Sulfur-dependent energy metabolism: sulfur respiration and its physiological role

硫依赖性能量代谢：硫呼吸及其生理作用

• 批准号: 18H04020
• 负责人: 赤池 孝章
• 金额: $ 28.29万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18H04020/
• 关键词: イオウ呼吸; 活性パースルフィド; イオウ代謝; エネルギー代謝; ミトコンドリア機能

生物のエネルギー代謝の起源は、40億年前に出現した細菌による酸素を使わない嫌気的なイオウ呼吸である。我々は、レドックスシグナル因子8-ニトロcGMPの代謝制御系を解析する中で新しいイオウ代謝経路(パースルフィド合成酵素)を同定し、それが、真核生物・哺乳類の嫌気的エネルギー代謝であるイオウ呼吸を司ることを発見した。すなわち、翻訳酵素として知られるシステイン-tRNA合成酵素（CARS）によってミトコンドリアにおいて合成されるパースルフィドが電子伝達系を形成していることが分かった。これは、哺乳類が酸素の代わりにイオウ代謝物を利用してエネルギー代謝を営んでいることを示唆している。本研究では、未だ不明な点が多く残されている真核生物・哺乳類のエネルギー代謝におけるイオウ呼吸の役割の全容解明を目的とする。本年度は、質量分析（LC-MS/MS）によるイオウ代謝経路の解析（イオウメタボローム）を行い、CARS2のパースルフィド産生の活性部位アミノ酸残基を同定するとともに、各種反応生成物の解析からパースルフィド産生の酵素反応機構に関する知見を得た。また、CARS2およびsulfide:quinone還元酵素（SQR）の欠損細胞・マウスを作成し、それらのパースルフィド関連分子の代謝、ミトコンドリア機能等を解析することにより、ミトコンドリアにおける膜電位形成およびATP産生においてCARS2由来のパースルフィドが重要な役割を果たしていること、さらにその制御にSQRが関与することを明らかにした。

The origin of biological metabolism is due to the emergence of bacteria 4 billion years ago. In this paper, we analyze the metabolic control system of cGMP, and find out the new metabolic pathway (enzyme) in eukaryotes and mammals. The enzyme is called CARS, and the enzyme is called CARS. The enzyme is called CARS. Mammalian metabolism is the most important factor in the development of mammalian metabolism. The purpose of this study is to clarify the full range of metabolic processes in eukaryotes and mammals. This year, we conducted mass spectrometry (LC-MS/MS) to analyze the metabolic pathway, identify the active site of CARS2, and identify the enzyme reaction mechanism for the production of various reaction products. CARS2 and sulfide:quinone reductase (SQR) are responsible for the production of defective cells, metabolism of related molecules, and function analysis of membrane potential formation and ATP production.

项目成果

ミトコンドリア/イオウ呼吸選択的Sulfide-quinone reductase （SQR:硫化水素キノン還元酵素）欠損マウスの開発

线粒体/硫呼吸选择性硫化物醌还原酶（SQR）缺陷小鼠的发育

• 发表时间: 2018
• 作者: 守田匡伸;南嶋洋司;井田智章;松永哲郎;西村明;藤井重元;本橋ほづみ;赤池孝章
• 通讯作者: 赤池孝章

種横断的なシステインパースルフィド産生経路とその生理的意義

跨物种过硫化物半胱氨酸生产途径及其生理意义

• 发表时间: 2018
• 作者: 西村 明;井田智章;守田匡伸;本橋ほづみ;赤池孝章.
• 通讯作者: 赤池孝章.

Cysteine persulfide synthases coupled with translation mediate sulfur respiration and redox signaling

半胱氨酸过硫化物合酶与翻译介导硫呼吸和氧化还原信号传导

• 发表时间: 2018
• 作者: Takaaki Akaike;Tomoaki Ida;Masanobu Morita;Shigemoto Fujii;Akira Nishimura;Tetsuro Matsunaga;Minkyung Jung;Hozumi Motohashi.
• 通讯作者: Hozumi Motohashi.

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