The survival strategies of pathogenic mycobacteria in host phagocytes through ManLAM binding to glycosphingolipid

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K19592
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 中山 仁志 順天堂大学, 医療看護学部, 准教授 (70514933)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 結核菌 / ManLAM / 非病原性抗酸菌 / PILAM / 食胞成熟阻害 / ラクトシルセラミド / リピドラフト / Hck

Outline of Annual Research Achievements

リポアラビノマンナン（LAM）は全抗酸菌種に発現する菌体表面糖脂質である。また、結核菌などの病原性抗酸菌はマンノースキャップ型LAM（ManLAM）を、M. smegmatisなどの非病原性抗酸菌はホスファチジルイノシトールキャップ型LAM（PILAM）を発現しており、病原性の有無によりLAMのキャップ構造が異なる。これまでに、結核菌はManLAMを利用して、貪食細胞における食胞へのリソソーム融合を阻害（食胞成熟阻害）し、殺菌を回避することが示唆されている。しかしながら、ヒトにおける分子機構については不明であった。
本研究では、ManLAMとPILAMとスフィンゴ糖脂質との結合を検討した。その結果、各LAMはラクトシルセラミド（LacCer）と特異的に結合する一方で、α1,2マンノース側鎖を欠失したM. smegmatis変異株(ΔMSMEG_4247）由来PILAMはLacCerと結合しなかった。また、ヒト好中球はΔMSMEG_4247株由来LAMをコートしたポリスチレンビーズは貪食しなかった。抗酸菌あるいはLAMコートビーズ貪食後の食胞会合分子群について、生化学的手法と電子顕微鏡を用いて検討したところ、非病原性抗酸菌M. gordonaeあるいはPILAMビーズを含む食胞ではLacCerとSrc family kinaseのHckが共局在していたのに対し、結核菌あるいはManLAMビーズでは共局在していなかった。以上の結果から、ヒト好中球はLacCerとLAMのα1,2マンノース側鎖との結合を介して結核菌を含む抗酸菌種を貪食することが分かった。その一方で、取り込まれた結核菌は、ManLAMのマンノースキャップ構造を利用して、食胞膜上におけるLacCerの脂質ラフトとHckの会合を抑制し、食胞成熟阻害を引き起こすと考えられた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Milan(Italy)
  • Country Name: Italy
  • Counterpart Institution: University of Milan
• [Int'l Joint Research] University of Massachusetts, Amherst(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Massachusetts, Amherst
• [Journal Article] Lipoarabinomannan binding to lactosylceramide in lipid rafts is essential for the phagocytosis of mycobacteria by human neutrophils. (2016)
  • Author(s): Nakayama H, Kurihara H, Morita YS, Kinoshita T, Mauri L, Prinetti A, Sonnino S, Yokoyama N, Ogawa H, Takamori K, Iwabuchi K
  • Journal Title: Science Signaling Volume: 9 Pages: ra101-ra115
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaf1585
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fluorescence imaging of ATP in neutrophils from patients with sepsis using organelle-localizable fluorescent chemosensors. (2016)
  • Author(s): Sueyoshi K, Sumi Y, Inoue Y, Kuroda Y, Ishii K, Nakayama H, Iwabuchi K, Kurishita Y, Shigemitsu H, Hamachi I, Tanaka H
  • Journal Title: Annals of Intensive Care Volume: 6 Pages: 64-71
  • DOI: 10.1186/s13613-016-0175-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 結核菌による糖鎖-糖鎖相互作用を利用したヒト好中球からの殺菌回避機構. (2017)
  • Author(s): 岩渕和久、中山仁志、横山紀子
  • Organizer: 糖鎖免疫 Glyco-Immunology 2017
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学 Ｍ＆Ｄタワー2F 共用講義室2
  • Year and Date: 2017-01-25 – 2017-01-26
• [Presentation] 結核菌による LacCer を介した食胞成熟回避機構について. (2016)
  • Author(s): 中山仁志、横山紀子、岩渕和久
  • Organizer: 第9回セラミド研究会
  • Place of Presentation: 東京ユビキタス協創広場CANVAS
  • Year and Date: 2016-10-27 – 2016-10-28
• [Presentation] ヒト好中球におけるLPS依存性の貪食はLacCerの脂質ラフトに会合したCD14だけが関与する. (2016)
  • Author(s): 中山仁志、横山紀子、石井久美子、鹿毛まどか、栗原秀剛、岩渕和久
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [Presentation] Human neutrophils phagocytose mycobacteria through interactions between LacCer and a1,2-monomannose side branches of LAM. (2016)
  • Author(s): Nakayama H, Iwabuchi K
  • Organizer: The Society For Leukocyte Biology’s 49th Annual Meeting and “Neutrophil 2016”
  • Place of Presentation: Verona, Italy
  • Year and Date: 2016-09-15 – 2016-09-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Organization and immunological functions of Lactosylceramide-enriched lipid rafts. (2016)
  • Author(s): Iwabuchi K, Nakayama H, Yokoyama N, Ishii K
  • Organizer: The Society For Leukocyte Biology’s 49th Annual Meeting and “Neutrophil 2016”
  • Place of Presentation: Verona, Italy
  • Year and Date: 2016-09-15 – 2016-09-17
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 病原菌が免疫から逃れて寄生する仕組みを解明
  • URL: http://www.juntendo.ac.jp/news/20161011-01.html