腸内共生細菌のべん毛が宿主免疫系の炎症誘導を免れる理由の分子レベルでの解明
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21K05369
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture |
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Principal Investigator |
梶川 揚申 東京農業大学, 応用生物科学部, 教授 (30646972)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | べん毛 / フラジェリン / 乳酸菌 / 運動性 / TLR5 / 腸内共生細菌 / 宿主-微生物間相互作用 / 腸管免疫 / Ligilactobacillus agilis |
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| Outline of Research at the Start |
腸内の微生物と宿主免疫系との相互作用は腸管内の恒常性維持において極めて重要である。広く動物腸管に共生する有べん毛乳酸菌は、宿主免疫系に認識され得るべん毛抗原「フラジェリン」を持つにも関わらず、炎症応答を惹起しにくい。本研究では、腸内共生乳酸菌のべん毛およびフラジェリンがどのように免疫系からの認識および炎症応答を回避しているかを分子レベルで明らかにすることを目的としている。実験においてはべん毛繊維を構成するフラジェリン単量体構造へのアプローチと、フラジェリンが重合したべん毛繊維の高次構造レベルでの解析を進め、それぞれの観点から免疫学的な特性を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ligilactobacillus agilisのべん毛タンパク質（フラジェリン）について、初年度は大腸菌に導入した組換えタンパク質を中心に検討を行い、仮説通り特定の３か所のアミノ酸変異が免疫学的活性に深く関わることが確認された。この結果を受け、これらのアミノ酸残基を置換した組換えL. agilisの作製に取り組んだ。あらかじめフラジェリン遺伝子（fliC2およびfliC1）を欠失した変異株にアミノ酸置換型フラジェリン遺伝子（fliC2QIR）を再導入することで組換え体を取得したが、この変異株はべん毛を形成せず、運動性を示さなかった。この組換え体にもう１コピーの野生型フラジェリン遺伝子（fliC1）を追加導入したところ、運動性を示した。べん毛を精製し、解析を行ったところ、当該組換え体はfliC2QIRとfliC1のヘテロポリマーであることが示唆された。この組換え体はTLR5を介した炎症誘導能が野生株よりも高いことが細胞実験により示された。また、マウスへの経口投与の結果、野生株を投与した場合と比較し、組換え体を投与した群では有意にべん毛特異的抗体産生誘導が促進されていた。これらの結果は、変異型フラジェリンの産生により当該組換え体の免疫原性が高くなっていることを示していた。また、この結果は本研究課題の「L. agilisはTLR5に認識されにくいフラジェリンを持っており、それが宿主との共生関係を築くうえで重要である」という仮説を支持するものであった。
L. agilisのフラジェリンは多重に糖鎖修飾を受けているが、この点についても宿主免疫系との相互作用に関わる可能性が考えられている。そこで、フラジェリン遺伝子周辺の推定糖転移酵素遺伝子について、それぞれ欠損変異株の取得を試みた。今後、これらの変異株を用いてフラジェリン糖鎖修飾への影響を調べる予定である。
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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
L. agilisがもつフラジェリンタンパク質中の特定アミノ酸残基がTLR5による認識において重要であることを、大腸菌の組換えタンパク質およびL. agilisへの変異導入により確認する計画については順調に進み、論文投稿も終えることができた。フラジェリンの糖鎖修飾に関する実験については、野生株由来のフラジェリンに含まれる糖の質量分析を行い、いくつかの候補分子を見出すことができた。遺伝子欠損変異株の取得をほぼ完了することができたが、一部の変異株が産生するフラジェリンタンパク質の抽出が容易ではなく、今後の解析に遅れが出る懸念がある。また、一部の変異株についてはべん毛形成自体が観察されなくなることから、その遺伝子機能を明らかにすることは難しいと思われる。遺伝子組換え体や遺伝子欠損変異株の取得が進捗を左右するが、これについてはほぼ終えることができているため、全体としては概ね順調と思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度となるため、可能な限り研究成果をまとめられる形にできるような実験データの取得を目指す。糖鎖修飾がべん毛繊維およびフラジェリンにどのような影響を与えるかを調べることが主な仕事となる。具体的には糖転移酵素遺伝子欠損変異株の表現型を調べ、フラジェリンに含まれる糖鎖分子の解析を行う。また、各変異株由来のべん毛を精製し、糖鎖修飾がべん毛の安定性に与える影響を調べる。作製が可能であればフラジェリンのアミノ酸置換と糖鎖の欠失を同時に行った組換えL. agilisを作製し、動物実験によりその免疫原性を調べることで、それぞれの要因がL. agilisと宿主の共生関係に重要なものであることを示す。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
