「様式３－A」

課題番号 ２７

内因性ホルムアルデヒドの解毒代謝機構解明と抗酸化・老化制御、がん予防・治療戦略の開発
子が付加（ポリサルファ化）した活性イオウ分子種［１］組織
代表者：井田 智章（東北大学大学院医学系研究科）
対応者：本橋 ほづみ（東北大学加齢医学研究所）
分担者：赤池 孝章(reactive sulfur species, RSS)が生成し、親電子物質や活性酸素の強力な消去活性を発揮していることやタンパク質中のシステイン残基がポリサルファ化していることを報告した。本研究では、Adh5 のホルムアルデヒドの解毒代謝の分子機構、さらにタンパク質ポリサルファ化との連関を明らかにし、ホル（東北大学大学院医学系研究科）

ムアルデヒドが関わる酸化ストレス、老化、発がん藤井 重元の新たな制御戦略の確立を目指した。以下、研究活（東北大学大学院医学系研究科）

動状況の概要を記す。本橋教授より、各種組換えヒ松永 哲郎

ト Adh5 や Adh5 ノックアウト mouse embryonic（東北大学大学院医学系研究科）

fibroblasts （MEFs）細胞を分与して頂き、酵素反笠松 真吾

応、ポリサルファ化レベル、細胞内ホルムアルデヒ（東北大学大学院医学系研究科）

ド生成動態を解析した。数ヶ月ごとに研究進捗状況について打ち合わせを行い、本橋教授よりご助言を研究費：物件費３０万円，旅費０円頂いた。

［２］研究経過環境化学物質であるホルムアルデヒドは、強力な親電子性を有し、生体分子の発がんや組織傷害等に関与している。さらに、ホルムアルデヒドは生体内で産生されることがわかってきたが、その生成・代謝機構については不明な点が多く残っている。
Alcohol dehydrogenase 5 (Adh5)は、ホルムアルデ
ヒ ド - グ ル タ チ オ ン 抱 合 体 （ S-hydroxymethyl［３］成果

glutathione, HM-SG）を酸化代謝する formaldehyde（３－１）研究成果

dehydrogenase (FDH)活性と S-ニトロソグルタチオ①組換えヒト Adh5 の酵素反応機構の解明

ン（GS-NO）を還元代謝する GSNO reductase (GSNOR)

Adh5 によるホルムアルデヒド代謝機構を明らか

活性とを有し、酸化還元両方向の反応を触媒するユにするため、組換えヒト Adh5 による FDH 活性とニークな酵素である。しかしながら、その反応機構

GSNOR 活性の多面的な代謝機構について解析した。と真の生理機能は十分理解されていない。最近我々

その結果、野生型 Adh5 が FDH、GSNOR 活性を持つこは、生体内において、チオール基に過剰にイオウ原とが確認された。さらに、Zn 配位子である 45、174

番目のシステインをセリンに置換した変異体（C45S、のことから、Adh5 のポリサルファ化レベルの変動とC174S）では、FDH と GSNOR 活性が有意に低下した。

GSNOR 活性の変化に相関が認められた。

②ホルムアルデヒド生成動態の解明（３－２）波及効果と発展性など

Adh5ノックアウトMEF細胞における内因性ホルム

本研究はAdh5の代謝酵素反応論とRSSによる新規アルデヒド生成動態を質量分析装置（LC-MS/MS）をホルムアルデヒド代謝機構に焦点をあて、RSS のレ用いて定量的に解析した結果、内因性ホルムアルデドックスバイオロジーとケミカルバイオロジーの観ヒド生成が確認された。さらに、これは Adh5 ノック点から内因性ホルムアルデヒドの生理・病態生理機アウト MEF 細胞において有意に増加した。これらの能の全貌の解明に繋がり、さらに、一酸化窒素の機結果より Adh5 は細胞内においてもホルムアルデヒ能制御の破綻に起因する動脈硬化症・心血管疾患なドを代謝することが示された。

どの生活習慣病、炎症、老化、発がんなどの新しい③RSS 生成動態の解明

疾病予防、治療戦略の開発に貢献する知見となった。

上記MEFにおけるRRSの生成動態をLC-MS/MSを用いて解析した結果、Adh5 ノックアウト細胞の GSSH［４］成果資料生成レベルが有意に減少した。そこで、試験管内に(1) Nishida M, Kumagai Y, Ihara H, Fujii S, Motohashi H,

おいて、GSH、GSSH とホルムアルデヒドを混合し、Akaike T. Redox signaling regulated by electrophiles

GSH、GSSH レベルを解析した結果、GSSH がより代謝

and reactive sulfur species. J Clin Biochem Nutr. 2016,された。これらの結果より、GSSH とホルムアルデヒ

58: 91-98.

ドにより S-hydroxymethyl glutathione persulfide(2) Chen W, Rosser EW, Matsunaga T, Pacheco A, Akaike（HM-SSG）が形成され、Adh5 の FDH 活性の基質としT, Xian M. The development of fluorescent probes forて代謝されることが示唆された。

visualizing intracellular hydrogen polysulfides. Angew④組換えヒト Adh5 のポリサルファ化レベル

Chem Int Ed Engl. 2015, 54: 13961-13965.

ポリサルファ化システイン残基と親電子性化合物(3) Nakano S, Ishii I, Shinmura K, Tamaki K, Hishiki T,とのユニークな反応性を利用したタンパク質ポリサ

Akahoshi N, Ida T, Nakanishi T, Kamata S, Kumagai Y,

ルファ化検出法と LC-MS/MS を用いた解析法により、

Akaike T, Fukuda K, Sano M, Suematsu M.

組換えヒト Adh5 と細胞内 Adh5 のポリサルファ化レ

Hyperhomocysteinemia

ベルを解析した結果、高度にポリサルファ化されてcardioprotectionいることが示された。さらに、C45S, C174S におい

limiting bioavailability of hydrogen sulfide anions. Jて、ポリサルファ化レベルが減少し、C45, C174 はMol Med (Berl). 2015, 93: 879-889.

Adh5 のポリサルファ化および酵素活性に重要であagainst

abrogates

fasting-inducedischemia/reperfusion

by(4) Marutani E, Yamada M, Ida T, Tokuda K, Ikeda K, Kaiることが示唆された。

S, Shirozu K, Hayashida K, Kosugi S, Hanaoka K,⑤組換えヒト Adh5 の FDH および GSNOR 活性とタン

Kaneki M, Akaike T, Ichinose F. Thiosulfate mediates

パク質ポリサルファ化との連関

cytoprotective effects of hydrogen sulfide against

Adh5 のポリサルファ化による酵素反応への影響

neuronal ischemia. J Am Heart Assoc. 2015, 4.

を解析した結果、GSNOR 反応により、ポリサルファ(5) 笠松真吾、Md. Morshedul Alam、井田智章、松永哲化レベルが減少した。次に、GSNOR 反応後に FDH 反郎、藤井重元、居原秀、赤池孝章、本橋ほづみ. タ応を続けて行い、ポリサルファ化レベルを解析した

ンパク質ポリサルファ化を介したアルコールデヒ

結果、GSNOR 反応後に見られたポリサルファ化レベ

ドロゲナーゼ 5 の酵素活性制御機構. 第３８回日

ルの低下は、FDH 反応によって回復した。さらにこ本分子生物学会年会／第８８回日本生化学会大会の回復は、HM-SSG によって、より高い回復効果が観合同大会．神戸ポートアイランド．神戸．

察され、低下した GSNOR 活性能も回復した。これら

2015.12.1-4.