内在性硫化水素の生理機能

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26460115
• 研究機関: 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター
• 研究代表者: 木村 英雄 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 神経薬理研究部, 部長 (30321889)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 硫化水素 / ポリサルファイド / ３MST / 酵素阻害剤 / 蛍光プローブ / 一酸化窒素

研究実績の概要

1. ポリサルファイドによるTRPA1活性化
申請者らは、H2Sが酸化されてできるポリサルファイドがアストロサイトのTRPA1チャネルを活性化し、細胞内Ca2+濃度上昇を誘起することを発見した（Kimura et al., FASEB J. 2013）。ポリサルファイドによるTRPA1活性化メカニズムを解明する。この研究の途上、H2SとNOが化学的反応を起こすことで、ポリサルファイドができることを発見した。第2項に示した東大薬学部との共同研究により開発したポリサルファイド特異的蛍光プローブとCa2+特異的蛍光プローブおよび、LC-MS/MSを駆使して、証明した。この成果を２つの論文にまとめ発表し（Sci. Rep. 7:45995, 2017; Chem. Commun. 53, 1064-1067, 2017)、プレスリリースを行った。
２.H2S生産酵素CBS, CSE,3MST阻害剤の開発
H2Sの生理機能を解析するためにはその生産酵素の特異的阻害剤が不可欠である。
東大薬学部には化合物ライブラリーがあり、H2S 生産酵素阻害剤として可能性のある化合物を先ず、構造活性相関により絞り込む。CBS、CSE、3MSTがH2Sを生産する酵素反応系の測定法はすでに本研究部で確立しており、この反応系にこれらの候補化合物を添加することにより、酵素反応の阻害効果を測定し、特異的阻害剤を選定する。3MST活性阻害剤を開発し、論文発表を行った（ Sci. Rep. 7:40227, 2017）。

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

研究実績の概要に示したように、当初計画は計画以上に進展し、3論文を一流誌に掲載することができた。しかし、研究途上に2種類のノックアウトラットを使用すれば、さらに良い研究に進展できることがわかり、大阪大学との共同研究で、ノックアウトラットを作成した。1系統は当初予定より、3か月遅れで、作成完了したが、2系統目が半年以上の遅れをとっており、この6月に完了予定である。そのため補助期間延長申請を行い、承認されている。

今後の研究の推進方策

大阪大学との共同研究で作成したTRPA1チャネルノックアウトラット系統の確立と、6月頃搬入よていの3MSTノックアウトラット系統の確立を進める。このために6か月以上はかかると予想される。その後、これらノックアウトラットを使って、これまで進めてきた、H2SとNOからできるポリサルファイド作用機構の解明を進める。TRPA1および3MSTはいづれも不安症状にかかわっていることが報告されている。そこで、これらラットを使って、不安症状にかかわる行動解析を行うことを計画している。

次年度使用額が生じた理由

大阪大学との共同研究で、TRPA1チャネルノックアウト（TRPA1-KO)ラットと3MST-KOラットとを作成したが、TRPA1-KOラットは２８年１２月に完成予定であったが、２９年１月に５か月遅れで受領した。現在順調に繁殖している。一方、3MST-KOラットは胎生致死の可能性もあるが、再度作成しており、完成予定は４月で、受領は５月以降となり、解析が９か月ずれ込む。

次年度使用額の使用計画

上記TRPA1-KOラットと3MST-KOラットを繁殖させ、脳の一次培養を作成し、カルシウム特異性蛍光プローブと硫化水素およびポリサルファイド特異性蛍光プローブを使って、TRPA1チャネルのこれらシグナル分子反応性を野生型ラットと比較して検討する。また、3MST-KOラットサスペンジョン脳細胞をを作成し、硫化水素およびポリサルファイド合成活性を野生型ラットと比較する。将来的には、これらラットを使用して、行動観察研究につなげる。

備考

(1)のフルタイトル：第4回リサーチフロントアワード（トムソン・ロイター）を受賞した木村英雄 シグナル分子硫化水素（H2S）と一酸化窒素（NO）の相乗効果がポリサルファイド（H2Sn）生成によることを解明

研究成果

• [国際共同研究] LSU Health Science Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: LSU Health Science Center
• [雑誌論文] Discovery and mechanistic characterization of selective inhibitors of H2S-producing enzyme:: 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3MST) targeting active-site cysteine persulfide. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hanaoka, K., Sasakura, K., Suwanai, Y., Toma-Fukai, S., Shimamoto, K., Takano, Y., Shibuya, N., Terai, T., Komatsu, T., Ueno, T., Ogasawara, Y., Tsuchiya, Y., Watanabe, Y., Kimura, H., Wang, C., Uchiyama, M., Kojima, H., Okabe, T., Urano, Y., Shimizu, T., Nagano, T.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 40227
  • DOI: 10.1038/srep40227
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a reversible fluorescent probe for reactive sulfur species, sulfane sulfur, and its biological application. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takano, Y., Hanaoka, K., Shjimamoto, K., Miyamoto, R., Komatsu, T., Ueno, T., Terai, T., Kimura, H., Nagano, T., Urano, Y.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 53 ページ: 1064-1067
  • DOI: 10.1039/c6cc08372b
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polysulfides (H2Sn) produced from the interaction of hydrogen sulfide (H2S) and nitric oxide (NO) activate TRPA1 channels. (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto, R., Koike, S., Takano, Y., Shibuya, N., Kimura, Y., Hanaoka, K., Urano,Y., Ogasawara, Y., Kimura, H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 45995
  • DOI: 10.1038/srep45995
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen polysulfide (H2Sn) signaling along with hydrogen sulfide (H2S) and nitric oxide (NO). (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H.
  • 雑誌名: J. Neural Transm 巻: 123 ページ: 1235-1245
  • DOI: 10.1007/s00702-016-1600-z
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 硫化水素とポリサルファイドの生理機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木村英雄
  • 雑誌名: 日薬理誌 巻: 147 ページ: 23-29
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ポリサルファイドH2S3とH2Sは脳内で３－メルカプトピルビン酸硫黄転移酵素により産生される (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村由佳、豊福優希子、小池伸、渋谷典広、永原則之、David Lefer、小笠原裕樹、木村英雄
  • 学会等名: 第90回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 長崎ブリックホール 長崎
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-16
• [学会発表] シグナル分子：硫化水素（H2S）とポリサルファイド（H2Sn） (2017)
  • 著者名/発表者名: 木村英雄
  • 学会等名: 第90回日本薬理学会年会 教育セミナー
  • 発表場所: 長崎ブリックホール 長崎
  • 年月日: 2017-03-15 – 2017-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] ガスによる脳疾患の治療の可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木村英雄
  • 学会等名: 第20回日本医療ガス学会学術大会・総会 教育講演
  • 発表場所: 秋田にぎわい交流館AU、秋田
  • 年月日: 2016-10-15 – 2016-10-15
  • 招待講演
• [学会発表] D-システインからの硫化水素産生 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渋谷典広、小池伸、田中真紀子、湯浅（石上）磨里、木村由佳、小笠原裕樹、福井清、永原則之、木村英雄
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター、仙台
  • 年月日: 2016-09-27 – 2016-09-27
• [学会発表] 硫化水素（H2S）とポリサルファイド（H2Sn）によるシグナル伝達。 (2016)
  • 著者名/発表者名: 木村英雄、木村由佳、小池 伸、豊福優希子、渋谷典広、小笠原裕樹、永原則之
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター、仙台
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-25
• [学会発表] Physiological roles of hydrogen sulfide (H2S) and hydrogen polysulfide (H2Sn). (2016)
  • 著者名/発表者名: 11)Hideo Kimura, Yuka Kimura, Yukiko Toyofuku, Norihiro Shibuya, Shin Koike, Yuki Ogasawara, Noriyuki Nagahara, David Lefer, Yoshinori Mikami, Jun-ichiro Oka.
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2016-06-20 – 2016-06-20
• [学会発表] Identification of H2S3 as a novel signaling molecule in the brain, and its biosynthesis by 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase. (2016)
  • 著者名/発表者名: uka Kimura, Yukiko Toyofuku, Shin Koike, Norihiro Shibuya, Noriyuki Nagahara, David Lefer, Yuki Ogasawara, Hideo Kimura
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2016-06-20 – 2016-06-20
• [学会発表] Another pathway to produce H2S. (2016)
  • 著者名/発表者名: 13)Norihiro Shibuya, Shin Koike, Makiko Tanaka, Mari Yuasa, Yuka Kimura, Yuki Ogasawara, Kiyoshi Fukui, Noriyuki Nagahara, Hideo Kimura.
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜
  • 年月日: 2016-06-20 – 2016-06-20
• [学会発表] Signaling molecules: hydrogen sulfide and polysulfides (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H.
  • 学会等名: Annual Meeting of the Society for Free Radical Research Europe.
  • 発表場所: Danubius Thermal Hotel Helia, Budapest, Hungary
  • 年月日: 2016-06-09 – 2016-06-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Production and Functions of Hydrogen Sulfide and Hydrogen Polysulfides (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H.
  • 学会等名: 4th International Conference on Hydrogen Sulfide in Biology and Medicine.
  • 発表場所: Centro Conferenze Universita di Napoli Federico II, Naples, Italy
  • 年月日: 2016-06-04 – 2016-06-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Hydrogen sulfide (H2S) and hydrogen polysulfides (H2Sn) as signaling molecules (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H.
  • 学会等名: 9th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide.
  • 発表場所: Sendai International Center, Sendai
  • 年月日: 2016-05-21 – 2016-05-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The signaling molecules: hydrogen sulfide (H2S) and hydrogen polysulfides (H2Sn) (2016)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H.
  • 学会等名: A Symposium on Pharmacology of Gaseous Mediators. Pharmacological Society of Singapore and Department of Pharmacology Yong Loo Lin School of Medicine, National University of Health System, Singapore.
  • 発表場所: Singapore University, Singapore
  • 年月日: 2016-04-18 – 2016-04-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] シグナル分子硫化水素と一酸化窒素の相乗効果がポリサルファイド生成によることを解明
  • URL: http://www.ncnp.go.jp/press/release.html?no=342
• [備考] NCNP 神経研究所 木村英雄 部長 第４回リサーチフロントアワード（トムソン・ロイター）を受賞
  • URL: http://www.ncnp.go.jp/news.html?no=111
• [備考] 木村英雄博士がトムソン・ロイター第４回リサーチフロントアワードを受賞
  • URL: http://www.amed.go.jp/news/other/20160725.html