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2013 年度 実施状況報告書

新規環状ヌクレオチド8-SH-cGMPの生体内動態とその細胞内シグナル機能の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25870549
研究種目

若手研究(B)

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(研究院), 助教 (70570406)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード活性酸素 / 一酸化窒素 / レドックスシグナル / 8-Nitro-cGMP / 8-SH-cGMP / 活性イオウ分子種 / ポリサルファ
研究概要

細胞内の活性酸素と一酸化窒素の産生に依存して、親電子性シグナル分子である8-nitro-guanosine 3',5'-cyclic monophosphate (8-nitro-cGMP)が生成することを質量分析法を用いて定量的に明らかにしてきた。最近、生体内において、硫化水素関連化合物と8-nitro-cGMPが反応して新規環状ヌクレオチドである8-SH-cGMPが生成することが分かってきたが、8-SH-cGMPの生体内レベルや生理機能などは未解明である。本研究課題では、8-SH-cGMP生体内動態の定量的解析をおこなうとともに8-SH-cGMPによる可逆的タンパク質翻訳後修飾を介したシグナル伝達機構の解明を目指した。
平成25年度では、LC-MS/MSと安定同位体希釈法を用いた8-SH-cGMPの定量的解析法を構築し、培養細胞やマウス各種組織における8-SH-cGMP生体内動態を定量的に解析することに成功した。さらに、8-SH-cGMP生成機構を検討する過程において、cystathionine beta-synthase (CBS)とcystathionine gamma-lyase (CSE)がシスチンを代謝し、システインのチオール基にイオウ原子を過剰に含むシステインパースルフィド・ポリスルフィドと呼ばれる活性イオウ分子種を生成することを明らかにした。この活性イオウ分子種と8-nitro-cGMPが反応し、非常に効率よく8-SH-cGMPが生成されることが示され、8-SH-cGMP生成機構を明らかにした。また、8-SH-cGMPによる可逆的タンパク質翻訳後修飾であるS-S-グアニル化タンパク質を特異的に検出するシステムを構築した。

現在までの達成度 (区分)
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

本年度は当初計画していた安定同位体希釈法とLC-MS/MSを用いた8-nitro-cGMPと8-SH-cGMPの生体内動態の解析に成功した。さらに、8-SH-cGMP生成機構を検討する過程において、CBSやCSEを介して、各種ポリスルフィドが生成されることを明らかにした。このポリスフィドと8-nitro-cGMPの反応により、効率よく8-SH-cGMPが生成されることを明らかにした。また、タンパク質のシステイン残基にS-cGMPが付加するS-S-グアニル化タンパク質を特異的に検出する方法を確立することが出来た。このように、研究目的である8-SH-cGMP 生体内動態の定量的解析、生成機構の解明、8-SH-cGMP による可逆的タンパク質翻訳後修飾を介したシグナル伝達機構の解明について、ほぼ計画どおりの成果が得られており、おおむね順調に研究が進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

活性イオウ分子種と8-nitro-cGMP、8-SH-cGMP生成のより詳細な解析を行う予定である。また、研究開始当初、求核物質である8-SH-cGMPはジスルフィドなどのチオールの酸化体と反応しS-S-グアニル化を起こすと予想されたが、ポリチオール化タンパク質の存在により、8-nitro-cGMPとポリチオール化タンパク質との反応により、可逆的タンパク質翻訳後修飾であるS-S-グアニル化が生じることが示唆された。そこで、今後はタンパク質のシステイン残基と8-SH-cGMPによるS-S-グアニル化とともに、ポリチオール化タンパク質と8-nitro-cGMPによるS-S-グアニル化タンパク質に注目し、プロテオミクス手法を用いた網羅的解析により、細胞内のS-S-グアニル化標的タンパク質を同定していく予定である。

次年度の研究費の使用計画

本年度は、実験に使用する試薬、消耗品などの物品費が当初の予定よりも少ない額で目的を達成することができたため。
8-SH-cGMPによるS-S-グアニル化、ポリチオール化タンパク質と8-nitro-cGMPによるS-S-グアニル化タンパク質のプロテオミクス手法を用いた網羅的解析により、細胞内のS-S-グアニル化標的タンパク質の同定のための実験に関する試薬、消耗品などの物品費に使用する。また、研究成果を論文にまとめ投稿するための英文校正、論文投稿費用として使用する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Formation, signaling functions, and metabolisms of nitrated cyclic nucleotide2013

    • 著者名/発表者名
      Sawa T, Ihara H, Ida T, Fujii S, Nishida M, and Akaike T.
    • 雑誌名

      Nitric Oxide

      巻: 34 ページ: 10-18

    • DOI

      10.1016/j.niox.2013.04.004.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 活性酸素シグナルの調節機構?ROS毒性説から脱却した新たな概念2013

    • 著者名/発表者名
      居原秀、井田智章、赤池孝章
    • 雑誌名

      Fragrance Journal

      巻: 41 ページ: 75-80

    • 査読あり
  • [学会発表] 細菌の新しいシグナル伝達物質:8-ニトロ-cGMPの同定と機能解析2014

    • 著者名/発表者名
      井田智章、松永哲郎、赤司壮一郎、ジョンミンギョン、津々木博康、藤井重元、居原 秀、澤 智裕、赤池孝章
    • 学会等名
      第87回日本細菌学会総会
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • 年月日
      20140326-20140328
  • [学会発表] Unique thiolation mechanism of a nitrated nucleotide involving sulfur metabolizing enzymes2014

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Ida, Tomohiro Sawa, Hideshi Ihara, Shingo Kasamatsu, Kohei Kunieda, Shigemoto Fujii, and Takaaki Akaike
    • 学会等名
      17th Biennial Meeting of Society for Free Radical Research International
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都市左京区)
    • 年月日
      20140323-20140326
  • [学会発表] Protein S-guanylation in cGMP binding domain of PKG: implication for persistent hypotension in sepsis2013

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Ida, Ahmed Khandaker Ahtesham, Tomohiro Sawa, Shigemoto Fujii, and Takaaki Akaike
    • 学会等名
      第19回MPO研究会
    • 発表場所
      国立国際医療研究センター大会議室(東京都新宿区)
    • 年月日
      20131025-20131026
  • [学会発表] 新規レドックス制御因子:過イオウ化システイン誘導体のメタボローム解析2013

    • 著者名/発表者名
      井田智章、澤 智裕、土屋幸弘、小野勝彦、藤井重元、渡邉泰男、居原 秀、赤池孝章
    • 学会等名
      第86回日本生化学会大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市西区)
    • 年月日
      20130911-20130913
  • [学会発表] 生体内システインパースルフィドの生成動態とその生理機能の解析2013

    • 著者名/発表者名
      井田智章、澤 智裕、土屋幸弘、小野勝彦、藤井重元、渡邉泰男、 居原 秀、赤池孝章
    • 学会等名
      第13回日本NO学会学術集会
    • 発表場所
      沖縄県医師会館(沖縄県南風原町)
    • 年月日
      20130628-20130629
  • [学会発表] 過イオウ化システインメタボローム解析による新規レドックス制御機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      井田智章、澤 智裕、居原 秀、赤池孝章
    • 学会等名
      第66回日本酸化ストレス学会学術集会
    • 発表場所
      ウイングあいち(名古屋市中村区)
    • 年月日
      20130613-20130614
    • 招待講演
  • [備考] 東北大学大学院医学系研究科環境保健医学分野ホームページ

    • URL

      http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.html

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公開日: 2015-05-28  

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