| Project/Area Number |
23K18214
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 49:Pathology, infection/immunology, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中川 一路 京都大学, 医学研究科, 教授 (70294113)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹本 訓彦 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, その他部局等, 上級研究員 (40546793)
小川 道永 国立感染症研究所, 細菌第一部, 室長 (80361624)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | A群レンサ球菌 / 劇症型レンサ球菌感染症 / オートファジー / ゲノム変異 / レンサ球菌感染症 / ヘテロジェナイティ / 侵襲性感染症 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、体内環境への侵入に伴う多様性形成機序と体内外での選択圧変化による劇症型株のセレクションに焦点を当て、劇症型感染症の発症要因を様々な細胞内侵入性細菌が持つヘテロジェナイティ誘導に関わる因子と、宿主側の細胞内での環境変化がヘテロジェナイティ誘導に関わる因子の双方の解析から劇症型菌株の発生機構を解明することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、細菌が宿主内での環境変化に適応して高病原化するポピュレーションダイナミクスについて、その制御を担う制御メカニズムとしてエピゲノム制御機構に着目し、高病原する新たなメカニズムを探査・解明することを目的としている。A群レンサ球菌感染では、通常咽頭炎や皮膚の化膿性疾患が主な疾患であるが、散発的に非常に侵襲性の高い劇症型感染症を引き起こすなど多彩な病態を示すことが特徴である。また、劇症型感染症は、特定の劇症型株が流行するのではなく散発的に発生することや、これまでのゲノム比較解析の情報などから通常の咽頭炎由来株が、生体内で何らかの原因によってゲノムのある領域に変異を起こすことで機能欠損体となり、様々な病原因子の過剰産生を起こすことで高病原化し、より侵襲性の高い疾患を引き起こすことが示唆されている。しかし、生体内でそのような変異が、いつ、どのように起きるのかについては明らかとされていない。そこで、本研究では、細菌のゲノムの特定の領域特異的に変異を起こすメカニズムについて、1) DNA修飾が単に部位特異的な修飾によって遺伝子発現の変化を誘導するだけでなく、変異導入を誘発することで高病原化を促すのか 2) 宿主生体内ではゲノム変異が高頻度で誘発されるのか、またそれがどこで起きるのか 3) 変異を誘発するような外的刺激は存在するのか、の３点について明らかとする。そのためA群レンサ球菌の種々の遺伝子欠失体・変異体・再導入体を駆使してin vivo（マウス感染系）とiPSオルガネラを用いた感染実験系によりメチル化と変異の頻度を解析し、また１分子リアルタイム測定によるミスマッチ直接検出法を導入することで実際の生体内により近い状況でエピゲノミックな変化が変異導入に関わるのかどうかを明らかにする。
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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
細菌の病原性を大きく変化させる機構は、外来性遺伝子の獲得による構成遺伝子の変化だけでなく、点変異による遺伝子の変化やゲノム構造の変化を伴うリレンジメントなど様々な要因が考えられる。そのため、「病原性の変化」を遺伝子の違いから類推することが現在の細菌学の主流な研究スタイルとなってきた。しかし、同じゲノム配列であっても、Epigeneticな変化によって病原性が変化することが報告されてきており、従来の解析だけでは病原性の発揮メカニズムを説明できない。細菌において、DNAのメチル化は外来性遺伝子に対する免疫システムである制限・修飾系以外にも、複製開始制御やDNAミスマッチ修復システムへの寄与が知られている。また、メチル化は遺伝子発現制御に関わり、近年、一部の細菌では集団内でメチル化パターンの異なる亜集団を持つことで様々なストレス環境下での生存確率を制御あるいは異なる役割を分担させるといった高度な生存戦略を取ることが明らかとなってきた。しかし、この亜集団の出現、すなわちポピュレーションダイナミクスが「偶然に」発生するのか、それとも外的要因によって、「特異的に」起こり得るのか、という点についても、十分な見解は蓄積されていない。本年度は、その点に注目し、in vitroでの感染系によって得られた200株以上の変異体のゲノム解析を行った。その結果、これまで報告されているcovR/S変異体以外での劇症型に関わる変異について明らかとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
in vivoにおけるDNA修飾による遺伝子発現変化とゲノム変異導入の解析（中川、竹本）
N6-methyladenine (m6A), N4-methylcytosine (m4C), 5-methylcytosine modifications (m5C)のDNAメチル化酵素(MTase)の遺伝子欠失株・置換株・導入株を作製し感染実験系にてPacBio SMRT sequencingによってメチル化部位の同定・メチル化頻度測定、変異率測定を行うとともに回収した菌の変異体頻度測定の結果を総合することで、ポピュレーションダイナミクスの観点から解析する。
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