[スポンサーリンク]

その他

Sulfane sulfur が生み出す超硫黄分子

[スポンサーリンク]

 

SSR とか SSSR って見かけると、最近はガチャのレアリティよりも違うものを想起してしまいます。そう、超硫黄分子です。

・・・超ってだけにやっぱりレアな硫黄分子なの? と思いそうですが、実は我々の体の中で比較的ありふれた分子であることが分かってきました。本記事ではそんな超硫黄分子について紹介します。さわり程度ではありますが、今後の注目すべき分子種として知っていただければ幸いです。

超硫黄分子とは

硫黄を含む有機化合物にはチオール (RSH) スルフィド (RSSR) などがあります。これらの官能基は生体のタンパク質を構成するアミノ酸にも含まれており、チオールはシステイン (Cys-SH)、スルフィドはメチオニン (Met-SMe) に見られる構造です。システイン残基のチオール基はグルタチオンによる異物の解毒作用などに関与します。それだけでなく、システインは硫黄原子を一つ添加されることによりシステインパースルフィド (Cys-SSH) (図1) という高反応性物質に変換されるという、生体内での新たな活性化機構がここ数年で明らかになってきました。超硫黄分子の権威である東北大学の赤池孝章(あかいけ・たかあき)教授は、2014 年にシステインパースルフィドの強力な抗酸化作用について論文を発表しています。

東北大学大学院医学系研究科環境保健医学分野の赤池孝章教授らは、アミノ酸の一種であるシステインに過剰にイオウが結合した活性イオウ物質が体内で生成され、さらにその物質が極めて強力な活性酸素の消去能力を発揮することで、生体内で主要な抗酸化物質として機能していることを発見しました。活性酸素が体内で過剰に働くと、酸化ストレス状態を引き起こして様々な病気が発症することが知られています。今回の成果は、生体内の活性イオウ物質が体内で活性酸素の働きをコントロールする重要な因子であることを解明した画期的な発見であり、今後、酸化ストレスに関連する疾病である、感染・炎症、癌、国民病である動脈硬化症・メタボリックシンドロームなどの生活習慣病のみならず、アルツハイマー病など神経難病の新しい診断法、予防・治療法の確立に大きく貢献するものと期待されます。本研究成果は、2014 年 4 月 14 日 (日本時間 4 月 15 日) に、米国学術誌 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) の電子版に掲載されます。

東北大学プレスリリース

Reactive cysteine persulfides and S-polythiolation regulate oxidative stress and redox signaling

システインを含むトリペプチドのグルタチオン (GSH) からも、グルタチオンパースルフィド (GSSH) という超硫黄分子 (図1) が生成することが分かっています。そして、さらに活性の高いポリスルフィドと呼ばれる化合物の存在も明らかになりました。例えば Cys-SSSH や GSSSH  (図1) など、R-SSnH, > 2 のような構造を有する分子です。 これらは元々のチオールよりも還元性が大幅に高まり、生体内のレドックス制御やシグナル伝達において重要な役割を担っているのではないかと考えられるようになっています。

図1   チオール化合物と超硫黄化合物

超硫黄分子を生み出す sulfane sulfur

Cys-SSH や GSSH などの超硫黄分子の生成に関わるのは、sulfane sulfur と呼ばれる 0 価の硫黄原子です。

sulfane sulfur (サルフェン硫黄) は 6 つの価電子からなる 0 価の S 原子のことであり,他の S 原子に可逆的に結合する性質を示し,elemental sulfur (S8),persulfide (R-S-SH),polysulfides (R-S-Sn-S-R) などの活性イオウ分子種を構成するものとなる.その生理作用としては細胞保護作用などが報告されている。

 

硫黄の単体の同素体については高校の無機化学で学んだと思います。斜方硫黄単斜硫黄ゴム状硫黄などです。このうち斜方硫黄・単斜硫黄は S8 の環状分子構造を取ります。0 価の硫黄原子が 8 個結合した構造で、それがファンデルワールス力により重なって、黄色い硫黄の結晶となります (図2)。このように、同種元素が共有結合によって連続した構造を取る現象をカテネーションといいます。硫黄原子は軌道の関係から非常にカテネーションをしやすく、先の 3 種の同素体以外にも 30 を超える同素体の存在が知られています。かいつまんで言えば、硫黄原子 (0価の硫黄、sulfane sulfur) は硫黄どうしの結合を形成しやすい性質を持っているのです。こういった性質によって、sulfane sulfur はチオール基へ割り込むことができ、パースルフィドやポリスルフィドを形成します。

図2   硫黄の結晶 (左) と 斜方硫黄 S8 の構造式 (右)

 

では、その sulfane sulfur の供給源はどこでしょうか。生体内において最も寄与の大きい分子は硫化水素 (H2S) と考えられています。硫化水素というと火山性ガスなどに含まれる毒性の高い分子で、腐卵臭という独特のにおいを持つ物質として有名です。超硫黄分子が注目される前、ガス状分子の生体内作用の解明が分子生物学の一大潮流となっていました。一酸化窒素 (NO) の血管拡張作用の発見はノーベル賞生理学・医学賞を受賞するほど著名でありますが、そのほかにも一酸化炭素 (CO) 硫化水素 (H2S) など、従来は毒ガスと考えられていた分子が生体内でのシグナル伝達などに関わっていることが示唆され、多くの研究者がその機能解明に注力しました。その結果の一つとして、H2S がそのまま生理作用を有するのではなく、sulfane sulfur を提供してパースルフィドやポリスルフィドを形成するという硫黄ドナーしての役割が示唆されてきました。2010 年前後から発展したガスバイオロジー研究に続く発展研究として、超硫黄分子の研究の興隆が起こったということになります。

超硫黄分子の生体内作用研究

超硫黄分子の生体内作用については、その強力な還元力などによる抗酸化作用や、他分子への sulfane sulfur の transfer など、多彩な役割が示唆されているものの、その詳細はほとんど未解明というような状態です。そういった超硫黄分子の生理作用を詳らかにする研究として、学術変革領域研究 (A)新興硫黄生物学が拓く生命原理変革」(領域代表: 本橋ほづみ 東北大学教授) が令和 3 年に発足しました。当該領域にはケミカルバイオロジー分野からも中川秀彦教授 (名市大院薬) や花岡健二郎教授 (慶應大薬) が参加されています。花岡先生は sulfane sulfur を検出する蛍光プローブ SSP4 を世界に先駆けて開発・実用化されており、今後さらなる高機能なプローブ分子の開発が期待されます。学変 (A) での研究公募も始まっていますのでケミストの皆さまも革新的なアイディアを持って積極的に応募されてはいかがでしょうか。

おわりに

超硫黄分子はシグナル伝達や活性酸素種・酸化ストレスと密接に関わる新規軸の分子種です。しかしながら、その機能解明についてはちょうど今駆け出したばかりだと言えます。生命科学分野の機能解明においては、ツール分子の創成が欠かせません。そこで活躍するのがケムステ読者の皆様の知恵と知識、発想力だと思います。本記事をご覧いただいた皆様には、ぜひケミカルバイオロジーの新潮流と言える超硫黄分子に注目していただき、面白い分子を生み出していただければと思います。

ケムステ内関連記事

Nrf2とKeap1 〜健康維持と長寿のカギ?〜

ブンテ塩~無臭の含硫黄ビルディングブロック~

関連書籍

[amazonjs asin=”4758125465″ locale=”JP” title=”実験医学 2021年8月 Vol.39 No.13 どうして自分だけ狙われる?選択的オートファジー〜既成概念を覆す分子機構と生理作用”] [amazonjs asin=”4758103690″ locale=”JP” title=”実験医学増刊 Vol.36 No.5 レドックス疾患学〜酸素・窒素・硫黄活性種はどう作用するのか、どこまで健康・疾患と関わるのか?”] [amazonjs asin=”4759814205″ locale=”JP” title=”抗酸化の科学:酸化ストレスのしくみ・評価法・予防医学への展開 (DOJIN ACADEMIC SERIES)”]
Avatar photo

DAICHAN

投稿者の記事一覧

創薬化学者と薬局薬剤師の二足の草鞋を履きこなす、四年制薬学科の生き残り。
薬を「創る」と「使う」の双方からサイエンスに向き合っています。
しかし趣味は魏志倭人伝の解釈と北方民族の古代史という、あからさまな文系人間。
どこへ向かうかはfurther research is needed.

関連記事

  1. ヨードホルム (iodoform)
  2. ゲオスミン(geosmin)
  3. ペルフルオロデカリン (perfluorodecalin)
  4. ペリプラノン
  5. ヘロナミドA Heronamide A
  6. シクロクラビン cycloclavine
  7. ボルテゾミブ (bortezomib)
  8. メラトニン melatonin

注目情報

ピックアップ記事

  1. 相次ぐ海外化学企業の合併
  2. スナップタグ SNAP-tag
  3. 炭素文明論「元素の王者」が歴史を動かす
  4. 味の素と元社員が和解 人工甘味料の特許訴訟
  5. パーデュー大、10秒で爆薬を検知する新システムを開発
  6. コンベス キノリン合成 Combes Quinoline Synthesis
  7. マッチ博物館
  8. セミナー「マイクロ波化学プロセスでイノベーションを起こす」
  9. 【詳説】2013年イグノーベル化学賞!「涙のでないタマネギ開発」
  10. キース・ファニュー Keith Fagnou

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2021年12月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

最新記事

乙卯研究所 2025年度下期 研究員募集

乙卯研究所とは乙卯研究所は、1915年の設立以来、広く薬学の研究を行うことを主要事業とし、その研…

次世代の二次元物質 遷移金属ダイカルコゲナイド

ムーアの法則の限界と二次元半導体現代の半導体デバイス産業では、作製時の低コスト化や動作速度向上、…

日本化学連合シンポジウム 「海」- 化学はどこに向かうのか –

日本化学連合では、継続性のあるシリーズ型のシンポジウムの開催を企画していくことに…

【スポットライトリサーチ】汎用金属粉を使ってアンモニアが合成できたはなし

Tshozoです。 今回はおなじみ、東京大学大学院 西林研究室からの研究成果紹介(第652回スポ…

第11回 野依フォーラム若手育成塾

野依フォーラム若手育成塾について野依フォーラム若手育成塾では、国際企業に通用するリーダー…

第12回慶應有機化学若手シンポジウム

概要主催:慶應有機化学若手シンポジウム実行委員会共催:慶應義塾大学理工学部・…

新たな有用活性天然物はどのように見つけてくるのか~新規抗真菌剤mandimycinの発見~

こんにちは!熊葛です.天然物は複雑な構造と有用な活性を有することから多くの化学者を魅了し,創薬に貢献…

創薬懇話会2025 in 大津

日時2025年6月19日(木)~6月20日(金)宿泊型セミナー会場ホテル…

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー