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生体硫黄関連試薬
 
概 要 
生体硫黄関連研究用試薬の比較


生体硫黄研究用試薬およびキット

 生体内にはグルタチオンやシステイン、レドックス応答性タンパク質などの還元型チオールを有する分子が多く存在する。これら分子群は、主に抗酸化物質や酸化ストレス応答分子として機能しており、生体内のレドックス恒常性の維持に寄与する最も重要な分子群として認知されている。最近このような分子種として、硫化水素や硫黄原子が連なったパースルフィドあるいはポリスルフィド(Fig. 1)に注目が集まっており、生体内硫黄研究は新たなステージに移ろうとしている。


Fig.1 生体内に存在するパー(ポリ)スルフィド

 毒ガスとして知られている硫化水素(H2S)が、血管拡張や細胞保護、インスリン分泌や神経伝達調節など様々な生理活性を示すことが報告され、一酸化窒素(NO)や一酸化炭素(CO)に続く第3のガス状シグナル分子として注目されている(Fig. 2)。しかし、硫化水素のpKaは約7であり、生理的pHでは約80%が硫化水素イオン(HS-)の状態で存在すること、生体内の硫化水素(イオン)量は極めて少ないこと、硫黄原子は酸化還元状態によって様々な結合形態や構造をとること(Fig. 2)、などの点から、硫化水素の機能や作用機序の詳細は不明な点が多く、その解明が待ち望まれている1)

Fig.2  生体内における硫化水素とその働き


 最近の研究では、脳内で硫化水素からポリスルフィドが生成し、このポリスルフィドが脳内の神経伝達を増強していること(Fig. 3) 2)、ポリスルフィドである四硫化ナトリウムがKeap1/Nrf2シグナル伝達系を介して酸化ストレスに対する高い細胞保護機能を発揮すること(Fig. 4)3)、などが報告されている。
 
Fig.3 ポリスルフィドによる神経伝達     Fig. 4 ポリスルフィドによる細胞保護


 また、シスチンを基質とした場合、硫化水素の合成酵素であるCSEやCBSから主にシステインパースルフィドが産生され、生体内に比較的多くのシステインパースルフィドやグルタチオンパースルフィドが存在することが明らかにされている(Fig. 5)4)

Fig.5 システインパースルフィドの生合成

 このようなパー(ポリ)スルフィドは、硫黄原子にのみ共有結合した硫黄“サルフェン硫黄 (Sulfane Sulfur)”を持っており、硫化水素とは異なる特有の性質を示すことがわかっている。そのため、硫化水素と共にサルフェン硫黄の機能や役割を理解することが重要となってきている。また、このような硫黄分子種の機能を探るためには、硫化水素やパー(ポリ)スルフィドなどの作用分子であるタンパク質チオールの詳細な解析が必要となり、現在解析法を含め活発に研究が行われている(Fig. 5)。さらに最近の研究報告によれば、硫黄分子種の産生や機能制御に一酸化窒素(NO)が関与していることが示唆されており、生体内硫黄に関連する研究は益々複雑になってきている。

Fig.6 タンパク質チオールの翻訳語修飾


 このような研究背景の中、小社では-SulfoBiotics-シリーズとして生体内硫黄研究に有用な試薬およびキットの開発を行い、本研究分野に貢献したいと考えています。


参考文献
1) H. Kimura Editor, “Hydrogen Sulfide and its Therapeutic Applications”
2) Y. Kimura, Y. Mikami, K. Osumi, M. Tsugane, J-I. Oka and H. Kimura, “Polysulfides are possible H2S-derived
signaling molecules in rat brain”, FASEB. J., 2013, 27, 2451
3) S. Koike, Y. Ogasawara, N. Shibuya, H. Kimura, and K. Ishii, “Polysulfide exerts a protective effect against
cytotoxicity caused by t-butylhydroperoxide through Nrf2 signaling in neuroblastoma cells”, FEBS Lett.,
2013, 3548
4) T. Ida, T. Sawa, H. Ihara. Y. Tsuchiya, Y. Watanabe, Y. Kumagai, M. Suematsu, H. Motohashi, S. Fujii,
T. Matsunaga, M. Yamamoto, K. Ono, N. O. Devarie-Baez, M. Xian, J. M Fukuto, and T. Akaike, “Reactive
cysteine persulfides and S-polythiolation regulate oxidative stress and redox signaling”, Proc Natl Acad
Sci U S A., 2014, 111, 7606


生体内硫化水素のバイオロジー
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