イミペネムに特異的な透過孔を形成する緑膿菌ポ-リンOprD2の透過特性

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05454195
• Research Institution: Tokai University School of Medicine
• Principal Investigator: 中江 太治 東海大学, 医学部, 教授 (50102851)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石井 純子 東海大学, 医学部, 研究員 (20212813) ; 米山 裕 東海大学, 医学部, 助手 (10220774) ; 良原 栄策 東海大学, 医学部, 助教授 (70167063)
• Keywords: 緑膿菌 / 人工膜 / 膜蛋白質 / 外膜 / チャンネル / ポ-リン / 抗生物質 / 薬剤耐性

Research Abstract

緑膿菌は多くの抗生物質に耐性を示すことから病院内感染起因菌として問題である。緑膿菌が問題となるのはこの菌の外膜を介して抗生物質の透過性が悪いことにある。緑膿菌に強い抗菌活性を示すイミペネムに対する耐性菌の多くは外膜ポ-リンproteinD2(D2)が欠損している。そこで本研究では緑膿菌外膜蛋白D2の透過特異性の研究を中心として、抗生物質の膜透過性のメカニズムを明らかとすることを目的とした。平面脂質二重膜を0.1MNaCl中で形成し、これに高度に純化されたD2を添加すると約100pSの電気伝導度を示し、チャンネルは開閉を繰り返す。そこでこの状態の膜にイミペネムを添加すると、イミペネムの濃度が0.7mMより高くなるにつれてD2チャンネルの開の頻度が減少し、またチャンネル伝導度が低下することが明らかとなった。約4mMのイミペネムではD2チャンネルはほぼ完全に近く閉じた。このことはイミペネムがproteinD2チャンネルと結合したことを示すものである。次にD2のイミペネムに対する特異性がどの様に決定されているかを考え、もしかしたら蛋白分解酵素と同じような作用ではないかと考えた。そこで高度に精製されたD2をプロテアーゼ基質と混合して基質の分解を調べたところD2は活性は弱いもののセリンプロテアーゼ活性を有していることがわかった。チャンネル蛋白質に酵素活性が発見されたのはこの例が世界で初めてである。これらの結果はカルバペネム抗生物質の細胞膜透過性のメカニズムを明らかとしたのみならず、D2蛋白質の基質特異性決定のメカニズム、及び機能を解明したものである。

Research Products

• [Publications] Ishii,J.and Nakae,T.: "Lipopolysaccharide promoted opening of the porin channel" FEBS Letters.320. 251-255 (1993)
• [Publications] Yoneyama,H.and Nakae,T.: "Mechanism of efficient elimination of protein D2 in outer membrane of imipenem-resistant Pseudomonas aeruginosa" Antimicrobial Agents and Chemotherapy.37. 2385-2390 (1993)
• [Publications] Yoshihara,E.and Nakae,T.: "Calcium ion-mediated opening of the channel gate in the Pseudomonas aeruginosa porin" Biochemical Biophysical Research Communications. 194. 1460-1465 (1993)
• [Publications] 中江 太治: "細胞内への薬剤透過性の低下と細胞内からの薬剤排出による薬剤耐性" 細胞工学. 13. 903-910 (1994)
• [Publications] 中江太治: "病原菌の薬剤耐性" 橋本一、井上松久編, 36 (1993)
• [Publications] 中江太治: "緑膿菌-その基礎と臨床-" 橋本一編, 10 (1993)