新規システインパースルフィド合成酵素の反応機構と機能解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K07306
• 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): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 活性イオウ分子種 / システインパースルフィド / システインtRNA合成酵素 / システインパースルフィド合成酵素 / イオウメタボローム

研究実績の概要

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は、生体内レドックスバランスを制御し、酸化ストレスに起因する様々な病態・疾患に対して防御的機能を発揮している。研究代表者らは翻訳のマスター酵素の一つであるシステインtRNA合成酵素(CARS)が、生体内で主要なCysSSH合成酵素(CPERS)として機能していることを見出した。本研究課題では、CARS/CPERSによるCysSSH合成制御機構を解明し、活性イオウ分子種・ポリスルフィド化タンパク質生成動態とその機能を明らかにすることを目的としている。
本年度は、新たに見出されたCPERS活性を有するleucyl-tRNA合成酵素(LARS)に対して、遺伝子改変技術CRISPR/Cas9システムを用いて樹立したLARS2欠損細胞のイオウメタボローム解析を行った。その結果、有意に細胞内の活性イオウ分子が減少することが見出され、哺乳類細胞において、LARSもCysSSH合成酵素して機能していることが見出された。さらに、LARSのアミノ酸配列を置換した組換えタンパク質を用いて、CysSSH合成制御機構を見出した。また、大腸菌の組換えLARSを用いて各基質に対する親和性を明らかにすることができた。
一方、種横断的にアミノアシルtRNA合成酵素がCysSSH合成酵素として機能しうるかを各生物種種の組換えアミノアシルtRNA合成酵素を検討した。その結果、古細菌から細菌、哺乳類生物までCysSSH合成活性に差異はあるものの、ほぼ全てのアミノアシルtRNA合成酵素がCysSSH合成酵素として機能することが見出された。

研究成果

• [国際共同研究] York University(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: York University
• [雑誌論文] Synthesis of Sulfides and Persulfides Is Not Impeded by Disruption of Three Canonical Enzymes in Sulfur Metabolism (2023)
  • 著者名/発表者名: Zainol Abidin Qamarul Hafiz、Ida Tomoaki、Morita Masanobu、Matsunaga Tetsuro、Nishimura Akira、Jung Minkyung、Hassan Naim、Takata Tsuyoshi、Ishii Isao、Kruger Warren、Wang Rui、Motohashi Hozumi、Tsutsui Masato、Akaike Takaaki
  • 雑誌名: Antioxidants 巻: 12 ページ: 868～868
  • DOI: 10.3390/antiox12040868
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Polysulfide metabolizing enzymes influence SqrR-mediated sulfide-induced transcription by impacting intracellular polysulfide dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Takayuki、Ida Tomoaki、Antelo Giuliano T、Ihara Yuta、Fakhoury Joseph N、Masuda Shinji、Giedroc David P、Akaike Takaaki、Capdevila Daiana A、Masuda Tatsuru
  • 雑誌名: PNAS Nexus 巻: 2 ページ: -
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cysteine hydropersulfide reduces lipid peroxidation and protects against myocardial ischaemia-reperfusion injury - Are endogenous persulfides mediators of ischaemic preconditioning? (2023)
  • 著者名/発表者名: Griffiths Kayleigh、Ida Tomoaki、Morita Masanobu、Lamb Reece J.、Lee Jordan J.、Frenneaux Michael P.、Fukuto Jon M.、Akaike Takaaki、Feelisch Martin、Madhani Melanie
  • 雑誌名: Redox Biology 巻: 60 ページ: 102605～102605
  • DOI: 10.1016/j.redox.2023.102605
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Regulation of nitric oxide/reactive oxygen species redox signaling by nNOS splicing variants (2022)
  • 著者名/発表者名: Kasamatsu Shingo、Tsutsuki Hiroyasu、Ida Tomoaki、Sawa Tomohiro、Watanabe Yasuo、Akaike Takaaki、Ihara Hideshi
  • 雑誌名: Nitric Oxide 巻: 120 ページ: 44～52
  • DOI: 10.1016/j.niox.2022.01.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] 8-Nitro-cGMP suppresses mineralization by mouse osteoblasts (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaneko Kotaro、Miyamoto Yoichi、Ida Tomoaki、Morita Masanobu、Yoshimura Kentaro、Nagasaki Kei、Toba Kazuki、Sugisaki Risa、Motohashi Hozumi、Akaike Takaaki、Chikazu Daichi、Kamijo Ryutaro
  • 雑誌名: Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition 巻: 71 ページ: 191～197
  • DOI: 10.3164/jcbn.21-129
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 細菌から動物まで種横断的に保存された超硫黄分子合成経路の発見 (2023)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、ジョンミンキョン、松永哲郎、守田匡伸、緒方星陵、高田 剛、海野雄加、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第96回日本細菌学会総会
• [学会発表] Discovery of new persulfide synthases that are expressed among all organisms during their evolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ida, Minkyung Jung, Seiryo Ogata, Masanobu Morita, Tetsuro Matsunaga, Yuka Unno, Tsuyoshi Takata, Ayumu Kobayashi, Yasuhiro Ishimaru, Nobuyuki Uozumi, Hozumi Motohashi, Takaaki Akaike
  • 学会等名: The 12th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
  • 国際学会
• [学会発表] アミノアシル-tRNA合成酵素による種横断的超硫黄分子合成機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、Jung Minkyung、松永哲郎、守田匡伸、高田 剛、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第75回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] 呼気オミックスによる生体防御応答解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、高田 剛、松永哲郎、守田匡伸、Jung Minkyung、 本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第33回日本生体防御学会学術総会
• [学会発表] 呼気オミックスから空間オミックス解析への展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、緒方星陵、松永哲郎、守田匡伸、高田 剛、海野雄加、Jung Minkyung、安西 眸、高奈秀匡、太田 信、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第22回分子予防環境医学研究会
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科環境医学分野HP
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.