2018 Fiscal Year Research-status Report
感染性胃腸炎を引き起こす病原性細菌のヘム・鉄代謝機構の解明
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17K05933
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
小崎 紳一 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40280581)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿座上 弘行 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40263850)
木股 洋子 (有賀洋子) 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (60255429)
永野 真吾 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60286440)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ヘム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
病原性細菌の中には生存に必須の鉄を感染宿主に存在する血中ヘモグロビンのヘムから獲得する仕組みを活用しているものがある。ヘム鉄の獲得は、(1) ヘモグロビンから遊離したヘムを菌体外に分泌されたヘモフォアがつかむプロセス (2) 外膜、内膜を膜貫通タンパクを介してヘムが通り抜けるプロセス (3) 細胞質に到達したヘムから鉄を引き抜くプロセス からなる。さらに、鉄は生存に必須であると同時に活性酸素種の発生を促進してしまうため、細胞内の鉄濃度を適正に保つための仕組みも病原性細菌は有している。本研究では、「胃腸炎の原因細菌の一種であり、通性嫌気性細菌に属するエルシニア菌のヘムならびに鉄の代謝プロセスの全容を解明し、そのプロセスを人為的に狂わせて生育、感染を阻止すること」を目的とする。
具体的には、バイオインフォマティクスの手法を用いてヘムからの鉄抽出・再利用に関与する遺伝子・タンパクを推定し、それらタンパクの発現・精製を行い、生化学的手法でその機能を同定する。次に、物理化学的手法（各種分光法や結晶構造解析の手法）を用いてタンパクが機能を示すメカニズムを解析する。そして、メカニズムをもとに機能を阻害しうる化合物を推測・探索し、阻害効果を検証する。タンパク機能の阻害を示した化合物については、実際に細菌の生育を阻害できるかどうかについても検証を行う。様々な病気や感染リスクの高い高齢者が増える社会を迎え、病原性細菌の感染を抑えることは重要な課題であり、本研究の成果を還元していくことを目標とする。
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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
これまでに、エルシニア菌では、(1) HasAと呼ばれるヘモフォアが、TyrとArgを用いてヘモグロビンからヘムを奪い取っていること (2) これまでに知られているヘムオキシゲナーゼとはアミノ酸配列も大きさも異なるHmuSと呼ばれる酵素によってヘムが好気的に２種類のbiliverdin異性体に分解されること (3) ヘムの分解に必要な電子は ferredoxin NADP+ reductaseを介してNADPHから供給されること (4) HmuSをコードしている遺伝子近傍にコードされている遺伝子がHmuSによるヘム分解物を還元する機能を持つこと などを明らかにした。そして、HasAならびにHmuSがヘムの取り込み・ヘムからの鉄の引き抜きプロセスの阻害剤のターゲットタンパクとなりうることがわかった。現在、これら遺伝子の欠損株を作成し、表現型の検証にも取り組んでいたところである。また、ヘムの酸化的分解を抑えるために抗酸化剤やその配糖体が有効である可能性を考慮し、そうした化合物の合成も実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果をもとに、HasAならびにHmuS機能を阻害する化合物の探索を行う。具体的には、(1)ヘム類似するポルフリンがHasAやHmuSの基質であるヘムと競合的阻害の検証 (2)ヘム類似する平面性疎水性化合物がHasAやHmuSの基質であるヘムと競合的阻害の検証 (3)HmuSによるヘムの分解に必要な電子供与を阻害する化合物の探索と阻害効果の検証 を行い、阻害効果を持つ化合物について阻害のメカニズムを明らかにする。さらに、阻害効果を持つ化合物を加えることで鉄欠乏環境下における細菌の生育を抑制できるかを検証する。
最終年度にあたり、29、30年度の成果も含めて総括を行う。
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| Causes of Carryover |
実験の種類を当初予定した事柄から変更したため、予定より少ない消耗品で研究を推進できた。差額は次年度に新たに行う実験の消耗品として使用することとした。
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