メチル水銀によるタンパク質の翻訳後修飾で生じる神経疾患

甲基汞对蛋白质翻译后修饰引起的神经系统疾病

• 批准号: 10J00932
• 负责人: 外山 喬士
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00932/
• 关键词: UCH-L1; メチル水銀; ユビキチン; 神経変性疾患; LC/MS; パーキンソン病; 不溶化; MALDI-TOF/MS

本研究は、メチル水銀(MeHg)によるユビキチンC末端加水分解酵素L1(UCH-L1)の機能破綻及による神経障害への関与を、分子、細胞から個体レベルで解明を目指したものである。本年度は、MeHgによるタンパク質の翻訳後修飾(S-水銀化)によるUCH-L1の機能破綻のメカニズムを解明したのみに留まらず、それに付随する新たな知見を得ることができた。これは更なる研究の展開に貢献するものである。本年度に得られた成果を下記の通りである。1. MeHgを曝露した細胞のタンパク質を二次元電気泳動により展開後3mm角のセグメントに分け、ゲル中の水銀濃度を網羅的に測定し、MeHg標的タンパク質をLC/MSにより同定する手法を確立した(Mercuromics解析)。本結果から、UCH-L1はSH-SY5Y細胞中で最もS-水銀化を受けやすいタンパク質の一つであることが示された。2. モノユビキチンとUCH-L1とのアフィニティーは、MeHgの結合によって顕著に減少した。本結果は、UCH-L1に対するMeHgの結合が、細胞内ユビキチンプールの減少の一因であることを示す。3. S-水銀化を抑制する生体内因子である硫化水素をSH-SY5Y細胞に処理することで、MeHgによるUCH-L1の機能破綻が抑制せれた。またGSHによってUCH-L1のS-水銀化は解除できることをMALDI-TOF/MSにより明らかにした。上記知見を前年度の成果と合わせると、UCH-L1はMeHgによるS-水銀化の標的分子であり、Cys151のS-水銀化によって、細胞内およびラット脳中のユビキチン制御系を破綻させることが明らかとなった。またこれらは、生体内の硫化水素やGSH量を制御することで防御できることが示唆された。本成果は、MeHgに起因する神経変性疾患の機構および予防法を模索する上で重要な知見だろう。

本研究旨在从分子、细胞和个体水平阐明甲基汞 (MeHg) 与泛素 C 末端水解酶 L1 (UCH-L1) 功能障碍和神经系统疾病的关系。今年，我们不仅阐明了MeHg对蛋白质进行翻译后修饰（S-汞化）导致UCH-L1功能障碍的机制，而且获得了与此相关的新知识。这将有助于进一步的研究发展。今年获得的结果如下。 1. 我们开发了一种方法，通过二维电泳将接触 MeHg 的细胞蛋白展开为 3 mm 见方的片段，综合测量凝胶中的汞浓度，并通过 LC/MS（汞组学分析）鉴定 MeHg 目标蛋白。这些结果表明UCH-L1是SH-SY5Y细胞中最容易受到S-汞化的蛋白质之一。 2.MeHg结合显着降低了单泛素与UCH-L1的亲和力。目前的结果表明，MeHg 与 UCH-L1 的结合有助于细胞内泛素库的减少。 3.通过用硫化氢（一种抑制S-汞化的体内因子）处理SH-SY5Y细胞，MeHg诱导的UCH-L1功能分解被抑制。此外，MALDI-TOF/MS显示UCH-L1的S-汞化可以被GSH释放。结合上述发现和前一年的结果，UCH-L1是MeHg进行S-汞化的靶分子，Cys151的S-汞化可以破坏细胞和大鼠大脑中的泛素控制系统。也有人提出，可以通过控制体内硫化氢和谷胱甘肽的含量来预防这些情况。这一结果对于寻找甲基汞引起的神经退行性疾病的机制和预防方法将是一个重要发现。

项目成果

Isothiocyanates cause diminished toxicity coupled to reduction of mercury accumulation following exposure of mice to methylmercury through Nrf2 activation.

小鼠暴露于甲基汞后，通过 Nrf2 激活，异硫氰酸盐可降低毒性，并减少汞积累。

• 发表时间: 2010
• 作者: Takashi Toyama;Yasuhiro Shinkai;Daigo Sumi;Akira Yasutake;Koji Uchida;Masayuki Yamamoto;Yoshito Kumagai
• 通讯作者: Yoshito Kumagai

DNA microarray analysis of human neuroblastoma SH-SY5Y cells exposed to methylmercury

• DOI: 10.2131/jts.36.843
• 发表时间: 2011-12-01
• 期刊: JOURNAL OF TOXICOLOGICAL SCIENCES
• 影响因子: 2
• 作者: Toyama, Takashi;Yoshida, Eiko;Kumagai, Yoshito
• 通讯作者: Kumagai, Yoshito

Keap 1/Nrf2 system regulates cellular accumulation of methylmercury. Thereby blocking its toxicity.

Keap 1/Nrf2 系统调节甲基汞的细胞积累。

• 发表时间: 2011
• 作者: Takashi Toyama;Yasuhiro Shinkai;Daigo Sumi;Yoshito Kumagai.;Takashi Toyama
• 通讯作者: Takashi Toyama

メチル水銀によるS-水銀化を介したソルビトール脱水素酵素の機能破綻

甲基汞引起的 S-汞化导致山梨醇脱氢酶功能障碍

• 发表时间: 2011
• 作者: 外山喬士;神田洋紀;新開泰弘;熊谷嘉人
• 通讯作者: 熊谷嘉人

Isothiocyanates reduce mercury accumulation via an Nrf2-dependent mechanism during exposure of mice to methylmercury.

• DOI: 10.1289/ehp.1003123
• 发表时间: 2011-08
• 期刊: Environmental health perspectives
• 影响因子: 10.4
• 作者: Toyama T;Shinkai Y;Yasutake A;Uchida K;Yamamoto M;Kumagai Y
• 通讯作者: Kumagai Y