Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
病原性細菌は生存に必要な鉄を獲得するため、シデロフォアと呼ばれる小分子の分泌や、宿主ヘムの分解を行う。これらの機構は独立して機能すると考えられてきたが、最近我々は、結核菌などにみられるMhuD型ヘム分解酵素はシデロフォアとの協働によって初めて、完全な機能を発揮することを示唆する結果を得た。本研究では、両者の相互作用がヘム分解酵素の活性や生成物に与える影響を解明し、ヘム分解からシデロフォアを介した鉄回収までの鉄動態の解明を目指す。
本研究では病原性細菌の鉄獲得機構の１つであるヘム分解反応に注目し、「特殊なヘム分解酵素の機能解析」と「シデロフォアとの協働による反応制御の解析」を目指している。今年度はまず、黄色ブドウ球菌由来の特殊なヘム分解酵素IsdGの反応解析を行った。IsdGは生成物としてスタフィロビリン（SB）とHCHOを与えると報告されていたが、触媒的な反応条件などでは新たな生成物が得られた。大量調製した新規生成物を精製し、NMRやMS測定で構造を決定したところ、ホルミル基を保持したSB（ホルミル-SB）であることが示された。この生成物は結核菌の同型酵素（MhuD）における生成物の位置異性体にあたり、類似の反応機構が予想された。実際、MhuD型酵素での鍵中間体（水酸化ヘム）とIsdGの複合体は酸素分子と二原子酸素添加機構で反応し、ホルミル-SBが選択的に生成した。一方、水酸化ヘム-IsdG複合体と酸素分子の反応に還元剤を添加すると、ホルミル基が脱離してSBが生成した。還元依存的なSB増加とホルミル-SB減少は触媒条件でも観測され、HCHO脱離が還元によって促進されることが示された。Fe(III)-水酸化ヘム複合体は嫌気状態ではほとんど還元されなかったため、水酸化ヘムと酸素分子との反応で生じる中間体の還元が脱ホルミルのトリガーになると考えられる。また、脱ホルミル反応は酸素分子の活性化で起こることも示され、Fe(II)-開環中間体が酸素を結合・還元的に活性化する機構が示唆された。さらに、黄色ブドウ球菌で実際に進行する反応を決定するため、ヘム代謝物の決定を試みた。ヘムを唯一の鉄源としてRN4220株を培養したところ、培地中に黄色の生成物が見られ、HPLC分析ではSB異性体の生成が示唆された。今後、より詳細な解析により、特殊なヘム分解反応の生理機能解明に期待される。
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
All 2023 2022
All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results, Open Access: 1 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Invited: 1 results) Book (1 results)
J. Biol. Chem.
Volume: 299 Issue: 5 Pages: 104648-104648
10.1016/j.jbc.2023.104648
Farumashia
Volume: 59 Issue: 3 Pages: 196-200
10.14894/faruawpsj.59.3_196
