東北大学研究者紹介

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トヤマ　タカシ

外山　喬士

Takashi Toyama

所属

大学院薬学研究科　生命薬科学専攻　生命情報薬学講座（代謝制御薬学分野）

職名

准教授

学位

博士（医学）（筑波大学 (早期修了)）
修士 (環境科学) （筑波大学）

researchmap

https://researchmap.jp/toyama_takashi

J-GLOBAL ID

201501005146848808

経歴 8

2025年4月～継続中

東北大学大学院　薬学研究科　准教授
2021年10月～継続中

筑波大学　非常勤講師
2022年4月～ 2025年3月

東北大学大学院　薬学研究科　講師
2015年4月～ 2022年3月

東北大学大学院　薬学研究科　助教
2013年8月～ 2015年3月

自然科学研究機構生理学研究所　心循環シグナル研究部門　特別訪問研究員
2012年4月～ 2015年3月

東京理科大学　薬学研究科　日本学術振興会特別研究員PD
2011年8月～ 2012年3月

筑波大学　人間総合科学研究科　日本学術振興会特別研究員PD (資格変更)
2010年4月～ 2011年7月

筑波大学　人間総合科学研究科　日本学術振興会特別研究員DC2

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学歴 3

筑波大学大学院　人間総合科学研究科　生命システム医学専攻

2008年4月～ 2011年7月
筑波大学大学院　環境科学研究科　環境科学専攻

2006年4月～ 2008年3月
東京薬科大学　生命科学部　分子生命科学科

2002年4月～ 2006年3月

委員歴 1

ASIATOX　The Asian Society of Toxicology（ASIATOX）, Councilor

2026年～継続中

研究分野 4

ライフサイエンス / 衛生学、公衆衛生学分野：実験系を含む /
環境・農学 / 化学物質影響 /
ナノテク・材料 / ケミカルバイオロジー /
ライフサイエンス / 薬系衛生、生物化学 /

論文 74

Electrophilic monocarbonyl curcumin derivatives reveal differential vulnerabilities in the selenium metabolic network 査読有り

Wang Yinuo, Takashi Toyama, Hiroyuki Yamakoshi, Hiroki Taguchi, Hayato Takashima, Ryo Watanabe, Yuichiro Mita, Junya Ito, Eikan Mishima, Yasutoshi Akiyama, Hiroyuki Shibata, Noriko Noguchi, Toshinari Takamura, Marcus Conrad, Yoshihisa Tomikoka, Yoshiharu Iwabuchi, Yoshiro Saito

Free Radical Biology and Medicine　253　487-499　2026年9月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.freeradbiomed.2026.06.004 　

ISSN：0891-5849
The selenoprotein P/ApoER2 axis facilitates selenium accumulation in selenoprotein P-accepting cells and confers prolonged resistance to ferroptosis 査読有り

Atsuya Ichikawa, Takashi Toyama, Hiroki Taguchi, Satoru Shiina, Hayato Takashima, Kazuaki Takahashi, Yasumitsu Ogra, Ayako Mizuno, Kotoko Arisawa, Yoshiro Saito

Redox Biology　103664-103664　2025年5月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.redox.2025.103664 　

ISSN：2213-2317
PRDX6 dictates ferroptosis sensitivity by directing cellular selenium utilization 査読有り

Junya Ito, Toshitaka Nakamura, Takashi Toyama, Deng Chen, Carsten Berndt, Gereon Poschmann, André Santos Dias Mourão, Sebastian Doll, Mirai Suzuki, Weijia Zhang, Jiashuo Zheng, Dietrich Trümbach, Naoya Yamada, Koya Ono, Masana Yazaki, Yasutaka Kawai, Mieko Arisawa, Yusuke Ohsaki, Hitoshi Shirakawa, Adam Wahida, Bettina Proneth, Yoshiro Saito, Kiyotaka Nakagawa, Eikan Mishima, Marcus Conrad

Molecular Cell　2024年11月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.molcel.2024.10.028 　

ISSN：1097-2765
A convenient method to assess chemical modification of protein thiols by electrophilic metals 査読有り

Takashi Toyama, Yasuhiro Shinkai, Toshiyuki Kaji, Yoshito Kumagai

JOURNAL OF TOXICOLOGICAL SCIENCES　38　(3)　477-484　2013年6月

DOI： 10.2131/jts.38.477 　

ISSN：0388-1350

eISSN：1880-3989
Isothiocyanates Reduce Mercury Accumulation via an Nrf2-Dependent Mechanism during Exposure of Mice to Methylmercury 査読有り

Takashi Toyama, Yasuhiro Shinkai, Akira Yasutake, Koji Uchida, Masayuki Yamamoto, Yoshito Kumagai

ENVIRONMENTAL HEALTH PERSPECTIVES　119　(8)　1117-1122　2011年8月

DOI： 10.1289/ehp.1003123 　

ISSN：0091-6765
Promotion of Lead-induced Cytotoxicity in Differentiating Neural Cells and Protective Effects of Selenium 査読有り

Satoru Shiina, Hayato Takashima, Hiroki Taguchi, Takayuki Kaneko, Kota Noritsugu, Takashi Toyama, Yoshiro Saito

Biological Trace Element Research　2026年8月10日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1007/s12011-026-05285-1 　

eISSN：1559-0720
Nrf2 activation by the monocarbonyl curcumin derivative GO-Y015 confers cellular protection against arsenite toxicity by reducing intracellular arsenic levels 査読有り

Md. Tanvir Islam, Hiroki Taguchi, Hiroyuki Yamakoshi, Wang Yinuo, Hiroyuki Shibata, Yoshiharu Iwabuchi, Takashi Toyama, Yoshiro Saito

Scientific Reports　2026年4月18日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41598-026-49334-0 　

eISSN：2045-2322

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Abstract Curcumin, a bioactive phenolic compound derived from turmeric, attenuates heavy metal toxicity, including inorganic arsenite (As(III)), via activation of the Nrf2–Keap1 signaling pathway; however, its low solubility and stability limit its bioactivity. To address these limitations, we synthesized curcumin derivatives and investigated the cytoprotective effects of a monocarbonyl analog, GO-Y015. GO-Y015 exhibited cytotoxicity comparable to curcumin at concentrations below 8 µM but significantly reduced As(III)-induced cytotoxicity. Pretreatment with GO-Y015 markedly improved cell viability under cytotoxic As(III) exposure, whereas curcumin showed minimal protective effects. Mechanistically, GO-Y015 induced robust Nrf2 activation in a concentration- and time-dependent manner, resulting in increased expression of downstream targets, including HO-1, GCLC, and MRP2. Pharmacological inhibition of Nrf2 (ML385), GSH synthesis (BSO), or MRP transporters (MK571) abolished the cytoprotective effects, indicating dependence on the Nrf2–GSH–MRP axis. Furthermore, ICP-MS analysis demonstrated that GO-Y015 significantly reduced intracellular arsenic accumulation after 2 h exposure. These findings indicate that GO-Y015 enhances arsenic detoxification and reduces cytotoxicity by promoting GSH-dependent conjugation and MRP-mediated efflux.
A Novel ICP-MS Strategy Identifies Arsenite as an Inhibitor of Selenocysteine-tRNASec Charging 査読有り

Hayato Takashima, Reiko Makino, Hiroki Taguchi, Yoshika Takenaka, Yasutoshi Akiyama, Yoshihisa Tomikoka, Daigo Sumi, Takashi Toyama, Yoshiro Saito

The Journal of Toxicological Sciences　2026年4月
Arsenite sensitizes to ferroptosis by disrupting selenium metabolism and reducing GPx4 expression 査読有り

Hayato Takashima, Reiko Makino, Hiroki Taguchi, Junya Ito, Eikan Mishima, Yoshika Takenaka, Yasutoshi Akiyama, Daigo Sumi, Marcus Conrad, Yoshihisa Tomikoka, Takashi Toyama, Yoshiro Saito

Toxicology　154409-154409　2026年1月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.tox.2026.154409 　

ISSN：0300-483X
Cysteine redoxome landscape in the liver of male mice fed a high-fat high-sucrose diet 査読有り

Cynthia M. Galicia-Medina, Hein Ko Oo, Takumi Nishiuchi, Ryota Tanida, Tuerdiguli Abuduyimiti, Hisanori Goto, Yujiro Nakano, Yumie Takeshita, Kiyo-aki Ishii, Takashi Toyama, Yoshiro Saito, Hiroaki Takayama, Toshinari Takamura

Journal of Biological Chemistry　110730-110730　2025年9月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jbc.2025.110730 　

ISSN：0021-9258
NRF2-dependent suppression of selenoprotein P expression promotes intracellular selenium metabolic remodeling and upregulation of antioxidant selenoproteins in hepatocellular carcinoma 査読有り

Kotoko Arisawa, Moeka Natori, Tetta Hiranuma, Misaki Shimizu, Yuto Yamazaki, Yasuhiro Miki, Takashi Toyama, Yoshiro Saito

Redox Biology　103821-103821　2025年8月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.redox.2025.103821 　

ISSN：2213-2317
Gender differences in plasma element concentrations and associations between selenoprotein P and iron metabolism in a community-based cohort study 査読有り

Yoshiro Saito, Misaki Shimizu, Mitsuharu Sato, An Masuda, Kotoko Arisawa, Keiko Taguchi, Takashi Toyama, Ikuko N. Motoike, Kengo Kinoshita, Seizo Koshiba, Masayuki Yamamoto, Toshinari Takamura

Scientific Reports　15　(1)　2025年7月13日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41598-025-10581-2 　

eISSN：2045-2322

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Abstract Essential trace elements, such as iron (Fe) and selenium (Se), play physiological roles in our body, whereas environmental toxic metals, such as arsenic (As), cadmium (Cd), and mercury (Hg), are known to be associated with various disease risks. However, the relationship between elements, biochemical parameters, and lifestyle habits based on multi-elemental analysis in healthy individuals has not been fully verified. Multi-elemental analysis is useful for evaluating the change in the concentration of these elements and metals. In the present study using totally 100 µL plasma samples from the Tohoku Medical Megabank (TMM) community-based cohort study (total of 506 specimens), we conducted a multi-elemental analysis to evaluate 14 elements in generally healthy subjects. We further determined Se-transporter selenoprotein P levels using the originally developed ELISA method, since increases and decreases in selenoprotein P levels are associated with various disease risks. Multiple correlation analyses between the obtained measured values and several factors suggest that elements such as Fe, Se, and Hg, as well as selenoprotein P levels, are associated with gender differences. We also found that factors such as Fe, Se, As, Hg, hematocrit value, hemoglobin (Hb) content, and HbA1c are correlated with selenoprotein P levels. Furthermore, correlations between Fe levels and Hb content and between As/Hg and fish consumption were found. These findings demonstrate the suitability of multi-elemental analyses with limited plasma sample amounts, clearly show gender-differentiated elements, and establish a significant relationship between selenoprotein P and Fe metabolism.
Lactoferrin attenuates renal fibrosis and uremic sarcopenia in a mouse model of adenine-induced chronic kidney disease 査読有り

Yukina Iwamoto, Seiko Yamakoshi, Akiyo Sekimoto, Koji Hosomi, Takashi Toyama, Yoshiro Saito, Jun Kunisawa, Nobuyuki Takahashi, Eikan Mishima, Emiko Sato

The Journal of Nutritional Biochemistry　110039-110039　2025年7月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jnutbio.2025.110039 　

ISSN：0955-2863
Conjugated fatty acids drive ferroptosis through chaperone-mediated autophagic degradation of GPX4 by targeting mitochondria. 国際誌査読有り

Yusuke Hirata, Yuto Yamada, Soma Taguchi, Ryota Kojima, Haruka Masumoto, Shinnosuke Kimura, Takuya Niijima, Takashi Toyama, Ryoji Kise, Emiko Sato, Yasunori Uchida, Junya Ito, Kiyotaka Nakagawa, Tomohiko Taguchi, Asuka Inoue, Yoshiro Saito, Takuya Noguchi, Atsushi Matsuzawa

Cell death & disease　15　(12)　884-884　2024年12月6日

DOI： 10.1038/s41419-024-07237-w 　

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Conjugated fatty acids (CFAs) have been known for their anti-tumor activity. However, the mechanism of action remains unclear. Here, we identify CFAs as inducers of glutathione peroxidase 4 (GPX4) degradation through chaperone-mediated autophagy (CMA). CFAs, such as (10E,12Z)-octadecadienoic acid and α-eleostearic acid (ESA), induced GPX4 degradation, generation of mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and lipid peroxides, and ultimately ferroptosis in cancer cell lines, including HT1080 and A549 cells, which were suppressed by either pharmacological blockade of CMA or genetic deletion of LAMP2A, a crucial molecule for CMA. Mitochondrial ROS were sufficient and necessary for CMA-dependent GPX4 degradation. Oral administration of an ESA-rich oil attenuated xenograft tumor growth of wild-type, but not that of LAMP2A-deficient HT1080 cells, accompanied by increased lipid peroxidation, GPX4 degradation and cell death. Our study establishes mitochondria as the key target of CFAs to trigger lipid peroxidation and GPX4 degradation, providing insight into ferroptosis-based cancer therapy.
Assessing the role of selenium in Minamata disease through reanalysis of historical samples 査読有り

Mineshi Sakamoto, Masumi Marumoto, Koichi Haraguchi, Takashi Toyama, Yoshiro Saito, Steven J. Balogh, Chiharu Tohyama, Masaaki Nakamura

Environment International　109242-109242　2024年12月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.envint.2024.109242 　

ISSN：0160-4120
Remodeling of Selenium Metabolism through Adduct Formation of Selenoprotein P with Epigallocatechin Gallate 査読有り

Takashi Toyama, Katsuki Sato, Yoshiro Saito

Metallomics Research　4　(3)　1-6　2024年11月

DOI： 10.11299/metallomicsresearch.MR202403 　
Inhibition of Selenium Supply Function of Selenoprotein P through Adduct Formation by Sulforaphane. 国際誌査読有り

Xinying Ye, Takashi Toyama, Wang Yinuo, Runa Kudo, Siu Stephanie, Kotoko Arisawa, Yoshiro Saito

The Journal of nutritional biochemistry　109781-109781　2024年10月15日

DOI： 10.1016/j.jnutbio.2024.109781 　

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Selenium is a potent nucleophile essential for selenoenzymes, such as glutathione peroxidase (also known as GSH-Px; GPX; GPx) and selenoprotein P (also known as SelP; SEPP1; SELENOP; SeP). SeP is predominantly secreted from the liver and functions as a selenium carrier in plasma. We previously found that sulforaphane, an electrophilic phytochemical, reduces SeP production in cultured hepatocytes and mouse liver, however, the effect of electrophilic modification of SeP by SFN on selenium transport and metabolism remains unclear. In the present study, we demonstrate that sulforaphane covalently modifies selenocysteine/cysteine residues of SeP using an acidic biotin PAEC5 maleimide labeling assay, which allows for focused-labeling of selenocysteine residues. Although the SFN-SeP adduct can be taken up by HepG2 cells and degraded by the lysosome, it was less effective in inducing GPx expression. Our findings indicate that SFN disrupts the selenium supply pathway through the formation of the SeP-SFN adduct.
Selenoprotein P expression in glioblastoma as a regulator of ferroptosis sensitivity: preservation of GPX4 via the cycling-selenium storage 査読有り

Xi Zheng, Takashi Toyama, Stephanie Siu, Takayuki Kaneko, Hikari Sugiura, Shota Yamashita, Yoshiteru Shimoda, Masayuki Kanamori, Kotoko Arisawa, Hidenori Endo, Yoshiro Saito

Scientific Reports　14　(1)　2024年1月5日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41598-024-51259-5 　

eISSN：2045-2322

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Abstract Glioblastoma (GBM) is one of the most aggressive and deadly brain tumors; however, its current therapeutic strategies are limited. Selenoprotein P (SeP; SELENOP, encoded by the SELENOP gene) is a unique selenium-containing protein that exhibits high expression levels in astroglia. SeP is thought to be associated with ferroptosis sensitivity through the induction of glutathione peroxidase 4 (GPX4) via selenium supplementation. In this study, to elucidate the role of SeP in GBM, we analyzed its expression in GBM patients and found that SeP expression levels were significantly higher when compared to healthy subjects. Knock down of SeP in cultured GBM cells resulted in a decrease in GPX1 and GPX4 protein levels. Under the same conditions, cell death caused by RSL3, a ferroptosis inducer, was enhanced, however this enhancement was canceled by supplementation of selenite. These results indicate that SeP expression contributes to preserving GPX and selenium levels in an autocrine/paracrine manner, i.e., SeP regulates a dynamic cycling-selenium storage system in GBM. We also confirmed the role of SeP expression in ferroptosis sensitivity using patient-derived primary GBM cells. These findings indicate that expression of SeP in GBM can be a significant therapeutic target to overcome anticancer drug resistance.
Impact of selenium content in fetal bovine serum on ferroptosis susceptibility and selenoprotein expression in cultured cells.

Hayato Takashima, Takashi Toyama, Eikan Mishima, Kei Ishida, Yinuo Wang, Atsuya Ichikawa, Junya Ito, Syunsuke Yogiashi, Stephanie Siu, Mayumi Sugawara, Satoru Shiina, Kotoko Arisawa, Marcus Conrad, Yoshiro Saito

The Journal of toxicological sciences　49　(12)　555-563　2024年

DOI： 10.2131/jts.49.555 　

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Ferroptosis, a mode of cell death involving iron-dependent lipid peroxidation, has attracted widespread attention in the development of anticancer drugs and toxicological studies as a potential mechanism of chemical-induced cytotoxicity. This process is regulated by several antioxidant enzymes, of which the selenium-containing glutathione peroxidase 4 (GPx4) is the prime regulator. However, accurately and reproducibly evaluating ferroptosis in cultured cells is challenging since numerous experimental factors in in vitro setting can influence the results. In the present study, we found that the expression levels of selenoproteins, such as GPx4 and GPx1, fluctuate across several cell lines depending on the selenium content of different origin of fetal bovine serum (FBS). Cells cultured in FBS containing higher selenium concentrations exhibited elevated GPx4 expression, and were resistant to ferroptosis induced by erastin and RSL3. These findings suggest that the variability of selenium content in different FBS batches can significantly influence the susceptibility of cells to ferroptosis, highlighting the importance of standardizing these factors to enhance the reproducibility of ferroptosis-related experiments.
Supersulfides in Environmental Toxicology and Hygiene

Kazuhiro Nishiyama, Takashi Toyama

YAKUGAKU ZASSHI　144　(1)　39-40　2024年1月1日
出版者・発行元： Pharmaceutical Society of Japan
DOI： 10.1248/yakushi.23-00162-f 　

ISSN：0031-6903

eISSN：1347-5231
Ccdc152 is not necessary for male fertility, but contributes to maintaining sperm morphology

Ryua HARIMA, Takahiro SASAKI, Takayuki KANEKO, Fuka ASO, Hayato TAKASHIMA, Takashi TOYAMA, Kenshiro HARA, Kentaro TANEMURA, Yoshiro SAITO

Journal of Reproduction and Development　2024年
出版者・発行元： Japanese Society of Animal Reproduction
DOI： 10.1262/jrd.2024-058 　

ISSN：0916-8818

eISSN：1348-4400
The Role of Supersulfide in Methylmercury Detoxification 招待有り査読有り

Takashi Toyama, Runa Kudo, Yoshiro Saito

YAKUGAKU ZASSHI　144　(1)　41-45　2024年1月1日
出版者・発行元： Pharmaceutical Society of Japan
DOI： 10.1248/yakushi.23-00162-1 　

ISSN：0031-6903

eISSN：1347-5231
Sulforaphane decreases serum selenoprotein P levels through enhancement of lysosomal degradation independent of Nrf2 査読有り

Xinying Ye, Takashi Toyama, Keiko Taguchi, Kotoko Arisawa, Takayuki Kaneko, Ryouhei Tsutsumi, Masayuki Yamamoto, Yoshiro Saito

Communications Biology　6　(1)　2023年10月19日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s42003-023-05449-y 　

eISSN：2399-3642

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Abstract Selenoprotein P (SeP) is a major selenoprotein in serum predominantly produced in the liver. Excess SeP impairs insulin secretion from the pancreas and insulin sensitivity in skeletal muscle, thus inhibition of SeP could be a therapeutic strategy for type 2 diabetes. In this study, we examine the effect of sulforaphane (SFN), a phytochemical of broccoli sprouts and an Nrf2 activator, on SeP expression in vitro and in vivo. Treatment of HepG2 cells with SFN decreases inter- and intra-cellular SeP levels. SFN enhances lysosomal acidification and expression of V-ATPase, and inhibition of this process cancels the decrease of SeP by SFN. SFN activates Nrf2 in the cells, while Nrf2 siRNA does not affect the decrease of SeP by SFN or lysosomal acidification. These results indicate that SFN decreases SeP by enhancing lysosomal degradation, independent of Nrf2. Injection of SFN to mice results in induction of cathepsin and a decrease of SeP in serum. The findings from this study are expected to contribute to developing SeP inhibitors in the future, thereby contributing to treating and preventing diseases related to increased SeP.
Potential Association between Methylmercury Neurotoxicity and Inflammation 査読有り

Yo Shinoda, Masahiro Akiyama, Takashi Toyama

Biological and Pharmaceutical Bulletin　46　(9)　1162-1168　2023年9月1日
出版者・発行元： Pharmaceutical Society of Japan
DOI： 10.1248/bpb.b23-00075 　

ISSN：0918-6158

eISSN：1347-5215
An efficient selenium transport pathway of selenoprotein P utilizing a high-affinity ApoER2 receptor variant and being independent of selenocysteine lyase 査読有り

Ayako Mizuno, Takashi Toyama, Atsuya Ichikawa, Naoko Sakai, Yuya Yoshioka, Yukina Nishito, Renya Toga, Hiroshi Amesaka, Takayuki Kaneko, Kotoko Arisawa, Ryouhei Tsutsumi, Yuichiro Mita, Shun-ichi Tanaka, Noriko Noguchi, Yoshiro Saito

Journal of Biological Chemistry　299　(8)　105009-105009　2023年7月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jbc.2023.105009 　

ISSN：0021-9258
Methylmercury directly modifies the 105th cysteine residue in oncostatin M to promote binding to tumor necrosis factor receptor 3 and inhibit cell growth. 国際誌査読有り

Takashi Toyama, Sidi Xu, Yoshitomi Kanemitsu, Takashi Hasegawa, Takuya Noguchi, Jin-Yong Lee, Atsushi Matsuzawa, Akira Naganuma, Gi-Wook Hwang

Archives of toxicology　2023年5月17日

DOI： 10.1007/s00204-023-03520-5 　

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We previously found that methylmercury induces expression of oncostatin M (OSM), which is released extracellularly and binds to tumor necrosis factor receptor 3 (TNFR3), possibly enhancing its own toxicity. However, the mechanism by which methylmercury causes OSM to bind to TNFR3 rather than to its known receptors, OSM receptor and LIFR, is unknown. In this study, we aimed to elucidate the effect of methylmercury modification of cysteine residues in OSM on binding to TNFR3. Immunostaining of TNFR3-V5-expressing cells suggested that methylmercury promoted binding of OSM to TNFR3 on the cell membrane. In an in vitro binding assay, OSM directly bound to the extracellular domain of TNFR3, and this binding was promoted by methylmercury. Additionally, the formation of a disulfide bond in the OSM molecule was essential for the binding of both proteins, and LC/MS analysis revealed that methylmercury directly modified the 105th cysteine residue (Cys105) in OSM. Next, mutant OSM, in which Cys105 was replaced by serine or methionine, increased the binding to TNFR3, and a similar effect was observed in immunoprecipitation using cultured cells. Furthermore, cell proliferation was inhibited by treatment with Cys105 mutant OSMs compared with wildtype OSM, and this effect was cancelled by TNFR3 knockdown. In conclusion, we revealed a novel mechanism of methylmercury toxicity, in which methylmercury directly modifies Cys105 in OSM, thereby inhibiting cell proliferation via promoting binding to TNFR3. This indicates a chemical disruption in the interaction between the ligand and the receptor is a part of methylmercury toxicity.
Metal-binding properties of selenoprotein P—its relation to structure and function 査読有り

Takashi Toyama, Takayuki Kaneko, Kotoko Arisawa, Yoshiro Saito

Metallomics Research　2　(3)　18-27　2022年12月

DOI： 10.11299/metallomicsresearch.MR202209 　
Role of selenoprotein P expression in the function of pancreatic β cells: Prevention of ferroptosis-like cell death and stress-induced nascent granule degradation 国際誌査読有り

Nanako Kitabayashi, Shohei Nakao, Yuichiro Mita, Kotoko Arisawa, Takayuki Hoshi, Takashi Toyama, Kiyo-aki Ishii, Toshinari Takamura, Noriko Noguchi, Yoshiro Saito

Free Radical Biology and Medicine　183　89-103　2022年4月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.freeradbiomed.2022.03.009 　

ISSN：0891-5849

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Selenoprotein P (SELENOP) is a major selenium (Se)-containing protein (selenoprotein) in human plasma that is mainly synthesized in the liver. SELENOP transports Se to the cells, while SELENOP synthesized in peripheral tissues is incorporated in a paracrine/autocrine manner to maintain the levels of cellular selenoproteins, called the SELENOP cycle. Pancreatic β cells, responsible for the synthesis and secretion of insulin, are known to express SELENOP. Here, using MIN6 cells as a mouse model for pancreatic β cells and Selenop small interfering (si)RNA, we found that Selenop gene knockdown (KD) resulted in decreased cell viability, cellular pro/insulin levels, insulin secretion, and levels of several cellular selenoproteins, including glutathione peroxidase 4 (Gpx4) and selenoprotein K (Selenok). These dysfunctions induced by Selenop siRNA were recovered by the addition of Se. Ferroptosis-like cell death, regulated by Gpx4, was involved in the decrease of cell viability by Selenop KD, while stress-induced nascent granule degradation (SINGD), regulated by Selenok, was responsible for the decrease in proinsulin. SINGD was also observed in the pancreatic β cells of Selenop knockout mice. These findings indicate a significant role of SELENOP expression for the function of pancreatic β cells by maintaining the levels of cellular selenoproteins such as GPX4 and SELENOK.
A non-nucleotide agonist that binds covalently to cysteine residues of STING 査読有り

Kentaro Matsumoto, Shenwei Ni, Hiroyuki Arai, Takashi Toyama, Yoshiro Saito, Takehiro Suzuki, Naoshi Dohmae, Kojiro Mukai, Tomohiko Taguchi

Cell Structure and Function　48　(1)　59-70　2022年
出版者・発行元： Japan Society for Cell Biology
DOI： 10.1247/csf.22085 　

ISSN：0386-7196

eISSN：1347-3700
Effects of the Interplay between Selenocystine and Methylmercury on Their Cytotoxicity and Glucose-Driven Insulin Secretion from Mouse Insulinoma Cells 査読有り

Daichi Chida, Takashi Toyama, Takanori Chiba, Takayuki Kaneko, Kotoko Arisawa, Yoshiro Saito

BPB Reports　5　(4)　74-79　2022年
出版者・発行元： Pharmaceutical Society of Japan
DOI： 10.1248/bpbreports.5.4_74 　

eISSN：2434-432X
Methylmercury induces neuronal cell death by inducing TNF-α expression through the ASK1/p38 signaling pathway in microglia 国際誌査読有り

Takashi Toyama, Takayuki Hoshi, Takuya Noguchi, Yoshiro Saito, Atsushi Matsuzawa, Akira Naganuma, Gi-Wook Hwang

Scientific Reports　11　(1)　9832-9832　2021年12月
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41598-021-89210-7 　

eISSN：2045-2322

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<title>Abstract</title>We recently found that tumor necrosis factor-α (TNF-α) may be involved in neuronal cell death induced by methylmercury in the mouse brain. Here, we examined the cells involved in the induction of TNF-α expression by methylmercury in the mouse brain by in situ hybridization. TNF-α-expressing cells were found throughout the brain and were identified as microglia by immunostaining for ionized calcium binding adaptor molecule 1 (Iba1). Methylmercury induced TNF-α expression in mouse primary microglia and mouse microglial cell line BV2. Knockdown of apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1), an inflammatory cytokine up-regulator that is responsible for reactive oxygen species (ROS), decreased methylmercury-induced TNF-α expression through decreased phosphorylation of p38 MAP kinase in BV2 cells. Suppression of methylmercury-induced reactive oxygen species (ROS) by antioxidant treatment largely abolished the induction of TNF-α expression and phosphorylation of p38 by methylmercury in BV2 cells. Finally, in mouse brain slices, the TNF-α antagonist (WP9QY) inhibited neuronal cell death induced by methylmercury, as did the p38 inhibitor SB203580 and liposomal clodronate (a microglia-depleting agent). These results indicate that methylmercury induces mitochondrial ROS that are involved in activation of the ASK1/p38 pathway in microglia and that this is associated with induction of TNF-α expression and neuronal cell death.
Identification of a novel endogenous long non-coding RNA that inhibits selenoprotein P translation 国際誌査読有り

Yuichiro Mita, Risa Uchida, Sayuri Yasuhara, Kohei Kishi, Takayuki Hoshi, Yoshitaka Matsuo, Tadashi Yokooji, Yoshino Shirakawa, Takashi Toyama, Yasuomi Urano, Toshifumi Inada, Noriko Noguchi, Yoshiro Saito

Nucleic Acids Research　49　(12)　6893-6907　2021年6月18日
出版者・発行元： Oxford University Press (OUP)
DOI： 10.1093/nar/gkab498 　

ISSN：0305-1048

eISSN：1362-4962

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<title>Abstract</title> Selenoprotein P (SELENOP) is a major plasma selenoprotein that contains 10 Sec residues, which is encoded by the UGA stop codon. The mRNA for SELENOP has the unique property of containing two Sec insertion sequence (SECIS) elements, which is located in the 3′ untranslated region (3′UTR). Here, we coincidentally identified a novel gene, CCDC152, by sequence analysis. This gene was located in the antisense region of the SELENOP gene, including the 3′UTR region in the genome. We demonstrated that this novel gene functioned as a long non-coding RNA (lncRNA) that decreased SELENOP protein levels via translational rather than transcriptional, regulation. We found that the CCDC152 RNA interacted specifically and directly with the SELENOP mRNA and inhibited its binding to the SECIS-binding protein 2, resulting in the decrease of ribosome binding. We termed this novel gene product lncRNA inhibitor of SELENOP translation (L-IST). Finally, we found that epigallocatechin gallate upregulated L-IST in vitro and in vivo, to suppress SELENOP protein levels. Here, we provide a new regulatory mechanism of SELENOP translation by an endogenous long antisense ncRNA.
Comprehensive analyses of the cysteine thiol oxidation of PKM2 reveal the effects of multiple oxidation on cellular oxidative stress response 国際誌査読有り

Hayato Irokawa, Satoshi Numasaki, Shin Kato, Kenta Iwai, Atsushi Inose-Maruyama, Takumi Ohdate, Gi-Wook Hwang, Takashi Toyama, Toshihiko Watanabe, Shusuke Kuge

Biochemical Journal　478　(7)　1453-1470　2021年4月16日
出版者・発行元： Portland Press Ltd.
DOI： 10.1042/bcj20200897 　

ISSN：0264-6021

eISSN：1470-8728

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Redox regulation of proteins via cysteine residue oxidation is involved in the control of various cellular signal pathways. Pyruvate kinase M2 (PKM2), a rate-limiting enzyme in glycolysis, is critical for the metabolic shift from glycolysis to the pentose phosphate pathway under oxidative stress in cancer cell growth. The PKM2 tetramer is required for optimal pyruvate kinase (PK) activity, whereas the inhibition of inter-subunit interaction of PKM2 induced by Cys358 oxidation has reduced PK activity. In the present study, we identified three oxidation-sensitive cysteine residues (Cys358, Cys423 and Cys424) responsible for four oxidation forms via the thiol oxidant diamide and/or hydrogen peroxide (H2O2). Possibly due to obstruction of the dimer-dimer interface, H2O2-induced sulfenylation (-SOH) and diamide-induced modification at Cys424 inhibited tetramer formation and PK activity. Cys423 is responsible for intermolecular disulfide bonds with heterologous proteins via diamide. Additionally, intramolecular polysulphide linkage (–Sn–, n ≧ 3) between Cys358 and an unidentified PKM2 Cys could be induced by diamide. We observed that cells expressing the oxidation-resistant PKM2 (PKM2C358,424A) produced more intracellular reactive oxygen species (ROS) and exhibited greater sensitivity to ROS-generating reagents and ROS-inducible anti-cancer drugs compared with cells expressing wild-type PKM2. These results highlight the possibility that PKM2 inhibition via Cys358 and Cys424 oxidation contributes to eliminating excess ROS and oxidative stress.
Increased expression of TCF3, transcription factor 3, is a defense response against methylmercury toxicity in mouse neuronal C17.2 cells

Takashi Toyama, Yanjiao Wang, Min-Seok Kim, Tsutomu Takahashi, Akira Naganuma, Gi-Wook Hwang

Toxicological Research　2021年1月22日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1007/s43188-021-00087-0 　

ISSN：1976-8257

eISSN：2234-2753
Gefitinib initiates sterile inflammation by promoting IL-1β and HMGB1 release via two distinct mechanisms 査読有り

Takuya Noguchi, Yuto Sekiguchi, Yuki Kudoh, Rio Naganuma, Tomohiro Kagi, Akiko Nishidate, Kazuhiro Maeda, Chizuru Ishii, Takashi Toyama, Yusuke Hirata, Gi-Wook Hwang, Atsushi Matsuzawa

Cell Death & Disease　12　(1)　2021年1月
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41419-020-03335-7 　

eISSN：2041-4889

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<title>Abstract</title>Anticancer drug gefitinib causes inflammation-based side effects, such as interstitial pneumonitis. However, its mechanisms remain unknown. Here, we provide evidence that gefitinib elicits pro-inflammatory responses by promoting mature-interleukin-1β (IL-1β) and high-mobility group box 1 (HMGB1) release. Mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) driven by gefitinib stimulated the formation of the NLRP3 (NACHT, LRR and PYD-containing protein 3) inflammasome, leading to mature-IL-1β release. Notably, gefitinib also stimulated HMGB1 release, which is, however, not mediated by the NLRP3 inflammasome. On the other hand, gefitinib-driven mtROS promoted the accumulation of γH2AX, a hallmark of DNA damage, leading to the activation of poly (ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) and subsequent active release of HMGB1. Together our results reveal the potential ability of gefitinib to initiate sterile inflammation via two distinct mechanisms, and identified IL-1β and HMGB1 as key determinants of gefitinib-induced inflammation that may provide insights into gefitinib-induced interstitial pneumonitis.
Elaidic Acid Potentiates Extracellular ATP-Induced Apoptosis via the P2X₇-ROS-ASK1-p38 Axis in Microglial Cell Lines 査読有り

Yusuke Hirata, Yuki Nada, Yuto Yamada, Takashi Toyama, Kohji Fukunaga, Gi-Wook Hwang, Takuya Noguchi, Atsushi Matsuzawa

Biological and Pharmaceutical Bulletin　43　(10)　1562-1569　2020年10月1日
出版者・発行元： Pharmaceutical Society of Japan
DOI： 10.1248/bpb.b20-00409 　

ISSN：0918-6158

eISSN：1347-5215

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trans-Fatty acids (TFAs) are unsaturated fatty acids with at least one carbon-carbon double bond in trans configuration. TFA consumption has been epidemiologically associated with neurodegenerative diseases (NDs) including Alzheimer's disease. However, the underlying mechanisms of TFA-related NDs remain unknown. Here, we show a novel microglial signaling pathway that induces inflammation and cell death, which is dramatically enhanced by elaidic acid (EA), the most abundant TFA derived from food. We found that extracellular ATP, one of the damage-associated molecular patterns (DAMPs) leaked from injured cells, induced activation of the apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1)-p38 pathway, which is one of the major stress-responsive mitogen-activated protein (MAP) kinase signaling pathways, and subsequent caspase-3 cleavage and DNA ladder formation (hallmarks of apoptosis) in mouse microglial cell lines including BV2 and MG6 cells. Furthermore, we found that in these microglial cell lines, EA, but not its cis isomer oleic acid, facilitated extracellular ATP-induced ASK1/p38 activation and apoptosis, which was suppressed by pharmacological inhibition of either p38, reactive oxygen species (ROS) generation, P2X purinoceptor 7 (P2X7), or Ca2+/calmodulin-dependent kinase II (CaMKII). These results demonstrate that in microglial cells, extracellular ATP induces activation of the ASK1-p38 MAP kinase pathway and ultimately apoptosis downstream of P2X7 receptor and ROS generation, and that EA promotes ATP-induced apoptosis through CaMKII-dependent hyperactivation of the ASK1-p38 pathway, in the same manner as in macrophages. Our study may provide an insight into the pathogenesis of NDs associated with TFAs.
Hydrogen Peroxide Causes Cell Death via Increased Transcription of HOXB13 in Human Lung Epithelial A549 Cells 国際誌査読有り

Naoki Endo, Takashi Toyama, Akira Naganuma, Yoshiro Saito, Gi-Wook Hwang

Toxics　8　(4)　78-78　2020年9月28日
出版者・発行元： MDPI AG
DOI： 10.3390/toxics8040078 　

eISSN：2305-6304

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Although homeobox protein B13 (HOXB13) is an oncogenic transcription factor, its role in stress response has rarely been examined. We previously reported that knockdown of HOXB13 reduces the cytotoxicity caused by various oxidative stress inducers. Here, we studied the role of HOXB13 in cytotoxicity caused by hydrogen peroxide in human lung epithelial A549 cells. The knockdown of HOXB13 reduced hydrogen peroxide-induced cytotoxicity; however, this phenomenon was largely absent in the presence of antioxidants (Trolox or N-acetyl cysteine (NAC)). This suggests that HOXB13 may be involved in the cytotoxicity caused by hydrogen peroxide via the production of reactive oxygen species (ROS). Hydrogen peroxide also increased both the mRNA and protein levels of HOXB13. However, these increases were rarely observed in the presence of a transcriptional inhibitor, which suggests that hydrogen peroxide increases protein levels via increased transcription of HOXB13. Furthermore, cell death occurred in A549 cells that highly expressed HOXB13. However, this cell death was mostly inhibited by treatment with antioxidants. Taken together, our findings indicate that HOXB13 may be a novel factor involved in the induction of oxidative stress, which causes cell death via intracellular ROS production.
Increased putrescine levels due to ODC1 overexpression prevents mitochondrial dysfunction-related apoptosis induced by methylmercury 査読有り

Masayuki Sato, Takashi Toyama, Min-Seok Kim, Jin-Yong Lee, Takayuki Hoshi, Nobuhiko Miura, Akira Naganuma, Gi-Wook Hwang

Life Sciences　118031-118031　2020年6月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.lfs.2020.118031 　

ISSN：0024-3205
The Antibiotic Cefotaxime Works as Both an Activator of Nrf2 and an Inducer of HSP70 in Mammalian Cells 査読有り

Mayuka Yamada, Midori Suzuki, Takuya Noguchi, Takumi Yokosawa, Yuto Sekiguchi, Natsumi Mutoh, Takashi Toyama, Yusuke Hirata, Gi-Wook Hwang, Atsushi Matsuzawa

BPB Reports　3　(1)　16-21　2020年1月
The Nuclear Protein HOXB13 Enhances Methylmercury Toxicity by Inducing Oncostatin M and Promoting Its Binding to TNFR3 in Cultured Cells. 国際誌査読有り

Takashi Toyama, Sidi Xu, Ryo Nakano, Takashi Hasegawa, Naoki Endo, Tsutomu Takahashi, Jin-Yong Lee, Akira Naganuma, Gi-Wook Hwang

Cells　9　(1)　45　2020年

DOI： 10.3390/cells9010045 　

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Homeobox protein B13 (HOXB13), a transcription factor, is related to methylmercury toxicity; however, the downstream factors involved in enhancing methylmercury toxicity remain unknown. We performed microarray analysis to search for downstream factors whose expression is induced by methylmercury via HOXB13 in human embryonic kidney cells (HEK293), which are useful model cells for analyzing molecular mechanisms. Methylmercury induced the expression of oncostatin M (OSM), a cytokine of the interleukin-6 family, and this was markedly suppressed by HOXB13 knockdown. OSM knockdown also conferred resistance to methylmercury in HEK293 cells, and no added methylmercury resistance was observed when both HOXB13 and OSM were knocked down. Binding of HOXB13 to the OSM gene promoter was increased by methylmercury, indicating the involvement of HOXB13 in the enhancement of its toxicity. Because addition of recombinant OSM to the medium enhanced methylmercury toxicity in OSM-knockdown cells, extracellularly released OSM was believed to enhance methylmercury toxicity via membrane receptors. We discovered tumor necrosis factor receptor (TNF) receptor 3 (TNFR3) to be a potential candidate involved in the enhancement of methylmercury toxicity by OSM. This toxicity mechanism was also confirmed in mouse neuronal stem cells. We report, for the first time, that HOXB13 is involved in enhancement of methylmercury toxicity via OSM-expression induction and that the synthesized OSM causes cell death by binding to TNFR3 extracellularly.
Methylmercury induces the expression of chemokine CCL4 via SRF activation in C17.2 mouse neural stem cells 査読有り

Min Seok Kim, Tsutomu Takahashi, Jin Yong Lee, Takashi Toyama, Takayuki Hoshi, Shusuke Kuge, Yasuyuki Fujiwara, Akira Naganuma, Gi Wook Hwang

Scientific Reports　9　(1)　4631　2019年12月1日

DOI： 10.1038/s41598-019-41127-y 　

eISSN：2045-2322
Induction of chemokine CCL3 by NF-κB reduces methylmercury toxicity in C17.2 mouse neural stem cells. 査読有り

Takahashi T, Kim MS, Iwai-Shimada M, Hoshi T, Fujimura M, Toyama T, Fujiwara Y, Naganuma A, Hwang GW

Environmental toxicology and pharmacology　71　103216　2019年10月

DOI： 10.1016/j.etap.2019.103216 　

ISSN：1382-6689

eISSN：1872-7077
Depolysulfidation of Drp1 induced by low-dose methylmercury exposure increases cardiac vulnerability to hemodynamic overload. 国際誌査読有り

Akiyuki Nishimura, Kakeru Shimoda, Tomohiro Tanaka, Takashi Toyama, Kazuhiro Nishiyama, Yasuhiro Shinkai, Takuro Numaga-Tomita, Daiju Yamazaki, Yasunari Kanda, Takaaki Akaike, Yoshito Kumagai, Motohiro Nishida

Science signaling　12　(587)　2019年6月25日

DOI： 10.1126/scisignal.aaw1920 　

ISSN：1945-0877

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Chronic exposure to methylmercury (MeHg), an environmental electrophilic pollutant, reportedly increases the risk of human cardiac events. We report that exposure to a low, non-neurotoxic dose of MeHg precipitated heart failure induced by pressure overload in mice. Exposure to MeHg at 10 ppm did not induce weight loss typical of higher doses but caused mitochondrial hyperfission in myocardium through the activation of Drp1 by its guanine nucleotide exchange factor filamin-A. Treatment of neonatal rat cardiomyocytes with cilnidipine, an inhibitor of the interaction between Drp1 and filamin-A, suppressed mitochondrial hyperfission caused by low-dose MeHg exposure. Modification of cysteine residues in proteins with polysulfides is important for redox signaling and mitochondrial homeostasis in mammalian cells. We found that MeHg targeted rat Drp1 at Cys624, a redox-sensitive residue whose SH side chain forms a bulky and nucleophilic polysulfide (Cys624-S(n)H). MeHg exposure induced the depolysulfidation of Cys624-S(n)H in Drp1, which led to filamin-dependent activation of Drp1 and mitochondrial hyperfission. Treatment with NaHS, which acts as a donor for reactive polysulfides, reversed MeHg-evoked Drp1 depolysulfidation and vulnerability to mechanical load in rodent and human cardiomyocytes and mouse hearts. These results suggest that depolysulfidation of Drp1 at Cys624-S(n)H by low-dose MeHg increases cardiac fragility to mechanical load through filamin-dependent mitochondrial hyperfission.
Methylmercury causes neuronal cell death via M1-microglial activation in organotypic slices prepared from mouse cerebral cortex 査読有り

Takayuki Hoshi, Takashi Toyama, Akira Naganuma, Gi-Wook Hwang

Fundamental Toxicological Sciences　6　(5)　167-170　2019年
出版者・発行元： Japanese Society of Toxicology
DOI： 10.2131/fts.6.167 　

eISSN：2189-115X
Evaluation of M1-microglial activation by neurotoxic metals using optimized organotypic cerebral slice cultures 査読有り

Takayuki Hoshi, Takashi Toyama, Youichi Shinozaki, Schuichi Koizumi, Jin Yong Lee, Akira Naganuma, Gi-Wook Hwang

Journal of Toxicological Sciences　44　(7)　471-479　2019年

DOI： 10.2131/jts.44.471 　

ISSN：1880-3989

eISSN：0388-1350
Hypoxia-induced interaction of filamin with Drp1 causes mitochondrial hyperfission-associated myocardial senescence 査読有り

Nishimura, Akiyuki, Shimauchi, Tsukasa, Tanaka, Tomohiro, Shimoda, Kakeru, Toyama, Takashi, Kitajima, Naoyuki, Ishikawa, Tatsuya, Shindo, Naoya, Numaga-Tomita, Takuro, Yasuda, Satoshi, Sato, Yoji, Kuwahara, Koichiro, Kumagai, Yoshito, Akaike, Takaaki, Ide, Tomomi, Ojida, Akio, Mori, Yasuo, Nishida, Motohiro

Science signaling　11　(556)　2018年11月

DOI： 10.1126/scisignal.aat5185 　

ISSN：1937-9145

eISSN：1937-9145
Activation of ornithine decarboxylase protects against methylmercury toxicity by increasing putrescine 査読有り

Masayuki Sato, Takashi Toyama, Jin Yong Lee, Nobuhiko Miura, Akira Naganuma, Gi Wook Hwang

Toxicology and Applied Pharmacology　356　120-126　2018年10月1日

DOI： 10.1016/j.taap.2018.08.002 　

ISSN：0041-008X

eISSN：1096-0333
Chemokine CCL4 induced in mouse brain has a protective role against methylmercury toxicity 査読有り

Tsutomu Takahashi, Min Seok Kim, Miyuki Iwai-Shimada, Masatake Fujimura, Takashi Toyama, Akira Naganuma, Gi Wook Hwang

Toxics　6　(3)　36　2018年7月7日

DOI： 10.3390/toxics6030036 　

eISSN：2305-6304
Methylmercury Induces Cytotoxicity through Inhibition of PTEN Activity by a Decrease in Its Solubility 査読有り

Takumi Kobayashi, Takashi Toyama, Jin-Yong Lee, Nobuhiko Miura, Shusuke Kuge, Akira Naganuma, Gi-Wook Hwang

BPB report　1　1-5　2018年
Exposure to Electrophiles Impairs Reactive Persulfide-Dependent Redox Signaling in Neuronal Cells 査読有り

Hideshi Ihara, Shingo Kasamatsu, Atsushi Kitamura, Akira Nishimura, Hiroyasu Tsutsuki, Tomoaki Ida, Kento Ishizaki, Takashi Toyama, Elko Yoshida, Hisyam Abdul Hamid, Minkyung Jung, Tetsuro Matsunaga, Shigemoto Fuji, Tomohiro Sawa, Motohiro Nishida, Yoshito Kumagai, Takaaki Akaike

CHEMICAL RESEARCH IN TOXICOLOGY　30　(9)　1673-1684　2017年9月

DOI： 10.1021/acs.chemrestox.7b00120 　

ISSN：0893-228X

eISSN：1520-5010
TRPC6 counteracts TRPC3-Nox2 protein complex leading to attenuation of hyperglycemia-induced heart failure in mice 査読有り

Sayaka Oda, Takuro Numaga-Tomita, Naoyuki Kitajima, Takashi Toyama, Eri Harada, Tsukasa Shimauchi, Akiyuki Nishimura, Tatsuya Ishikawa, Yoshito Kumagai, Lutz Birnbaumer, Motohiro Nishida

SCIENTIFIC REPORTS　7　(1)　7511　2017年8月

DOI： 10.1038/s41598-017-07903-4 　

ISSN：2045-2322
Small interfering RNA-mediated knockdown of the transcription factor TCF3 enhances sensitivity to methylmercury in mouse neural stem cells. 査読有り

Takahashi T, Wang Y, Toyama T, Kim M.S, Kuge S, Hwang G.W, Naganuma A

Fundam. Toxicol. Sci.　4　(2)　41-43　2017年3月
出版者・発行元：一般社団法人日本毒性学会
DOI： 10.2131/fts.4.41 　

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<p>We have reported that four transcription factors (PAX4, PAX6, TCF3, and HMGA1) were markedly activated in the cerebellum of mice treated with methylmercury. In this study, to clarify the relationship between these transcription factors and methylmercury toxicity, siRNA targeting each of the four transcription factors were introduced individually into C17.2 mouse neural stem cells, and the sensitivity of the cells to methylmercury was investigated. Among the four transcription factors, knockdown of the gene for TCF3 increased the methylmercury sensitivity of C17.2 cells. Therefore, we suggest that TCF3 may have a protective effect against methylmercury toxicity.</p>
Methylmercury induces the expression of TNF-α selectively in the brain of mice. 査読有り

Iwai-Shimada M, Takahashi T, Kim MS, Fujimura M, Ito H, Toyama T, Naganuma A, Hwang GW

Scientific reports　6　38294　2016年12月

DOI： 10.1038/srep38294 　

ISSN：2045-2322
Methylmercury, an environmental electrophile capable of activation and disruption of the Akt/CREB/Bcl-2 signal transduction pathway in SH-SY5Y cells 査読有り

Takamitsu Unoki, Yumi Abiko, Takashi Toyama, Takashi Uehara, Koji Tsuboi, Motohiro Nishida, Toshiyuki Kaji, Yoshito Kumagai

SCIENTIFIC REPORTS　6　28944　2016年6月

DOI： 10.1038/srep28944 　

ISSN：2045-2322
Methylmercury induces release of a cytotoxic factor from HEK293 cells into medium 査読有り

T Toyama, S Murakami, S Kuge, GW Hwang, A Naganuma

Fundamental Toxicological Sciences　2　(5)　223-226　2015年12月

DOI： 10.2131/fts.2.223 　
Metabolomic analysis of low molecular weight substances released into medium from HEK293 cells treated with methylmercury 査読有り

T Toyama, GW Hwang, A Naganuma

Fundamental Toxicological Sciences　2　(5)　227-228　2015年12月
出版者・発行元：一般社団法人日本毒性学会
DOI： 10.2131/fts.2.227 　

ISSN：2189-115X

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This study attempted to identify substances that are driven out of HEK293 cells by methylmercury. Metabolomic analysis revealed that the levels of 3-phenylpropionic acid, citrulline, lactic acid, ornithine, proline and beta-alanine in the cell culture medium were increased by the treatment of cells with methylmercury. Address to the mechanism underlying the release of these substances will provide useful information to elucidate the toxicity mechanism of methylmercury.
Citrulline enhances methylmercury toxicity in HEK293 and C17. 2 cells 査読有り

T Toyama, GW Hwang, A Naganuma

Fundamental Toxicological Sciences　2　(6)　229-231　2015年12月
出版者・発行元：一般社団法人日本毒性学会
DOI： 10.2131/fts.2.229 　

ISSN：2189-115X

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We identified 3-phenylpropionic acid, citrulline, lactic acid, ornithine, proline, and beta-alanine as low-molecular weight substances that are released from cells treated with methylmercury. In this study, we studied their effect on cellular sensitivity to methylmercury. Treating HEK293 and C17.2 cells with each of the six substances minimally affected the proliferation of both cell lines. Among these six substances, however, only citrulline slightly but significantly increased the sensitivity of C17.2 and HEK293 cells to low levels of methylmercury. Citrulline is thought to be a methylmercury toxicity-enhancing factor whose extracellular release is enhanced by methylmercury.
S-Mercuration of ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase L1 through Cys152 by methylmercury causes inhibition of its catalytic activity and reduction of monoubiquitin levels in SH-SY5Y cells 査読有り

Takashi Toyama, Yumi Abiko, Yuko Katayama, Toshiyuki Kaji, Yoshito Kumagai

JOURNAL OF TOXICOLOGICAL SCIENCES　40　(6)　887-893　2015年12月

DOI： 10.2131/jts.40.887 　

ISSN：0388-1350

eISSN：1880-3989
Correlation Between Attenuation of Protein Disulfide Isomerase Activity Through S-Mercuration and Neurotoxicity Induced by Methylmercury 査読有り

Kento Makino, Kosaku Okuda, Eisuke Sugino, Tadashi Nishiya, Takashi Toyama, Takao Iwawaki, Masatake Fujimura, Yoshito Kumagai, Takashi Uehara

NEUROTOXICITY RESEARCH　27　(2)　99-105　2015年2月

DOI： 10.1007/s12640-014-9494-8 　

ISSN：1029-8428

eISSN：1476-3524
Establishment of a Novel Therapeutic Strategy for Heart Failure Based on the Mechanism Underlying Maintenance of Redox Homeostasis by Reactive Sulfur Species

Motohiro Nishida, Takashi Toyama, Yoshito Kumagai, Takuro Numaga-Tomita

YAKUGAKU ZASSHI　134　(12)　1239-1243　2014年12月1日
出版者・発行元： Pharmaceutical Society of Japan
DOI： 10.1248/yakushi.14-00209-1 　

ISSN：0031-6903

eISSN：1347-5231
Endogenous neurotoxic dopamine derivative covalently binds to Parkinson's disease-associated ubiquitin C-terminal hydrolase L1 and alters its structure and function 査読有り

Viorica Raluca Contu, Yaichiro Kotake, Takashi Toyama, Katsuhiro Okuda, Masatsugu Miyara, Shuichiro Sakamoto, Shigeyoshi Samizo, Seigo Sanoh, Yoshito Kumagai, Shigeru Ohta

JOURNAL OF NEUROCHEMISTRY　130　(6)　826-838　2014年9月

DOI： 10.1111/jnc.12762 　

ISSN：0022-3042

eISSN：1471-4159
Role of 8-nitro-cGMP and its redox regulation in cardiovascular electrophilic signaling 査読有り

Motohiro Nishida, Takashi Toyama, Takaaki Akaike

JOURNAL OF MOLECULAR AND CELLULAR CARDIOLOGY　73　10-17　2014年8月

DOI： 10.1016/j.yjmcc.2014.02.003 　

ISSN：0022-2828

eISSN：1095-8584
Glutathione-mediated reversibility of covalent modification of ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase L1 by 1,2-naphthoquinone through Cys152, but not Lys4 査読有り

Takashi Toyama, Yasuhiro Shinkai, Aid Yazawa, Hidenao Kakehashi, Toshiyuki Kaji, Yoshito Kumagai

CHEMICO-BIOLOGICAL INTERACTIONS　214　41-48　2014年5月

DOI： 10.1016/j.cbi.2014.02.008 　

ISSN：0009-2797

eISSN：1872-7786
Identification and Quantification of in Vivo Metabolites of 9,10-Phenanthrenequinone in Human Urine Associated with Producing Reactive Oxygen Species 査読有り

Miki Asahi, Mio Kawai, Takashi Toyama, Yoshito Kumagai, Thanyarat Chuesaard, Ning Tang, Takayuki Kameda, Kazuichi Hayakawa, Akira Toriba

CHEMICAL RESEARCH IN TOXICOLOGY　27　(1)　76-85　2014年1月

DOI： 10.1021/tx400338t 　

ISSN：0893-228X

eISSN：1520-5010
The Role of the Keap1/Nrf2 Pathway in the Cellular Response to Methylmercury 査読有り

Yoshito Kumagai, Hironori Kanda, Yasuhiro Shinkai, Takashi Toyama

OXIDATIVE MEDICINE AND CELLULAR LONGEVITY　2013　848279　2013年

DOI： 10.1155/2013/848279 　

ISSN：1942-0900
S-Mercuration of rat sorbitol dehydrogenase by methylmercury causes its aggregation and the release of the zinc ion from the active site 査読有り

Hironori Kanda, Takashi Toyama, Azusa Shinohara-Kanda, Akihiro Iwamatsu, Yasuhiro Shinkai, Toshiyuki Kaji, Makoto Kikushima, Yoshito Kumagai

ARCHIVES OF TOXICOLOGY　86　(11)　1693-1702　2012年11月

DOI： 10.1007/s00204-012-0893-4 　

ISSN：0340-5761
DNA microarray analysis of human neuroblastoma SH-SY5Y cells exposed to methylmercury 査読有り

Takashi Toyama, Eiko Yoshida, Yasuhiro Shinkai, Yoshito Kumagai

JOURNAL OF TOXICOLOGICAL SCIENCES　36　(6)　843-845　2011年12月

DOI： 10.2131/jts.36.843 　

ISSN：0388-1350

eISSN：1880-3989
Detoxification of Methylmercury by Hydrogen Sulfide-Producing Enzyme in Mammalian Cells 査読有り

Eiko Yoshida, Takashi Toyama, Yasuhiro Shinkai, Tomohiro Sawa, Takaaki Akaike, Yoshito Kumagai

CHEMICAL RESEARCH IN TOXICOLOGY　24　(10)　1633-1635　2011年10月

DOI： 10.1021/tx200394g 　

ISSN：0893-228X
Carbon monoxide derived from heme oxygenase-2 mediates reduction of methylmercury toxicity in SH-SY5Y cells 査読有り

Takashi Toyama, Yasuhiro Shinkai, Daigo Sumi, Yoshito Kumagai

TOXICOLOGY AND APPLIED PHARMACOLOGY　249　(1)　86-90　2010年11月

DOI： 10.1016/j.taap.2010.08.021 　

ISSN：0041-008X

eISSN：1096-0333
Role of aquaporin 9 in cellular accumulation of arsenic and its cytotoxicity in primary mouse hepatocytes 査読有り

Yasuhiro Shinkai, Daigo Sumi, Takashi Toyama, Toshiyuki Kaji, Yoshito Kumagai

TOXICOLOGY AND APPLIED PHARMACOLOGY　237　(2)　232-236　2009年6月

DOI： 10.1016/j.taap.2009.03.014 　

ISSN：0041-008X
Reduction of arginase I activity and manganese levels in the liver during exposure of rats to methylmercury: a possible mechanism 査読有り

Hironori Kanda, Daigo Sumi, Akiko Endo, Takashi Toyama, Cheng-Liang Chen, Makoto Kikushima, Yoshito Kumagai

ARCHIVES OF TOXICOLOGY　82　(11)　803-808　2008年11月

DOI： 10.1007/s00204-008-0307-9 　

ISSN：0340-5761
Downregulation of arginase II and renal apoptosis by inorganic mercury: overexpression of arginase II reduces its apoptosis 査読有り

Hironori Kanda, Makoto Kikushima, Shino Homma-Takeda, Daigo Sumi, Akiko Endo, Takashi Toyama, Nobuhiko Miura, Akira Naganuma, Yoshito Kumagai

ARCHIVES OF TOXICOLOGY　82　(2)　67-73　2008年2月

DOI： 10.1007/s00204-007-0244-z 　

ISSN：0340-5761

eISSN：1432-0738
Cytoprotective role of Nrf2/Keap1 system in methylmercury toxicity 査読有り

Takashi Toyama, Daigo Sumi, Yasuhiro Shinkai, Akira Yasutake, Keiko Taguchi, Kit I. Tong, Masayuki Yamamoto, Yoshito Kumagai

BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS　363　(3)　645-650　2007年11月

DOI： 10.1016/j.bbrc.2007.09.017 　

ISSN：0006-291X
Activation of the Nrf2 pathway, but decreased gamma-glutamylcysteine synthetase heavy subunit chain levels and caspase-3-dependent apoptosis during exposure of primary mouse hepatocytes to diphenylarsinic acid 査読有り

Daigo Sumi, Aiko Manji, Yasuhiro Shinkai, Takashi Toyama, Yoshito Kumagai

TOXICOLOGY AND APPLIED PHARMACOLOGY　223　(3)　218-224　2007年9月

DOI： 10.1016/j.taap.2007.06.001 　

ISSN：0041-008X

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産業財産権 6

抗ウイルス剤

外山喬士, 有澤美枝子, 斎藤芳郎, 矢▼崎▲ 雅菜, 千田大智, 赤池孝章, 松永哲郎

産業財産権の種類: 特許権
抗体模倣分子

田中俊一, 栂蓮弥, 雨坂心人, 斎藤芳郎, 外山喬士, 杉浦ひかり

産業財産権の種類: 特許権
抗ウイルス薬

外山喬士、有澤美枝子、斎藤芳郎、矢▼崎▲ 雅菜、千田大智、赤池孝章、松永哲郎

産業財産権の種類: 特許権

権利者: 外山喬士、有澤美枝子、斎藤芳郎、矢▼崎▲ 雅菜、千田大智、赤池孝章、松永哲郎
COVID-19治療剤

東光佳, 吹上知穂, 今田岐, 岸本矢誉衣, 平澤典保, 斎藤芳郎, 外山喬士

産業財産権の種類: 特許権
セレノプロテインPを標的としたグリオブラストーマ治療薬

斎藤芳郎, 外山喬士, 杉浦ひかり

産業財産権の種類: 特許権
グリオブラストーマの治療薬のスクリーニング方法、治療薬、予後判定方法

斎藤芳郎, 外山喬士, 杉浦ひかり

産業財産権の種類: 特許権

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共同研究・競争的資金等の研究課題 27

レドックスバイオミメティクスの創出ー哺乳類-植物の異生物間の抗酸化機構の活用ー

伊藤隼哉, 外山喬士, 辻井雅, 三島英換

2025年5月～ 2030年3月
脳セレン輸送機構の理解と応用による有害金属動態と毒性の制御

外山喬士

2026年4月～ 2029年3月
システインの超セレン化を介したアドホックな抗酸化活性能の獲得

外山喬士, 山越博幸

2026年4月～ 2028年3月
食品添加セレンの有用性・安全性と新規評価法に関する研究

外山喬士, 岩井美幸

2026年4月～ 2028年3月
微量元素研究に立脚した慢性疾患の分子病態解明と新規治療法の確立

斎藤芳郎, 種村健太郎, 外山喬士, 有澤琴子

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究機関：Tohoku University

2024年4月～ 2028年3月
メチル水銀結合標的分子の新規解析法開発による診断マーカーの探索

外山喬士

2024年7月～ 2027年3月
分泌タンパク質による産生細胞の直接的な代謝制御機構の解明に向けた挑戦的研究

斎藤芳郎, 外山喬士, 有澤琴子

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

研究機関：Tohoku University

2024年6月28日～ 2026年3月31日
メチル水銀無機化と重金属解毒隔離を担うセレノプロテインPの新機能

外山喬士

2023年4月1日～ 2026年3月31日
環境と生命をつなぐコバレントセンス

田口恵子, 外山喬士, 上原孝, 伊藤昭博, 武田一貴, 磯辺洋輔, 闐闐孝介

2025年6月～ 2026年3月
微量元素プロファイルに基づく宇宙空間における健康維持/ 疾患リスク管理システムの開発

斎藤芳郎, 外山喬士, 有澤琴子, 岩井美幸

2024年4月～ 2025年3月
新奇セレン含有化合物ライブラリーを⽤いた多機能性を有する感染症治療薬の創出

山本雅之, 斎藤芳郎, 外山喬士, 有澤美枝子, 田口恵子, 小林博幸

2024年4月～ 2025年3月
リンホトキシンβ受容体を介したメチル水銀による脳神経障害機構の解明

黄基旭, 山縣涼太, 外山喬士

2022年4月～ 2025年3月
Ebselen誘導体をベースとした経口抗ウイルス薬の開発

外山喬士, 斎藤芳郎, 有澤美枝子, 赤池孝章

2022年4月～ 2024年3月
血漿セレン含有タンパク質セレノプロテインＰの発現制御と糖代謝悪化メカニズムの解明

斎藤芳郎, 堤良平, 外山喬士, 三田雄一郎

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究機関：Tohoku University

2020年4月～ 2024年3月
糖尿病増悪因子セレノプロテインPのエピガロカテキンガレートによる中和作用競争的資金

外山喬士

2022年8月～ 2023年7月
含セレン化合物のミックスモード作用を介したウイルス増殖抑制剤の開発

外山喬士, 松永哲郎, 有澤美枝子

2022年7月～ 2023年3月
肝ー脳連関によるリソソーム内レドックス制御機構とメチル水銀による撹乱

外山喬士

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

研究機関：Tohoku University

2021年7月～ 2023年3月

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本研究では、リソソームに輸送されて分解される細胞外タンパク質、セレノプロテインPが、分解されるまでの間でリソソーム内で還元活性を示し、リソソームタンパク質の品質管理を行っている可能性に着目し、解明を目指している。本年度の検討では、まず、精製セレノプロテインPを培養細胞SH-SY5Yに添加することで、確かに細胞内リソソームに局在することを確認した。セレノプロテインP単体処理では、リソソームの酸性度およびリソソーム基質タンパク質の分解にはほとんど影響は認められなかったことから、一見、当初の仮説は外れたと思われた。しかし、意外なことに、精製セレノプロテインPを用いた還元活性の基質の検討から、我々は、セレノプロテインPはジチオールを用いて硫黄の付加体である超硫黄を還元する活性を見出した。細胞を超硫黄ドナー (Na2S4) で処理すると、恐らくリソソームタンパク質の超硫黄化 (現在同定法を確立中で、次年度に検討予定)に起因して、リソソームの活性が大きく落ちたが、セレノプロテインPを細胞に事前に添加しておくことで、その影響をキャンセルすることが明らかとなった。この結果は、セレノプロテインPは、リソソーム内レドックスバランスの異常事態 (ここでは超硫黄化の亢進) に対して、防御的な役割を示すことが初めて明らかにすることができた。そこで次年度では、この分子機構と、病態生理学的な意義について解明を目指したい。
重金属・微量元素の多様な変動と疾患を理解する分子病態学「疾患メタロミクス」の創成

斎藤芳郎, 外山喬士

2021年4月～ 2023年3月
生命金属と有害金属のメタル相互作用を介した生体機能撹乱

外山喬士

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

研究機関：Tohoku University

2020年4月～ 2022年3月

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昨年度までに我々は、メチル水銀によるSe-水銀化を検出する新技術 acidic-BPML (aBPML) を開発し、①メチル水銀が血漿中のSePをSe-水銀化することを明らかにしてきた。また、SePはセレンを各組織へ供給する機能があるが、②Se-水銀化したSePでは、セレン供給活性が著しく低下することを見出した。通常、SePによって細胞にセレンが供給された場合、グルタチオンペルオキシダーゼ (GPx) といった抗酸化酵素が誘導されることで酸化ストレスに対して耐性を獲得するのだが、③Se-水銀化されたSePではGPx発現低下に伴って酸化ストレス防御能が減少することが明らかとなった。しかし、SePのSe-水銀化がどのようにセレン利用を阻害しているのか、および上記のような生命金属を利用したレドックスシステムの撹乱がin vivoでも起こるのか不明である。そこで本年度では上記の解明を目指した。まず、培養細胞を用いて、SePの取り込みと分解に関わる経路にSe-水銀化SePが与える影響を検討した。その結果、Se-水銀化したSePのセレン供給活性阻害は、リソソームでの分解後、セレノシステインリアーゼによる無機セレンへの代謝阻害に起因することが初めて明らかとなった。また、メチル水銀によるセレン供給阻害は、マウスへメチル水銀を投与することでその脳内でも認められることが示された。さらに、超硫黄ドナーがSe-水銀化を解除する活性を示し、メチル水銀で低下したGPxの誘導を回復させた。以上より、Se-水銀化によるセレン利用の阻害は超硫黄によって制御される可能性が新たに明らかとなった
転写因子TCF3によるメチル水銀毒性軽減機構の解明

黄基旭, 進藤佐和子, 外山喬士

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

2019年4月～ 2022年3月

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我々は、マウスの脳内でメチル水銀によって活性される転写因子としてTCF3を同定していた。本研究では、TCF3がメチル水銀毒性に対する新規防御因子としてミトコンドリア損傷を介したアポトーシス誘導を抑制することを明らかにした。また、メチル水銀によるTCF3活性化にプロテアソームによるTCF3の分解抑制が関与することと、活性化されたTCF3はsulfiredoxin 1をコードするSRXN1遺伝子のプロモーターにリクルートされることでアポトーシス誘導を抑制することを明らかにした。さらに、メチル水銀を投与したマウスの脳内の神経細胞において選択的にTCF3とSRXN1が共に発現誘導されることが示された。
メチル水銀によるミクログリア活性化を介した中枢神経傷害作用

外山喬士

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究機関：Tohoku University

2019年4月～ 2021年3月

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本研究では、ミクログリアの活性を評価可能なマウス大脳皮質スライス培養を確立し、in vivoおよび培養細胞を組み合わせて、メチル水銀は、マウス脳内でミクログリアにおいて炎症性サイトカインであるTNF-αの発現を増加させることを見出した。また、ミクログリアから放出されたTNF-αは、神経細胞のTNFR1を介して神経細胞死を惹起することも明らかにした。また、メチル水銀によるミトコンドリアROS産生亢進を介したASK1/p38の活性化が、上記の誘導に関与することを突き止めた。以上は、中枢神経においてミクログリアと神経細胞のクロストークがメチル水銀による毒性発現に寄与することを新たに示唆している。
メチル水銀毒性発現の分子機構

永沼章, 黄基旭, 外山喬士

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

研究機関：Tohoku University

2015年5月～ 2020年3月

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我々はメチル水銀毒性に影響を与える遺伝子を網羅的にスクリーニングした結果、メチル水銀毒性増強作用を有する細胞内因子として転写因子様蛋白質tmRT1を同定し、メチル水銀によってtmRT1を介して合成誘導され細胞外に放出されるTNFαなどの細胞障害性因子が細胞毒性を発揮していることを明らかにした。本研究はこの現象の機構解明を目的としている。メチル水銀によるTNF-α発現誘導にtmRT1のみならずNF-κBも関わっており、NF-κBの構成因子であるRelBの核内レベルをメチル水銀が増加させることが判明している。RelBはp100と二量体を形成して非古典的NF-κBとして機能するが、本年度は、p100発現抑制によって、RelB発現抑制と同様に、メチル水銀によるTNF-α発現誘導が低下し、核内RelBレベルの増加も抑制されることを明らにした。今後は、欠失変異tmRT1を作製して、tmRT1とRelBの結合様式とその結合がRelBの核内レベルに与える影響を検討する予定である。tmRT1とRelBは共に大脳および小脳に特異的に発現しており肝臓や腎臓にはほとんど発現していないことも判明し、これがメチル水銀による脳選択的なTNF-α発現誘導の主要な機構であると考えられる。また、これまでtmRT1と結合する蛋白質を複数同定してきたが、本年度はメチル水銀によって核内でtmRT1との結合レベルが増加する蛋白質を５種同定することが出来た。今後は、tmRT1/RelBを介したメチル水銀によるTNF-α発現誘導機構におけるそれら結合蛋白質の役割を解析する予定である。さらに、過酸化水素等の酸化ストレス誘導剤がtmRT1の発現を誘導すると共にtmRT1高発現によってこれら酸化ストレス誘導剤の細胞毒性が増強されることが判明し、tmRT1が有する未知機能の１つが示された。
メチル水銀によって細胞外に放出される細胞増殖阻害因子の解明

外山喬士

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究機関：Tohoku University

2017年4月～ 2019年3月

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本研究により、メチル水銀によって細胞から培地中に放出される細胞増殖抑制因子を分画しLC/MSで分析したところ、4-hydroperoxynonenalが同定された。4-hydroxynonenalとメチル水銀で細胞を同時に処理すると、メチル水銀の細胞増殖抑制作用が顕著に増加したことから、本因子はメチル水銀により細胞外に放出される細胞増殖抑制因子の一つであることが明らかとなった。また、本因子はミトコンドリアの過活性化に伴う活性酸素種産生増加と、glutathione peroxidase阻害の２つの経路を介して産生が亢進することが示唆された。
プトレシンが示すメチル水銀毒性軽減作用に関わる分子機構の解明

黄基旭, 外山喬士

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2016年4月～ 2019年3月

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メチル水銀をマウスに投与するとプトレシン（ポリアミンの一種）のレベルが脳組織特異的に増加されることを見出し、この現象がメチル水銀による脳神経傷害に対する防御応答であることが明らかになった。また、メチル水銀によるプトレシンの増加にはその合成酵素であるオルニチンデカルボキシラーゼの活性上昇が関与しており、本酵素の安定性がメチル水銀によって増加されることも確認された。さらに、プトレシンはメチル水銀が引き起こすミトコンドリアの機能低下を介して誘導されるアポトーシスを抑制することでメチル水銀毒性軽減作用を示していることが明らかになった。
オートファジー調節因子Ragulator複合体によるメチル水銀毒性軽減機構

黄基旭, 高橋勉, 外山喬士

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2013年4月～ 2016年3月

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我々は、メチル水銀がオートファジーを誘導することを見出し、本作用に既知のオートファジー誘導機構が関与することなく、オートファジー抑制因子であるRagulator複合体の機能低下が関与していることを明らかにした。また、メチル水銀はRagulator複合体構成蛋白質の分解を促進させることによってその機能低下に関与していることが明らかになった。さらに、オートファジー誘導関連因子の発現を抑制したところ、細胞がメチル水銀耐性を示した。これらのことは、メチル水銀がオートファジーを過剰に誘導することによって細胞毒性を引き起こしていることを示唆している。
メチル水銀によるＳ－水銀化を介した心血管系障害

外山喬士

2012年4月～ 2015年3月

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近年の疫学調査から低濃度のメチル水銀 (MeHg) の人体への蓄積と心疾患リスクとの関与が指摘されているが、その機序は不明である。昨年度までの申請者の研究結果から、MeHgは心疾患のイニシエーターというよりもプロモーターとして関与することが示唆されており、そのメカニズムとしてミトコンドリア形態異常の関与が予想された。最終年度である本年度は、この仮説を軸に、心筋においてMeHgが引き起こすミトコンドリア分裂の機構と心不全亢進のメカニズムに関して検討を行った。 MeHg (10 ppm) を10日間自由飲水投与したマウスの心臓を電子顕微鏡により観察した結果、ミトコンドリア小胞化の亢進が示された。ミトコンドリアの小胞化 (分裂) にはDrp1の活性化が重要であり、そのCysの修飾 (S-水銀化) がMeHgによる活性化のトリガーとなることは昨年度に報告した通りであるが、実際にDrp1が活性化しているかは不明であった。そこでGTP-agaroseによるプルダウンアッセイにより、その活性化を検討したところ、NRCMおよびin vivoにおいてMeHgによるDrp1の有意な活性化が示された。MeHgによるS-水銀化の標的部位をMALDI-TOF/MSにより同定したところ、Cys624であることが明らかとなった。GFPタグ付きのDrp1のCys624のSer異体を作成しHela細胞に発現させ、MeHgによる多量体化を観察した結果、本変異体では多量体化が起こらないことが判明した。以上より、MeHgはDrp1のCys624をS-水銀化することで活性化し、ミトコンドリアの小胞化を引き起こすことを見出した。また、Drp1の阻害剤であるMdivi-1を処置した細胞では、ミトコンドリアの小胞化が抑制さると同時に、MeHgによる圧負荷による細胞死は低下した。以上、本研究から、MeHgは心筋中のDrp1のCys624と結合することで、ミトコンドリアの分裂を誘導し、それによって圧感受性が高まった結果、心疾患のプロモーターとして心不全に寄与することが世界に先駆けて明らかとなった
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

外山喬士

2010年～ 2011年

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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。

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担当経験のある科目(授業) 12

生物化学特論　東北大学
GP-Food: Food Science II "Beneficial and Harmful Minerals"　東北大学
Global Issues and Global Society – Environmental Pollution & Health Effects　筑波大学
基礎ゼミ・学問論演習「くすりを探る」　東北大学
生命薬学実習　東北大学
環境衛生学　東北大学
食品衛生学　東北大学
環境分子毒性学 (大学院講義)　徳島文理大学
自然科学総合実習　東北大学
化学概論　東北大学
環境科学実習　筑波大学
予防環境医学　筑波大学

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社会貢献活動 12

東北大学未来型医療創造卓越大学院プログラムファシリテーター教員

2026年4月1日～継続中
Representative Secretariat: The Joint Meeting of the 8th Japanese Selenium Research Society and the 13th International Symposium on Selenium in Biology and Medicine (Se2025)

2025年10月31日～
知って安心！日常生活に潜む化学物質とその健康影響 (市民公開講座)

2025年7月～
JSOT 2025 年会事務局

2025年7月～
衛生薬学・環境トキシコロジー若手研究者の会フォーラム 2024 プレシンポジウム

2024年9月2日～
衛生薬学・環境トキシコロジー若手研究者の会フォーラム 2023 プレシンポジウム

2023年9月11日～
衛生薬学・環境トキシコロジー若手研究者の会フォーラム 2022 プレシンポジウム

2022年8月29日～
大学院生のための申請書の書き方講座

2022年8月29日～
衛生薬学・環境トキシコロジー若手研究者の会フォーラム 2021 プレシンポジウム

2021年9月5日～
衛生薬学・環境トキシコロジー若手研究者の会フォーラム 2020 プレシンポジウム

2020年9月3日～
サイエンスカフェ

2019年7月12日～
第41回全国高等学校総合文化祭

2017年8月3日～

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