Studies on the elucidation of the transport mechanism of the soluble colonization factor using the type IV pilus formed by enteric pathogens

• Project/Area Number: 20K16245
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 49050:Bacteriology-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Oki Hiroya 大阪大学, 微生物病研究所, 特任研究員(常勤) (30845285)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 腸管病原体 / IV型線毛 / マイナーピリン / 定着因子 / コレラ菌 / 可溶性定着因子 / セクレチン / 分泌タンパク質 / 腸管系病原菌

Outline of Research at the Start

コレラ菌を含む多くの腸管系病原菌は、汚染水を介して腸管内に侵入すると、線毛と呼ばれる糸状の巨大構造物を菌体表面上に形成するとともに、分泌タンパク質を菌体外へ産生し、両者が協働することで、腸管への定着を達成している。この定着過程はヒトへの感染過程において最も重要なステップであり、定着が成立しなければ病原性を発現することはできない。本研究では、コレラ菌などのIV型線毛形成菌が、如何にしてIV型線毛システムを駆使し、定着の要となる分泌タンパク質を菌体外に産生しているのかを明らかとする。さらに構造・相互作用情報から分泌過程の阻害剤を設計することで、抗生物質に替わる全く新規の感染阻害剤の開発を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Colonization in the human intestine is the most important step in V. cholerae infection and requires not only TCP, a type IV pilus, but also TcpF, a protein secreted outside the bacteria. By interaction analysis, I showed that TcpF binds to the minor pilin TcpB present at the tip of TCP. Crystal structure analysis also revealed that the N-terminal region of TcpF binds to TcpB and TcpF is transported by TCP elongation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

コレラはヒトの腸管にコロニー形成し、激しい下痢症を引き起こす疾患であり、発展途上国を中心に甚大な被害を出している。今回、コレラ菌の病原性に重要なTCPと呼ばれる糸状構造物の機能の一端が解明された。TCPは、コレラ菌のコロニー形成に重要となる花弁のようなかたちの定着因子3分子と結合し、菌の外へ輸送する仕組みを結晶構造解析法により解明した。今回の研究成果から、定着因子の分泌を阻害し、コレラ菌の腸内でのコロニー形成を阻害するような薬剤の開発が可能になることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Structural basis for the toxin-coregulated pilus?dependent secretion of <i>Vibrio cholerae</i> colonization factor (2022)
  • Author(s): Oki Hiroya、Kawahara Kazuki、Iimori Minato、Imoto Yuka、Nishiumi Haruka、Maruno Takahiro、Uchiyama Susumu、Muroga Yuki、Yoshida Akihiro、Yoshida Takuya、Ohkubo Tadayasu、Matsuda Shigeaki、Iida Tetsuya、Nakamura Shota
  • Journal Title: Science Advances Volume: 8 Issue: 41 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1126/sciadv.abo3013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 腸管系病原菌が形成するIVb 型線毛を介した定着因子の分泌機構 (2023)
  • Author(s): 沖大也、飯森南斗、西海遥夏、丸野孝浩、内山進、松田重輝、 吉田卓也、大久保忠恭、飯田哲也、河原一樹、中村昇太
  • Organizer: 第96回日本細菌学会総会
• [Presentation] 腸管毒素原性大腸菌が分泌する可溶性定着因子の脂質膜認識機構 (2023)
  • Author(s): 飯森 南斗，沖 大也，今井 友也，松田 重輝，吉田 卓也， 大久保 忠恭，飯田 哲也，中村 昇太，河原 一樹
  • Organizer: 第96回日本細菌学会総会
• [Presentation] Structural basis for type IVb pilus-dependent secretion of the colonization factor from Vibrio cholerae (2022)
  • Author(s): Hiroya Oki, Kawahara Kazuki, Iimori Minato, Nishiumi Haruka, Maruno Takahiro, Uchiyama Susumu, Yoshida Takuya, Ohkubo Tadayasu, Matsuda Shigeaki, Iida Tetsuya, Nakamura Shota
  • Organizer: 第20回あわじ感染と免疫国際フォーラム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] コレラ菌が形成するIVb型線毛TCPを介した定着因子の分泌機構 (2022)
  • Author(s): 沖大也、飯森南斗、西海遥夏、丸野孝浩、内山進、松田重輝、吉田卓也、大久保忠恭、飯田哲也、河原一樹、中村昇太
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 腸内細菌がIVb型線毛システム依存的に分泌するタンパク質の特徴 (2022)
  • Author(s): 大嶋恵子、沖大也、飯森南斗、松田重輝、吉田卓也、大久保忠恭、飯田哲也、中村昇太、河原一樹
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] コレラ菌が形成するIV型線毛TCPの構造解析 (2021)
  • Author(s): 沖大也、河原一樹、飯森 南斗、松田重輝、 吉田卓也、大久保忠恭、飯田哲也、中村昇太
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] コレラ菌が産生する分泌タンパク質とIV型線毛の相互作用解析 (2021)
  • Author(s): 飯森 南斗、沖大也、河原一樹、松田重輝、 飯田哲也、吉田卓也、大久保忠恭、中村昇太
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会