細菌における活性イオウ分子の代謝機構とその抗菌剤感受性制御の分子基盤

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03115
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 澤 智裕 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 教授 (30284756)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤池 孝章 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20231798) ; 居原 秀 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60254447)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 生体機能物質 / 活性イオウ分子 / 酸化ストレス / 抗生物質 / 薬剤耐性 / グラム陰性菌

Outline of Annual Research Achievements

システインチオール基［Cys-SH］にさらに過剰なイオウ原子が付加したシステインパースルフィド［Cys-SSH］やポリスルフィド［Cys-S(S)nH］はその強力な抗酸化活性が明らかになり、活性酸素の多彩な生理活性を制御する活性イオウ分子として注目されている。本研究では、活性イオウ分子のハイスループット解析法を構築し、既に確立した質量分析に基づく精密同定・定量法と、大腸菌の網羅的遺伝子欠損株を駆使して、これまでほとんど分かっていない細菌における活性イオウ分子の代謝（生成、分解）機構を解明する。さらに近年明らかになりつつある抗菌剤の殺菌機構における活性酸素の作用に対して、活性イオウ分子がどのように関わっているのか、その分子基盤を明らかにし、新しい抗菌剤感受性の制御機構の解明に向けた研究を推進する。昨年度までに、様々なグラム陰性菌において、システインパースルフィド、グルタチオンパースルフィドが内因性に生成していることを明らかにしてきた。そこで本年度は、その酸化ストレスに対する機能を解析した。新たに開発したパースルフィドドナーで細菌を処理すると、菌体内のパースルフィドを選択的に増加することが可能となった。そのようにしてパースルフィドを増加させた細菌は、過酸化水素処理や、マクロファージによる殺菌に対して顕著に抵抗性を示すことがわかった。このことから、細菌のパースルフィドが活性酸素に対して防御的に作用していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

細菌の酸化ストレス抵抗性において、パースルフィドが防御因子として関わることを明らかにできた。

Strategy for Future Research Activity

細菌におけるパースルフィドの制御（生成と分解、代謝）機構を明らかにし、それを標的とした新しい抗菌治療の可能性を探る。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis of L-cysteine derivatives containing stable sulfur isotopes and application of this synthesis to reactive sulfur metabolome. (2017)
  • Author(s): Ono, K., Jung, M., Zhang, T., Tsutsuki, H., Sezaki, H., Ihara, H., Wei, F.Y., Tomizawa, K., Akaike, T. and Sawa, T.
  • Journal Title: Free Radic. Biol. Med. Volume: 106 Pages: 69-79
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.02.023.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reactive sulfur species regulate tRNA methylthiolation and contribute to insulin secretion. (2017)
  • Author(s): Takahashi, N., Wei, F., Watanabe, S., Ohuchi, Y., Fujimura, A., Kaitsuka, T., Sawa, T., Nakayama, H., Akaike, T. and Tomizawa, K.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: 45 Pages: 435-445
  • DOI: 10.1093/nar/gkw745.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthesis and characterization of 8-nitroguanosine 3′,5′-cyclic monophosphorothioate Rp-isomer as a potent inhibitor for protein kinase G1α. (2017)
  • Author(s): Ahmed, K. A., Zhang, T., Ono, K., Tsutsuki, H., Ida, T., Akashi, S., Miyata, K., Oike, Y., Akaike, T. and Sawa, T.
  • Journal Title: Biol. Pharm. Bull. Volume: 40 Pages: 365-374
  • DOI: 10.1248/bpb.b16-00880.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Metabolomic profiling of reactive persulfides and polysulfides in the aqueous and vitreous humors. (2017)
  • Author(s): Kunikata, H., Ida, T., Sato, K., Aizawa, N., Sawa, T., Tawarayama, H., Murayama, N., Fujii, S., Akaike, T. and Nakazawa, T.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 7 Pages: 41984
  • DOI: 10.1038/srep41984.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Silver nanoparticles as potential antibiofilm agents against human pathogenic bacteria. (2017)
  • Author(s): Kyaw, K., Harada, A., Ichimaru, H., Kawagoe, T., Yahiro, K., Morimura, S., Ono, K., Tsutsuki, H., Sawa, T. and Niidome, T.
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 46 Pages: 594-596
  • DOI: org/10.1246/cl.161198
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superoxide generation from nNOS splice variants and its potential involvement in redox signal regulation. (2017)
  • Author(s): Ihara, H., Kitamura, A., Kasamatsu, S., Ida, T., Tsutsuki, H., Sawa, T., Watanabe, Y. and Akaike, T.
  • Journal Title: Biochem. J. Volume: 474 Pages: 1149-1162
  • DOI: 10.1042/BCJ20160999.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Protein polysulfidation-dependent persulfide dioxygenase activity of ethylmalonic encephalopathy protein 1. (2016)
  • Author(s): Jung, M., Kasamatsu, S., Matsunaga, T., Akashi, S., Ono, K., Nishimura, A., Morita, M., Hamid, H. A., Fujii, S., Kitamura, H., Sawa, T., Ida, T., Motohashi, H. and Akaike, T.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 480 Pages: 180-186
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.10.022.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Endogenous occurrence of protein S-guanylation in Escherichia coli: target identification and genetic regulation. (2016)
  • Author(s): Tsutsuki, H., Jung, M., Zhang, T., Ono, K., Ida, T., Kunieda, K., Ihara, H., Akaike, T. and Sawa, T.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 478 Pages: 7-11
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.07.110.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 活性イオウによる酸化ストレス制御の分子機構 (2016)
  • Author(s): 澤 智裕
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [Presentation] 活性イオウによる酸化ストレス制御の分子機構 (2016)
  • Author(s): 澤 智裕
  • Organizer: 第69回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 仙台国際ホール
  • Year and Date: 2016-08-30 – 2016-08-31
• [Presentation] 親電子性ヌクレオチドによる細胞内レドックス調節機構とその制御 (2016)
  • Author(s): 澤 智裕
  • Organizer: 第43回日本毒性学会学術年会
  • Place of Presentation: ウインクあいち
  • Year and Date: 2016-06-29 – 2016-07-01
• [Presentation] 親電子性ヌクレオチドによるcGMP依存性プロテインキナーゼのシステイン残基修飾を介した制御機能 (2016)
  • Author(s): 澤 智裕
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 2016-06-07 – 2016-06-09
• [Remarks] 熊本大学 微生物学分野
  • URL: http://kumadai-bisei.com
• [Patent(Industrial Property Rights)] イオウ原子を同位体標識したシステイン及びシステイン誘導体の合成法の確率 (2016)
  • Inventor(s): 澤 智裕、小野勝彦
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人熊本大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2016-090864
  • Filing Date: 2016-04-28