環境分子応答におけるヘム  [in Japanese] Heme as a signaling molecule under environmental stress  [in Japanese]

Access this Article

Author(s)

    • 小川 和宏 OGAWA Kazuhiro
    • 東北大学大学院医学系研究科分子生物学分野 Department of Molecular Biology and Applied Physiology, Tohoku University School of Medicine
    • 柴原 茂樹 SHIBAHARA Shigeki
    • 東北大学大学院医学系研究科分子生物学分野 Department of Molecular Biology and Applied Physiology, Tohoku University School of Medicine
    • 藤田 博美 FUJITA Hiroyoshi
    • 北海道大学大学院医学研究科環境医学分野 Laboratory of Enveronmental Biology, Hokkaido University School of Medicine

Abstract

無酸素環境下で誕生した地球上の生命は,光合成生物の出現により発生した大気中の酸素濃度に適応して進化してきた.酸素は生物にとって有害物質であり,有酸素環境への適応には酸素を結合するヘムが中心的役割を果たしてきたと考えられる.哺乳類におけるヘムはヘモグロビンやチトクロムP-450の補欠分子族として知られているが,近年ヘムが酸素センサーであることや,ヘムの分解産物ビリルビンが抗酸化作用を持つことが示され,ヘムが環境応答に深く関与していることが明らかになってきた.低酸素ではヘムタンパクである酸素センサーがそれを検知して,転写因子hypoxia inducible factor-1(HIF-1)が活性化し,エリスロポエチン(EPO)などの遺伝子発現を誘導すると考えられており,ヘムを含んだ酸素センサー分子の同定と,その下流にあるシグナルの流れについての詳細な解明が期待される.ところでヘム分解の律速酵素HOの誘導性アイソザイムHO-1も低酸素で誘導される遺伝子の1つであるが,そのほかに基質であるヘム,熱ショック,金属等の様々なストレス刺激によっても誘導され,これは酸化的ストレスに対する生体防御反応と考えられている.今年報告されたHO-1欠損症では貧血,血清中のヘム高値,ビリルビン低値,組織への鉄沈着,血管内皮傷害が見られ,ノックアウトマウスの所見と共通点が多かった.in vivoでのこれらの結果から,HO-1は触媒機能以外に,ストレス応答や鉄の再利用にも必要であることが明らかになった.酸素センサーや抗酸化作用などのヘムの新しい機能に注目して環境応答機構を詳しく解析することで,酸素や酸化的ストレスに関連する環境-遺伝子相互作用や,その異常による疾患の発症機序が解明されていくものと期待している.

One of the most remarkable revolutions during the history of animal kingdom is the adaptation to oxygen, a highly toxic gas produced by plants. Based on the high affinitiy of heme toward oxygen, it has been believed that heme itself and/or hemoprotein should play significant roles in the prosesses of adaptation. Recently, two novel functions of heme and its metabolites were identified; namely, hemoprotein is an oxygen sensor and biliverdin and bilirubin, catabolites of heme, are antioxidants. Thus, heme is a key molecule in the responses to environmental stress, including oxygen. Although activation of hypoxia inducible factor-1, which induces expression of genes encoding erythropoietin and heme oxygenase (HO-1), is generally accepted to be controlled by oxygen sensor, the precise signaling pathway has not yet been well elucidated. Various stresses such as hypoxia are known to activate the HO-1 gene, the key enzyme of heme degradation, resulting in the marked conversion of pro-oxidant (heme) into its antioxidative catabolites. The induction is, therefore, supposed to have protective effects. Recent reports on HO-1 deficiency also support this hypothesis that the activation of the HO-1 gene is one of the most important defense mechanisms against environmental stress.

Journal

  • Folia Pharmacologica Japonica

    Folia Pharmacologica Japonica 114(5), 255-264, 1999-11-01

    The Japanese Pharmacological Society

References:  54

Codes

  • NII Article ID (NAID)
    10008182171
  • NII NACSIS-CAT ID (NCID)
    AN00198335
  • Text Lang
    JPN
  • Article Type
    REV
  • ISSN
    00155691
  • NDL Article ID
    4887261
  • NDL Source Classification
    ZS51(科学技術--薬学)
  • NDL Call No.
    Z19-247
  • Data Source
    CJP  NDL  J-STAGE 
Page Top