脳神経系における硫化水素の二次メッセンジャー8-メルカプト-cGMPに関する研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25430069
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 居原 秀 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60254447)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 8-メルカプト-cGMP / 8-ニトロ-cGMP / システインパーサルファイド / 活性イオウ分子 / メチル水銀

研究実績の概要

硫化水素が「第三のガス状メディエーター」として注目され、脳神経系においても様々な生理・病理機能が報告されてきた。しかしながらその産生機構、作用機構に関しては不明であった。我々は、一酸化窒素/活性酸素シグナルの二次メッセンジャーとして8-ニトロ-cGMPを世界に先駆けて発見し、神経機能を含め様々な生理・病理機能を発現することを報告してきた。また、8-ニトロ-cGMPは硫化水素関連物質として反応し、8-メルカプト-cGMPに変換されることを発見した。本研究では脳神経系における8-メルカプト-cGMPの産生機構およびその生理病理作用の解明を目的とした。
平成26年度までに、生体内で機能する硫化水素関連物質として、システインのSH基にイオウが過剰に付加したシステインパーサルファイドが多量に存在することを明らかにしている。過剰に付加した硫黄は反応せいが高いため「活性イオウ分子」と命名した。
平成27年度は、活性イオウ分子の生理・病理機能を解明するため、メチル水銀毒性の調節機構の解析を行った。メチル水銀を神経細胞に処理すると、活性酸素の産生増大とそれに伴うレドックスシグナルの活性化（二次メッセンジャーである8-ニトロ-cGMPの増加）、細胞死シグナルの活性化が認められた。一方、活性イオウ分子種は枯渇し、それに伴い8-メルカプト-cGMPも減少していた。神経細胞を外因性活性イオウ分子種で前処理すると、メチル水銀毒性が軽減されたことから、活性イオウ分子がメチル水銀毒性に重要な役割を果たしていることが示唆された。
また、高速液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析装置を用いた、多重反応モニタリング法、安定同位体希釈法を組み合わせることにより、マウス脳内で8-メルカプト-cGMPが産生していることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Redox signaling regulated by electrophiles and reactive sulfur species. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishida M, Kumagai Y, Ihara H, Fujii S, Motohashi H, Akaike T.
  • 雑誌名: J. Clin. Biochem. Nutr. 巻: 58 ページ: 91-98
  • DOI: 10.3164/jcbn.15-111
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of sulfur adducts of N-acetyl-p-benzoquinoneimine, an electrophilic metabolite of acetaminophen in vivo: participation of reactive persulfides. (2015)
  • 著者名/発表者名: Abiko Y, Ishii I, Kamata S, Tsuchiya Y, Watanabe Y, Ihara H, Akaike T, Kumagai Y.
  • 雑誌名: Chem. Res. Toxicol. 巻: 28 ページ: 1796-1802
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.5b00245
  • 査読あり
• [雑誌論文] 8-Nitro-cGMP Enhances SNARE Complex Formation through S-Guanylation of Cys90 in SNAP25. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kunieda K, Tsutsuki H, Ida T, Kishimoto Y, Kasamatsu S, Sawa T, Goshima N, Itakura M, Takahashi M, Akaike T, Ihara H.
  • 雑誌名: ACS Chem. Neurosci. 巻: 6 ページ: 1715-1725
  • DOI: 10.1021/acschemneuro.5b00196
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 8-Mercapto-Cyclic GMP Mediates Hydrogen Sulfide-Induced Stomatal Closure in Arabidopsis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Honda K, Yamada N, Yoshida R, Ihara H, Sawa T, Akaike T, Iwai S.
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol. 巻: 56 ページ: 1481-1489
  • DOI: doi: 10.1093/pcp/pcv069
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nuclear-translocated Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase Promotes Poly(ADP-ribose) Polymerase-1 Activation during Oxidative/Nitrosative Stress in Stroke. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakajima H, Kubo T, Ihara H, Hikida T, Danjo T, Nakatsuji M, Shahani N, Itakura M, Ono Y, Azuma YT, Inui T, Kamiya A, Sawa A, Takeuchi T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 290 ページ: 14493-14503
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.6356
  • 査読あり
• [学会発表] 活性イオウシグナルの分子基盤 (2016)
  • 著者名/発表者名: 居原 秀
  • 学会等名: 第32回臨床フリーラジカル会議
  • 発表場所: けぶりかわ(京都府亀岡市）
  • 年月日: 2016-01-29 – 2016-01-30
  • 招待講演
• [学会発表] 活性イオウ分子のレドクスシグナル制御異常によるメチル水銀毒性の発現機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 居原 秀
  • 学会等名: 第42回日本毒性学会
  • 発表場所: 金沢市アートホール（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-06-29 – 2015-07-01
  • 招待講演