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

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25870549
• 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: 8-SH-cGMP / 8-ニトロ-cGMP / S-S-グアニル化 / システインパースルフィド / タンパク質S-ポリチオール化 / レドックスシグナル

研究実績の概要

近年、生体内において、8-ニトロ-cGMPが8-SH-cGMPに代謝されることが分かってきたが、その詳細な生成機構や細胞内レベル、生理機能などは不明である。本研究課題では、8-SH-cGMPの生体内動態の定量的解析と8-SH-cGMPによる可逆的タンパク質翻訳後修飾（S-S-グアニル化）を介したシグナル伝達機構の解明を目指した。
本年度では、質量分析装置を用いた8-SH-cGMPの定量的解析法により、マウス各組織における8-SH-cGMP生成レベルを定量化した。ラットグリオーマC6細胞株を用いたリポ多糖とサイトカイン刺激により、処理時間依存的8-SH-cGMP生成動態を定量的に明らかにした。また、8-SH-cGMP生成機構を解析するなかで、生体内でシステインのチオール基が過イオウ化したシステインパースルフィドが高いレベルで生成されていることがわかり、これにより8-ニトロ-cGMPが8-SH-cGMPに代謝されることがわかった。さらに、タンパク質システイン残基も過イオウ化(タンパク質S-ポリチオール化）されていることがわかり、プロテオーム解析によりグリセルアルデヒド3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH）をはじめとする様々なS-ポリチオール化タンパク質を同定した。S-ポリチオール化モデルタンパク質として組換えGAPDHを用いて、8-ニトロ-cGMPによるS-S-グアニル化を解析した結果、S-S-グアニル化を特異的に同定し、その生成機構が示唆された。さらにS-S-グアニル化は還元剤により制御される可逆的翻訳後修飾であることがわかり、細胞内レドックスにより制御されることが示唆された。
本研究の一部は、PNAS誌に掲載され（Ida T. et al: PNAS, 2014）、同誌のCommentaryやChemical Research in Toxicology誌のSpotlight等で取り上げられた他、科学論文データベースWeb of Scienceの高頻度引用文献およびホットペーパーに選ばれるなど世界的に注目を浴びている。

研究成果

• [雑誌論文] Reactive sulfur species-mediated activation of the Keap1-Nrf2 pathway by 1,2-napthoquinone through sulfenic acids formation under oxidative stress (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinkai Y, Abiko Y, Ida T, Miura T, Kakehashi H, Ishii I, Nishida M, Sawa T, Akaike T, Kumagai Y
  • 雑誌名: Chem Res Toxicol 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1021/tx500416y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hyperhomocysteinemia abrogates fasting-induced cardioprotection against ischemia/reperfusion by limiting bioavailability of hydrogen sulfide anions (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakano S, Ishii I, Shinmura K, Tamaki K, Hishiki T, Akahoshi N, Ida T, Nakanishi T, Kamata S, Kumagai Y, Akaike T, Fukuda K, Sano M, Suematsu M
  • 雑誌名: J Mol Med (Berl) 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s00109-015-1271-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RSSによる抗酸化・レドックスシグナル制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、藤井重元、赤池孝章
  • 雑誌名: 細胞工学 巻: 34 ページ: 354-357
• [雑誌論文] Reactive cysteine persulfides and S-polythiolation regulate oxidative stress and redox signaling (2014)
  • 著者名/発表者名: Ida T, Sawa T, Ihara H, Tsuchiya Y, Watanabe Y, Kumagai Y, Suematsu M, Motohashi H, Fujii S, Matsunaga T, Yamamoto M, Ono K, Devarie-Baez NO, Xian M, Fukuto JM, Akaike T
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 111 ページ: 7606-7611
  • DOI: 10.1073/pnas.1321232111
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Promotion of atherosclerosis by Helicobacter cinaedi infection that involves macrophage-driven proinflammatory responses (2014)
  • 著者名/発表者名: Khan S, Rahman HN, Okamoto T, Matsunaga T, Fujiwara Y, Sawa T, Yoshitake J, Ono K, Ahmed KA, Rahaman MM, Oyama K, Takeya M, Ida T, Kawamura Y, Fujii S, Akaike T
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 15 ページ: 4684-4680
  • DOI: 10.1038/srep04680
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 活性酸素と炎症 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、赤池孝章、澤 智裕、藤井重元
  • 雑誌名: 感染・炎症・免疫 巻: 44 ページ: 16-21
• [雑誌論文] フリーラジカル制御系：硫化水素・活性イオウ分子と炎症 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井重元、井田智章、澤 智裕、赤池孝章
  • 雑誌名: 実験医学増刊号 巻: 32 ページ: 131-137
• [学会発表] 活性イオウ含有分子の再発見とその生物活性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、赤池孝章
  • 学会等名: 第88回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（名古屋市熱田区）
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
  • 招待講演
• [学会発表] 活性イオウ分子とADH3によるホルムアルデヒド解毒代謝機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、Md. Morshedul Alam、松永哲郎、藤井重元、居原 秀、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第14回分子予防環境医学研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学医学部（大阪市阿倍野区）
  • 年月日: 2015-02-13 – 2015-02-14
• [学会発表] 活性システインパーサルファイドとS-ポリチオレーションが酸化ストレスを制御する (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、末松 誠、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、山本雅之、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都市左京区）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] 活性システインパーサルファイドによる酸化ストレス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、藤井重元、松永哲郎、Jon M Fukuto、赤池孝章
  • 学会等名: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス良心館（京都市上京区）
  • 年月日: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [学会発表] 活性イオウ分子種システインパースルフィドによる酸化ストレス制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章
  • 学会等名: 第8回レドックス・ライフイノベーション第170委員会
  • 発表場所: シーガイアコンベンションセンター（宮崎市）
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-23
  • 招待講演
• [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25回日本生体防御学会学術総会
  • 発表場所: 東北大学片平さくらホール（仙台市青葉区）
  • 年月日: 2014-07-09 – 2014-07-11
• [学会発表] Metabolism of 8-nitro-cGMP and regulation of electrophilic signaling by reactive sulfur species (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoaki Ida, Tomohiro Sawa, Hideshi Ihara, Yukihiro Tsuchiya, Yasuo Watanabe, Yoshito Kumagai, Hozumi Motohashi, Shigemoto Fujii, Tetsuro Matsunaga, Masayuki Yamamoto, Katsuhiko Ono, Jon M. Fukuto, Takaaki Akaike
  • 学会等名: Nitric Oxide-Nitrite/Nitrate Conference
  • 発表場所: Cleaveland, Ohio, USA
  • 年月日: 2014-06-16 – 2014-06-20
• [学会発表] 活性システインパーサルファイドとS-ポリチオレイションが酸化ストレスとレドックスシグナルを制御する. (2014)
  • 著者名/発表者名: 井田智章、澤 智裕、居原 秀、土屋幸弘、渡邊泰男、熊谷嘉人、本橋ほづみ、藤井重元、松永哲郎、Ming Xian、Jon M Fukuto、赤池孝章
  • 学会等名: 第14回日本NO学会学術集会
  • 発表場所: ホテルニューオータニ佐賀（佐賀市）
  • 年月日: 2014-05-16 – 2014-05-17
• [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/