含硫アミノ酸代謝と虚血再灌流障害からの心保護機構との連関解析

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25460072
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 石井 功 慶應義塾大学, 薬学部, 准教授 (90292953)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 虚血再灌流障害 / ホモシステイン / 硫化水素 / トランススルフレーション / 心筋保護 / 絶食 / 心血管病 / 活性イオウ分子種

Outline of Annual Research Achievements

血中ホモシステイン濃度の上昇は、心血管病発症の独立の危険因子として知られている。また硫化水素アニオン（HS-）は、虚血再灌流（IR）障害から心筋を保護することが実験的に示されている。血中ホモシステインレベルとHS-の内因性産生は共に、シスタチオニンβ-シンターゼ（CBS）とシスタチオニンγ-リアーゼ（CTH）の二つのトランススルフレーション酵素により主に調節される。我々はトランススルフレーション経路が心筋虚血に対する適応応答の成立に重要と考え、IR障害に対する絶食誘導性心保護作用におけるホモシステイン、HS-、そしてこれら酵素の役割を、高ホモシステイン血症を呈するCBS欠損マウスおよびCTH欠損マウスを用いて検討した。Langendorff灌流心を25分間の全虚血後、60分間の再灌流を行い、その間の圧変化を経時測定した。野生型マウスの二日間の絶食は再灌流後の左室機能障害を緩和したが、この現象はCBS欠損マウスとCTH欠損マウスでは認められなかった。しかし絶食による心臓での各種Nrf2標的抗酸化関連遺伝子の心臓での発現は、野生型マウスとCTH欠損マウスの両者で確認された。IR実験24時間前の野生型マウスへのHS-ドナーの腹腔内投与により心筋機能回復の改善が見られたが、この現象はCTH欠損マウスと（中程度の高ホモシステイン血症を示す）高メチオニン餌投与野生型マウスでは認められなかった。モノブロモビマン誘導体化法を用いて活性イオウ分子種の定量解析を行った所、マウス心臓およびin vitro反応系において、ホモシステインが効率的にHS-を捕捉してホモシステインパースルフィドを形成することが判明した。循環血中の過剰なホモシステインは、内因性HS-を捕捉しホモシステインパースルフィドを形成することにより、HS-を介するIRからの心筋保護作用に拮抗することが考えられる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

in vivoにおける活性イオウ分子種の定量測定にはいまだ成功していないが、初期ex vivoランゲンIRデータとin vitro系におけるホモシステインパースルフィドの定量データまでをまとめ、論文発表（J Mol Med誌）することができた。

Strategy for Future Research Activity

モノブロモビマンを用いる活性イオウ分子種の定量解析は、in vivoサンプルだけではなくin vivoサンプルにおいても難しいことが判明した。残る期間は別の誘導体化試薬を検討する。また、絶食による代謝リモデリングは心臓のみならず全身に及ぶ。そこで全身性代謝リモデリングの心臓への影響を調べる。

Research Products

• [Journal Article] Reactive sulfur species-mediated activation of the Keap1-Nrf2 pathway by 1,2-napthoquinone through sulfenic acids formation under oxidative stress. (2015)
  • Author(s): Shinkai Y, Abiko Y, Ida T, Miura T, Kakehashi H, Ishii I, Nishida M, Sawa T, Akaike T, Kumagai Y
  • Journal Title: Chem Res Toxicol Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1021/tx500416y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hyperhomocysteinemia abrogates fasting-induced cardioprotection against ischemia/reperfusion by limiting bioavailability of hydrogen sulfide anions. (2015)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: J Mol Med Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s00109-015-1271-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Indispensable role of endothelial nitric oxide synthase in caloric restriction-induced cardioprotection against ischemia/reperfusion injury. (2015)
  • Author(s): Shinmura K, Tamaki K, Ito K, Yan X, Yamamoto T, Katsumata Y, Matsuhashi T, Sano M, Fukuda K, Suematsu M, Ishii I
  • Journal Title: Am J Physiol Heart Circ Physiol Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1152/ajpheart.00333.2014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hemizygosity of transsulfuration genes confers increased vulnerability against acetaminophen-induced hepatotoxicity in mice. (2015)
  • Author(s): Hagiya Y, Kamata S, Mitsuoka S, Okada N, Yoshida S, Yamamoto J, Ohkubo R, Abiko Y, Yamada H, Akahoshi N, Kasahara T, Kumagai Y, Ishii I
  • Journal Title: Toxicol Appl Pharmacol Volume: 282 Pages: 195-206
  • DOI: 10.1016/j.taap.2014.11.015
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] RSSの生合成系とタンパク質機能制御 (2015)
  • Author(s): 渡邊泰男、石井功、蕨栄治
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 34 Pages: 372-376
• [Presentation] Adaptive responses against essential amino acid deficiency in mice (2014)
  • Author(s): 鎌田祥太郎、山本隼也、上條健太、落合崇人、森田珠子、吉冨友里香、萩谷至史、久保田将史、大久保里香、笠原忠、石井功
  • Organizer: 日本アミノ酸学会第8回学術大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-09
• [Presentation] アセトアミノフェン肝障害に対するトランススルフレーション酵素の保護的役割 (2014)
  • Author(s): 石井功、萩谷至史、鎌田祥太郎、光岡紗野、吉田早織、山本隼也、大久保里佳、笠原忠
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-10-18 – 2014-10-18
• [Presentation] 各必須アミノ酸欠失餌により異なるマウスの全身性適応応答 (2014)
  • Author(s): 鎌田祥太郎、山本隼也、上條健太、落合崇人、森田珠子、吉冨友里香、萩谷至史、久保田将史、大久保里香、笠原忠、石井功
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-10-18 – 2014-10-18
• [Presentation] 絶食によるマウス各臓器の適応応答とリモデリング (2014)
  • Author(s): 山本隼也、鎌田祥太郎、笠原忠、石井功
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-10-18 – 2014-10-18
• [Presentation] Neutral aminoaciduria in cystathionine beta-synthase-deficient mice, an animal model of homocystinuria (2014)
  • Author(s): 赤星軌征、鎌田祥太郎、久保田将史、菱木貴子、長畑善子、松浦友美、山崎千穂、吉田由香、山田秀典、石﨑泰樹、末松誠、笠原忠、石井功
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-10-18 – 2014-10-18
• [Presentation] アセトアミノフェン肝障害におけるタンパク質発現変化のProteome解析 (2014)
  • Author(s): 岡田憲彦、山本隼也、鎌田祥太郎、萩谷至史、笠原忠、石井功
  • Organizer: 第58回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [Presentation] 食餌アミノ酸センシングによる摂食抑制 (2014)
  • Author(s): 軽部勝仁、三浦あす美、長田知子、鎌田祥太郎、石井功
  • Organizer: 第58回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [Presentation] Cys生合成酵素欠損マウスにおける肝GSH生合成律速酵素の活性化 (2014)
  • Author(s): 光岡紗野、吉田早織、大久保里香、山本隼也、鎌田祥太郎、萩谷至史、笠原忠、石井功
  • Organizer: 第58回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [Presentation] 食餌誘導性高ホモシステイン血症マウスの解析 (2014)
  • Author(s): 三浦あす美、長田知子、山本隼也、鎌田祥太郎、石井功
  • Organizer: 第58回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [Presentation] 非必須アミノ酸欠乏によるマウス血中アミノ酸濃度変化 (2014)
  • Author(s): 長田知子、三浦あす美、山本隼也、鎌田祥太郎、石井功
  • Organizer: 第58回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [Presentation] 3T3-L1脂肪前駆細胞の脂肪分化に対するホモシステインの効果 (2014)
  • Author(s): 菅澤智秋、鎌田祥太郎、石井功
  • Organizer: 第58回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-10-04 – 2014-10-04
• [Presentation] 心虚血再灌流障害におけるホモシステインと硫化水素の拮抗作用 (2014)
  • Author(s): 石井功
  • Organizer: 第14回日本NO学会学術集会
  • Place of Presentation: 佐賀
  • Year and Date: 2014-05-17 – 2014-05-17
  • Invited