの新しい合成酵素の発見 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田 智章，守田 匡伸，西村 明，松永 哲郎，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45回 日本毒性学会学術年会
• [学会発表] システイニルtRNA合成酵素によるパースルフィド合成制御機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井田智章，西村 明，守田匡伸，松永哲郎，澤 智裕， 居原 秀，藤井重元，本橋ほづみ，赤池孝章
  • 学会等名: 平成30年度 生理学研究所研究会（岡崎）
• [図書] ポリスルフィド化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村 明、井田智章、赤池孝章
  • 総ページ数: 2 (Vol.69 No. 5, 448-449)
  • 出版者: 生体の科学
• [図書] SH（ポリスルフィド）の酸化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村 明、井田智章、赤池孝章
  • 総ページ数: 2 (Vol. 69 No. 5, 446-447)
  • 出版者: 生体の科学
• [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/