細菌感染によるオートファジーと細胞死の生理機能解析

• Project/Area Number: 12J06919
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Morphological basic dentistry
• Research Institution: Kyoto University (2014); Tokyo Medical and Dental University (2012-2013)
• Principal Investigator: 相川 知宏 京都大学, 医学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,630,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2012: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: オートファジー / 細胞死 / Bclファミリー分子群 / Beclin1 / A群レンサ球菌 / 細菌感染 / Bclファミリー分子

Outline of Annual Research Achievements

当該研究では、細菌感染時のオートファジーと細胞死の双方の誘導に関わる分子として、細胞死制御因子であるBclファミリー分子群に着目し、A群レンサ球菌（GAS）感染時の細胞死とオートファジーの解析を行った。
栄養飢餓時のオートファジー誘導には、Beclin1やVps34等が複合体を形成する必要があるが、Beclin1にはBclファミリー分子のBcl-2が結合することが明らかとなっており、Bcl-2強発現細胞ではBeclin1へのBcl-2の競合的結合により、複合体形成とオートファジー誘導が抑制される。
しかし、GAS感染時のBcl-2強発現細胞では、細胞死の誘導は抑制されたが、オートファジーの誘導は抑制されなかった。一方、Bcl-2と同じ細胞死抑制因子であるBcl-xL、Bcl-w、Bcl2A1強発現細胞では細胞死とオートファジーの両者が抑制された。
次にBclxLの欠損細胞を作製し、本分子の内因性レベルでのオートファジーに対する影響を評価した。欠損細胞ではオートファジー誘導が促進されるという予測に反し、オートファジー誘導の抑制と細胞内生菌数の増加が観察された。ただし、形成されるオートファゴソームは通常の環状構造でなく、環が閉じ切っていない不完全なもの、あるいは環状構造ではない凝集体も多数認められた。
同様に、オートファジー誘導能をBeclin1欠損細胞において評価した。オートファゴソームの数や大きさに差はなかったが、断片化したオートファゴソームが見られるなど形成異常が生じていることが示唆された。興味深いことに、Beclin1欠損細胞においてはGASの細胞侵入数が顕著に減少していた。
以上より、細菌感染時には栄養飢餓時とは異なるBcl分子がオートファジーの誘導を制御していること、Beclin1がGASの細胞内侵入ならびに部分的なオートファジー誘導を制御していることが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Intraindividual variation in core microbiota in peri-implantitis and periodontitis. (2014)
  • Author(s): N. Maruyama, F. Maruyama, Y. Takeuchi, C. Aikawa, Y. Izumi, I. Nakagawa.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 6602-6602
  • DOI: 10.1038/srep06602
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] New insights from infection-specific gene expression network. (2014)
  • Author(s): H. Abe, C. Aikawa, A. Nakabachi, M. Miyakoshi, F. Maruyama.
  • Journal Title: Nihon Saikingaku Zasshi Volume: 69 Pages: 539-546
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rab17-mediated recycling endosomes contribute to autophagosome formation in response to Group A Streptococcus invasion. (2014)
  • Author(s): B. Haobam, T. Nozawa, A. Minowa-Nozawa, M. Tanaka, S. Oda, T. Watanabe, C. Aikawa, F. Maruyama, I. Nakagawa.
  • Journal Title: Cellular Microbiology Volume: 16 Issue: 12 Pages: 1806-1821
  • DOI: 10.1111/cmi.12329
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Comparative genome analysis and identification of competitive and cooperative interactions in a polymicrobial disease. (2014)
  • Author(s): A. Endo, T. Watanabe, N. Ogata, T. Nozawa, C. Aikawa, S. Arakawa, F. Maruyama, Y. Izumi, I. Nakagawa.
  • Journal Title: ISME Journal Volume: 9 Issue: 3 Pages: 629-642
  • DOI: 10.1038/ismej.2014.155
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The staphylococcal elastin-binding protein regulates zinc-dependent growth/biofilm formation. (2014)
  • Author(s): M. Nakakido, C. Aikawa, I. Nakagawa, K. Tsumoto.
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 156 Issue: 3 Pages: 155-162
  • DOI: 10.1093/jb/mvu027
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Endogenous nitrated nucleotide is a key mediator of autophagy and innate defense against bacteria. (2013)
  • Author(s): Ito C, Saito Y, Nozawa T, Fujii S, Sawa T, Inoue H, Matsunaga T, Khan S, Akashi S, Hashimo to R, Aikawa C, Takahashi E, Sagara H, Komatsu M, Tanaka K, Akaike T, Nakagawa I, Arimoto H.
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: VOL.52 Pages: 794-804
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CRISPR regulation of intraspecies diversification by limiting IS transposition and intercellular recombination. (2013)
  • Author(s): Watanabe T, Nozawa T, Aikawa C, Amano A, Maruyama F, NakaRawa I.
  • Journal Title: Genome Biology and Evolution Volume: VOL.5 Pages: 1099-1114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complete genome sequence of a Propionibacterium acnes isolate from a sarcoidosis patient. (2013)
  • Author(s): Minegishi K, Aikawa C, Furukawa A, Watanabe T, Nakano T, Ogura Y, Ohtsubo Y, Kurokawa K, Hayashi T, Maruyama F, Nakagawa I, Eishi Y
  • Journal Title: Genome Announcement Volume: 1 Issue: 1 Pages: 16-12
  • DOI: 10.1128/genomea.00016-12
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Complete genome sequence of the serotype k Strept ococcus mutans strain LJ23. (2012)
  • Author(s): Aikawa C, Furukawa N, Watanabe T, Minegishi K, Furukawa A, Eishi Y, Oshima K, Kurukawa K, Hattori M, Nakano K, Maruyama F, Nakagawa I, Ooshima T
  • Journal Title: Journal of Bacteriology Volume: 194 Issue: 10 Pages: 2754-2755
  • DOI: 10.1128/jb.00350-12
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 細菌感染特異的オートファジーにおけるBeclin1の役割 (2015)
  • Author(s): 相川知宏、野澤孝志、中島慎太郎、今村拓郎、丸山史人、中川一路
  • Organizer: 第88回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 長良川国際会議場
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-28
• [Presentation] 発現解析に基づいた選択的オートファジーに対抗するA群レンサ球菌遺伝子の同定 (2014)
  • Author(s): 相川知宏, 野澤孝志, 郷田瑛, 丸山史人, 中川一路
  • Organizer: 第87回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京都江戸川区)
  • Invited
• [Presentation] オートファジー回避に関与するA群レンサ球菌遺伝子の同定 (2013)
  • Author(s): 相川知宏、野澤孝志、郷田瑛、丸山史人、中川一路
  • Organizer: 第86回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場(千葉県)
• [Presentation] Discovery of Streptococcus pyogenes genes contributing to evasion of autophagic degradation system (2012)
  • Author(s): Chihiro Aikawa, Takashi Nozawa, Takayasu Watanabe, Akira Goda, Takashi Ode, Fumito Maruyama, Ichiro Nakagawa
  • Organizer: 第11回あわじしま感染症・免疫フォーラム
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)
• [Remarks] 東京医科歯科大学 大学院医歯学総合研究科 細菌感染制御学分野ホームページ
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/grad/bac/