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応用例

酵母における、フリーラジカル防御のための低濃度スーパーオキシドジスムターゼの利用

「得られた結果は、SOD1の基本的な生体内酸化還元現象の把握に影響を及ぼし、SOD1、つまり酸化還元ホメオスタシスが標的になるような疾患の治療について、より有益な情報を与えてくれるでしょう」

多くの不可欠な生理的過程を経て、スーパーオキシドや過酸化水素などの細胞傷害性のある活性酸素種(ROS)が生成されますが、そのROSは後に酸化還元の制御に役立ちます。

スーパーオキシドイオンは、この過程で鉄含有酵素を酸化、不活化して、鉄を放出します。この遊離鉄が次に複合体を形成して、過酸化水素の還元によるヒドロキシルラジカルの生成をはじめとする有害な酸化還元反応を促進します。ヒドロキシルラジカルは非常に反応性に富み、手当たり次第に酸化を引き起こします。脂質、タンパク質、核酸は全て、そうした酸化ダメージを受けやすく、それぞれ膜破壊、タンパク質のミスフォールディングや凝集、DNAの断片化が起こります。

害を及ぼす恐れのあるスーパーオキシドや過酸化水素の最も重要なシグナル伝達機能には、シグナル伝達が組織を損傷することなく行うことができる確実な手段が必要です。活性酸素種の濃度と分布を制御するのに用いられる重要な解毒システムの一つは、スーパーオキシドラジカルから過酸化水素と酸素分子への変換を触媒する酵素スーパーオキシドジスムターゼ(SOD)に依存するものです。

細胞内にある2種類のSODは、ほとんどの真核細胞に存在します。その一つである、マンガンを含むSOD2はミトコンドリアマトリックスにのみ認められます。SOD1は銅・亜鉛複合体を含み、ミトコンドリアの膜間腔をはじめ、実質的にはどこにでも存在します。

SOD1は、高度に保存された豊富な金属酵素で、酸化ストレス防御と酸化還元シグナル伝達において2種類の役割を果たします。SOD1は、細胞傷害性スーパーオキシドラジカルを捕捉し無力化して過酸化水素を生成し、さらにその過酸化水素を下流の標的を酸化してその活性を制御するのに利用することができます。ただ、このSOD1の2つの役割の寄与率については、ほとんど解明されていません。また、それほど大量のSOD1がなぜ産生されるのかも明らかになっていません。SOD1は非常に豊富なタンパク質の一つで、酵母の総タンパク質の最大0.5%を占めています。

酵母真核生物モデルを対象とする最新の研究は、SOD1の非常に大きな部分がミトコンドリア外部での過酸化物を介した酸化還元シグナル伝達に用いられていることが示唆されました。スーパーオキシドの毒性防御に必要とされるはるかに小さな部分のSOD1は、ミトコンドリア膜間腔に局在しています。

  1. cerevisiae酵母株を培養し、免疫ブロット法、酵素アッセイのほか、連続フロークライオスタットを備えたBruker EMX Xバンド分光計を用いたEPR(電子常磁性共鳴法)分光法によって分析しました。

分析結果から、意外にもSOD1の大部分は、細胞内水酸基などの細胞全域にわたる多数のヒドロキシルラジカル毒性マーカーに対する防御、Fe-Sクラスター含有酵素活性の喪失、不安定な鉄の増大と、液胞やDNAの損傷に用いられるのではないことが明らかになりました。

活性酸素種の防御に必要なのはSOD1総量のうちごく微量であるという所見は、SOD1の主な生理的役割をスーパーオキシドスカベンジャーとする見解を再検討する必要があることを示唆しています。とは言え、著者らは、高濃度のSOD1はスーパーオキシドの濃度が高い場合、その防御のためにのみ用いられるという別の説明も可能であるという見解を示しているので、今後、検討を重ねる必要があります。酸化還元ストレスと活性酸素種の毒性がなければ、SOD1の大部分は、スーパーオキシド除去の役割とは関係のない、生命維持に必要な機能に用いられます。

この研究は、生体内の酸化還元現象におけるSOD1の生理的役割の再評価を促し、SOD1に対してスーパーオキシドの除去よりむしろ、過酸化物を介するシグナル伝達における役割を果たすよう要求しているのが何なのかを明らかにするでしょう。

詳細は、Bruker までお問い合わせください。

参考文献:

Montllor-Albalate C, et al. Extra-mitochondrial Cu/Zn superoxide dismutase (Sod1) is dispensable for protection against oxidative stress but mediates peroxide signaling in Saccharomyces cerevisiae. Redox Biology2019;Volume 21:101064. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213231718307778