ボツリヌス毒素の体内侵入に関わる小腸上皮細胞への結合機序の解明
| Project/Area Number |
11J10275
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Bacteriology (including Mycology)
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
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Principal Investigator |
犬井 健 東京農業大学, 生物産業学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2011 – 2012
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2012)
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| Budget Amount *help |
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
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| Keywords | ボツリヌス毒素複合体 / 小腸上皮細胞 / 受容体 / 免疫沈降 / 糖認識 / 小角X線散乱 / 溶液構造 / 結晶化 / X線解析 / 糖結合部位 |
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| Research Abstract |
食中毒の原因物質であるボツリヌス毒素は、汚染食品中で5種類のタンパク質成分(BoNT、NTNHA、HA-70、HA-33、HA-17)から構成される毒素複合体として存在する。経口摂取されたボツリヌス毒素複合体は、おもにHA-33の糖認識能により小腸上皮細胞表面の受容体糖鎖に結合し、体内へ侵入すると考えられているが、その結合機序は明らかにされていない。本年度は、小角X線散乱法(SAXS)を用い、3種類の単糖(N-アセチルノイラミン酸、ガラクトース、グルコース)非存在下および存在下におけるボツリヌスD型菌4947株由来HA-33/HA-17複合体の溶液構造を解析した。HA-33/HA-17複合体の結晶構造は、球状をした1分子のHA-17にダンベル状のHA-33が2分子結合し、V字型をしている。SAXS解析の結果、糖非存在下で、HA-33/HA-17複合体は"く"の字型をしており、HA-33/HA-17複合体の結晶構造を当てはめた結果、2分子のHA-33分子がHA-17を支点として折れ曲がっていると推測された。一方、糖存在下では、2分子のHA-33分子がHA-17を支点として左右に大きく開いた形、あるいはHA-33とHA-17が一直線状に伸びた形をしていると推測された。この様に、HA-33/HA-17複合体の溶液構造は糖の存在の有無によって明らかに異なった。このことから、ボツリヌス毒素複合体が小腸上皮細胞表面の糖鎖に結合する際に、HA-33/HA-17複合体の溶液構造が変化することが示唆された。さらに、NTNHAおよびHA-33を試料に用い、ラット小腸上皮細胞から抽出した膜タンパク質と混合後、免疫沈降を行い、受容体の可能性があるタンパク質のバンドをSDS-PAGE上で検出した。これらの研究実績は、ボツリヌス毒素の体内侵入に関わる小腸上皮細胞への結合機序の解明に寄与する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度、ボツリヌス毒素複合体の小腸上皮細胞への結合を促進する働きをもつHA-33/HA-17複合体の溶液構造が糖非存在下と糖存在下で異なることを明らかにした。このことにより、ボツリヌス毒素複合体が小腸上皮細胞表面の糖鎖に結合する際、HA-33/HA-17複合体の溶液構造が変化することが示唆された。このほか、免疫沈降法を種々の条件で行い、NTNHAおよびHA-33の受容体と考えられるタンパク質のバンドをSDS-PAGE上で検出した。これらの研究成果は、ボツリヌス毒素の体内侵入に関わる小腸上皮細胞への結合機序の解明に寄与する。
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| Strategy for Future Research Activity |
小腸上皮細胞から受容体タンパク質の大量抽出を行い、N末端アミノ酸配列解析によってNTNHAおよびHA-33の受容体を特定する。また、糖鎖アレイ解析を行い、NTNHAおよびHA-33が認識する糖鎖構造を決定する。
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Report
(2 results)
Research Products
(33 results)
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[Journal Article] Random phage display based screening of peptides that bind to botulinum neurotoxin binding protein, nontoxic nonhemagglutinin.2013
Author(s)
Sagane Y, Miyata K, Kurihara S, Yoneyama T, Inui K, Miyashita S, Hayashi S, Suzuki T, Niwa K,
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Journal Title
Current Microbiology
Volume: (Online)
Issue: 2
Pages: 188-192
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Small-angle X-ray scattering reveals structural dynamics of the botulinum neurotoxin associating protein, nontoxic nonhemagglutinin.2012
Author(s)
Sagane Y, Miyashita S, Miyata K, Matsumoto T, Inui K, Hayashi S, Suzuki T, Hasegawa K, Yajima S, Yamano A, Niwa K, Watanabe T.
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Journal Title
Biochemical and Biophysical Research Communications
Volume: 425
Issue: 2
Pages: 256-260
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Toxic and nontoxic components of botulinum neurotoxin complex are evolved from a common ancestral zinc protein2012
Author(s)
Inui, K., Sagane, Y., Miyata, K., Miyashita, S., Suzuki, T., Sikamori, Y., Ohyama, T., Niwa, K., Watanabe, T.
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Journal Title
Biochemical and Biophysical Research Communications
Volume: 419
Issue: 3
Pages: 500-504
DOI
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[Journal Article] Crystallization and preliminary X-ray analysis of the Clostridium botulinum type D nontoxic nonhaemagglutinin2012
Author(s)
Miyata, K., Inui, K., Miyashita, S., Sagane, Y., Hasegawa, K., Matsumoto, T., Yamano, A., Niwa, K., Watanabe, T., Ohyama, T.
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Journal Title
Acta Crystallographica Section F
Volume: 68
Issue: 2
Pages: 227-230
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Characterization of sugar recognition by the toxin complex produced by Clostridium botulinum serotype C variant strain Yoichi2011
Author(s)
Matsuo, T., Miyata, K., Inui, K., Ito, H., Horiuchi, R., Suzuki, T., Yoneyama, T., Oguma, K., Niwa, K., Watanabe, T., Ohyama, T.
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Journal Title
FEMS Immunology Medicul Microbiology
Volume: 63
Issue: 1
Pages: 35-43
DOI
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Peer Reviewed
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[Journal Article] HA-33 facilitates transport of the serotype D botulinum toxin across a rat intestinal epithelial cell monolayer2011
Author(s)
Ito, H., Sagane, Y., Miyata, K., Inui, K., Matsuo, T., Horiuchi, R., Ikeda, T., Suzuki, T., Hasegawa, K., Kouguchi, K., Oguma, K., Niwa, K., Ohyama, T., Watanabe T.
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Journal Title
FEMS Immunology Medicul Microbiology
Volume: 61
Issue: 3
Pages: 323-331
DOI
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[Presentation] Structural dynamics of hemagglutinin complex in botulinum serotype D toxin complex.2012
Author(s)
Inui K, Sagane Y, Matsumoto T, Miyashita S, Miyata K, Hayashi S, Kawane T, Kurihara S, Kano S, Suzuki T, Hasegawa K, Yamano A, Niwa K, Watanabe T
Organizer
Congress 22^<nd> IUBMB&37^<th> FEBS
Place of Presentation
Sevilla (Spain)
Year and Date
2012-09-05
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Sagane Y, Miyata K, Matsumoto T, Inui K, Miyashita S, Hayashi S, Kano S, Kurihara S, Kawane T, Suzuki T, Hasegawa K, Yamano A, Niwa K, Watanabe T.
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Congress 22^<nd> IUBMB&37^<th> FEBS
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Sevilla (Spain)
Year and Date
2012-09-05
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Miyashita S, Sagane Y, Miyata K, Inui K, Kurihara S, Kano S, Hayashi S, Kawane T, Suzuki T, Niwa K, Watanabe T.
Organizer
Congress 22^<nd> IUBMB&37^<th> FEBS
Place of Presentation
Sevilla (Spain)
Year and Date
2012-09-05
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