心機能を制御するタンパク質間相互作用

全身のすみずみまで血液を行きわたらせるポンプとしての役割を持つ心臓は、その拍動ペースや血液を送り出す力（収縮力）をたえず調節しています。例えば、心臓を支配する交感神経系からアドレナリンが分泌されると、心筋の収縮力が増大します。私たちは、心筋の細胞膜上に存在するカチオンチャネル「transient receptor potential canonical (TRPC)」と呼ばれるチャネルに着目し、収縮力の生理的な変化にどのように寄与しているのか、また心臓や骨格筋の病態にどのように関わっているのかを調べています。 

私たちの研究から、TRPCチャネルの１つであるTRPC3は、心筋の細胞膜上でNADPHオキシダーゼと相互作用し、NADPHオキシダーゼから産生される活性酸素量が増大することを見出しました¹。さらに、抗がん剤（ドキソルビシン）投与の副作用として有名な心機能の低下²や、栄養飢餓による心筋の萎縮³にも、このメカニズムが寄与していることが明らかになりました。 

これとは対照的に、TRPC3と類似した構造をもつTRPC6は、この「TRPC3-NADPHオキシダーゼ間相互作用」を抑制することを見出しました⁴。TRPC3-NADPHオキシダーゼのような、病態において特異的に増強されるタンパク質―タンパク質間相互作用（protein-protein interaction; PPI）は新たな創薬標的として注目されています。私たちは、「TRPC3-NADPHオキシダーゼ間相互作用」を抑制するような化合物を探索したところ、喘息の薬として承認されている「イブジラスト」を同定し、さらにイブジラストの投与によって抗がん剤の副作用である心筋の萎縮が軽減されることを見出しました⁵。

タンパク質間相互作用を創薬標的とした研究例をもう１つ紹介します。私たちは、心筋梗塞モデルマウスの心筋内において、「Drp1-Filamin Aタンパク質間相互作用」が増強されることを見出しました。このDrp1-FilaminA相互作用を抑制するような化合物を探索したところ、降圧剤として承認されている薬である「シルニジピン」を同定し、シルニジピンの投与によって心筋梗塞モデルにおける心機能低下を軽減できることが判明しました⁶。 

当部門では、九州大学大学院薬学研究院と連携し、こうした既承認薬の適応拡大を目指しています。

　心臓のエネルギー恒常性維持に寄与する活性硫黄分子種

莫大なエネルギーを必要とする心筋細胞内では、エネルギーを取り出すためにさまざまな代謝反応が起こっています。なかでもミトコンドリアによるATP産生に不可欠なのが、電子伝達系での酸化的リン酸化、すなわち「電子のやり取り」を起点とする酸化還元反応です。私たちは、きわめて反応性の高い（電子を渡しやすく、受け取りやすい）分子群である活性硫黄分子種に着目し、生体内の活性硫黄分子種がどのようにエネルギー恒常性維持に寄与しているのかを研究しています。

私たちは東北大の赤池孝章教授との共同研究から、生体内から検出されるシステインパースルフィド（Cys-SSH）などの活性硫黄分子種が、ミトコンドリアにおけるエネルギー代謝に重要な役割を果たしていることを明らかにしました⁷。このような活性硫黄分子種による代謝反応を攪乱する物質も存在します。公害の原因となるメチル水銀もその１つです。私たちは、中枢神経系に影響を及ぼさないような低用量のメチル水銀が心不全リスクを増大させることに着目し、そのメカニズムを調べました。その結果、メチル水銀が心筋内のミトコンドリア分裂促進タンパク質Drp1のシステインポリイオウ鎖と化学反応を起こし、硫黄原子を引き抜く（脱イオウ化）ことが心不全の病態を増悪させる原因であることを突き止めました⁸。

　参考文献

1.       Numaga-Tomita T, Kitajima N, Kuroda T, et al. TRPC3-GEF-H1 axis mediates pressure overload-induced cardiac fibrosis. Sci Rep. 2016;6(September):1-12. doi:10.1038/srep39383

2.       Shimauchi T, Numaga-Tomita T, Ito T, et al. TRPC3-Nox2 complex mediates doxorubicin-induced myocardial atrophy. JCI Insight. 2017;2(15):1-17. doi:10.1172/jci.insight.93358

3.       Sudi SB, Tanaka T, Oda S, et al. TRPC3-Nox2 axis mediates nutritional deficiency-induced cardiomyocyte atrophy. Sci Rep. 2019. doi:10.1038/s41598-019-46252-2

4.       Oda S, Numaga-Tomita T, Kitajima N, et al. TRPC6 counteracts TRPC3-Nox2 protein complex leading to attenuation of hyperglycemia-induced heart failure in mice. Sci Rep. 2017;7(1). doi:10.1038/s41598-017-07903-4

5.       Nishiyama K, Numaga-Tomita T, Fujimoto Y, et al. Ibudilast attenuates doxorubicin-induced cytotoxicity by suppressing formation of TRPC3 channel and NADPH oxidase 2 protein complexes. Br J Pharmacol. 2019;176(18):3723-3738. doi:10.1111/bph.14777

6.       Nishimura A, Shimauchi T, Tanaka T, et al. Hypoxia-induced interaction of filamin with Drp1 causes mitochondrial hyperfission-associated myocardial senescence. Sci Signal. 2018;11(556):eaat5185. doi:10.1126/scisignal.aat5185

7.       Akaike T, Ida T, Wei FY, et al. Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics. Nat Commun. 2017;8(1). doi:10.1038/s41467-017-01311-y

8.       Nishimura A, Shimoda K, Tanaka T, et al. Depolysulfidation of Drp1 induced by low-dose methylmercury exposure increases cardiac vulnerability to hemodynamic overload. Sci Signal. 2019;12(587). doi:10.1126/scisignal.aaw1920