Characterization of commensal colibactin-producing Escherichia coli isolated from colorectal cancer patients

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K08841
• Research Institution: Nippon Veterinary and Life Science University
• Principal Investigator: 吉川 悠子 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 講師 (00580523)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三好 規之 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 准教授 (70438191)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 大腸菌 / 腸内細菌 / コリバクチン

Outline of Annual Research Achievements

コリバクチンはポリケタイド合成酵素および非リボソームペプチド合成酵素生合成経路により産生される二次代謝化合物である。19遺伝子からなるコリバクチン生合成遺伝子クラスターを保有する大腸菌は人の腸内細菌叢の構成菌として検出されることがある。コリバクチンはその構造から、宿主DNAの二本鎖切断や細胞分裂における染色体分配異常を引き起こす遺伝毒性物質として作用し、細胞老化から大腸発がんの誘導に関与すると考えられている。本研究では、外科的に切除した日本人大腸がん患者14名の大腸の腫瘍組織からコリバクチン生合成遺伝子群陽性の大腸菌327株を分離同定し、菌株間の遺伝的多様性の解析とin vitroでのコリバクチン産生能力をコリバクチン生合成の副生成物であるN-ミリスチルアスパラギン酸(N-myr-Asn)産生量で比較することを試みた。その結果、溶血毒であるヘモリシンを保有している菌株が有意に腫瘍組織から分離され、かつヘモリシン保有株のN-myr-Asn産生量が有意に多いことが分かった。そこで、コリバクチン生合成遺伝子のうち、コリバクチン生合成に直接係わるclbB、clbHおよびclbP、遺伝子クラスターの発現に関与すると考えられているclbR、コリバクチンから菌体を保護するclbSの5遺伝子の発現を比較したが、ヘモリシンの有無によるコリバクチン生合成遺伝子発現に有意な違いは見られなかった。一方、培養細胞への感染実験では、ヘモリシン保有株を感染させた細胞の方が細胞の大きさが有意に巨大化し、コリバクチンによる細胞老化作用の影響が大きく現れた。よって、ヘモリシン保有株の方が、菌体から分泌されるコリバクチン量が多く、宿主細胞に対してより強い遺伝毒性を示す可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Unique response characteristics in persistent strains of Listeria monocytogenes exposed to low pH. (2020)
  • Author(s): Yoshitsugu Ochiai, Yuko Yoshikawa, Mariko Mochizuki, Takashi Takano and Fukiko Ueda.
  • Journal Title: Food Microbiology Volume: 86 Pages: 103312
  • DOI: 10.1016/j.fm.2019.103312
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intracellular proliferation of Anaplasma phagocytophilum is promoted via modulation of endoplasmic reticulum stress signaling in host cells. (2020)
  • Author(s): Yuko Yoshikawa, Kei Sugimoto, Yoshitsugu Ochiai and Norio Ohashi.
  • Journal Title: Microbiology and Immunology Volume: 64 Pages: 270-279
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genotyping of a gene cluster for production of colibactin and in vitro genotoxicity analysis of Escherichia coli strains obtained from the Japan Collection of Microorganisms. (2020)
  • Author(s): Masanobu Kawanishi, Chiaki Shimohara, Yoshimitsu Oda, Yuuta Hisatomi, Yuta Tsunematsu, Michio Sato, Yuichiro Hirayama, Noriyuki Miyoshi, Yuji Iwashita, Yuko Yoshikawa, Haruhiko Sugimura, Michihiro Mutoh, Hideki Ishikawa, Keiji Wakabayashi, Takashi Yagi and Kenji Watanabe.
  • Journal Title: Genes and Environment Volume: 42 Pages: 12
  • DOI: 10.1186/s41021-020-00149-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elevated levels of proinflammatory volatile metabolites in feces of high fat diet fed KK-Ay mice. (2020)
  • Author(s): Misaki Uchikawa, Mai Kato, Akika Nagata, Shunsuke Sanada, Yuto Yoshikawa, Yuta Tsunematsu, Michio Sato, Takuji Suzuki, Tsutomu Hashidume, Kenji Watanabe, YukoYoshikawa and Noriyuki Miyoshi.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 5681
  • DOI: 10.1038/s41598-020-62541-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intestinal microbial metabolite stercobilin involvement in the chronic inflammation of ob/ob mice. (2020)
  • Author(s): Shunsuke Sanada, Takuji Suzuki, Akika Nagata, Tsutomu Hashidume, Yuko Yoshikawa and Noriyuki Miyoshi.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 6479
  • DOI: 10.1038/s41598-020-63627-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Wheat bran intake enhances the secretion of bacteria-binding IgA in a lumen of the intestinal tract by incrementing short chain fatty acid production through modulation of gut microbiota. (2020)
  • Author(s): Konosuke Matsuzaki, Katsuki Iwai, Yuko Yoshikawa, Yuko Shimamura, Noriyuki Miyoshi, Shigeru Hiramoto, Kenichi Asada, Ryuuta Fukutomi, Hongru Su and Norio Ohashi
  • Journal Title: Natural Product Communications Volume: 15 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1177/1934578X20917791
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic variation of mitochondrial DNA in Phalacrocorax carbo in Japan. (2020)
  • Author(s): Yoshitsugu Ochiai, Yuko Yoshikawa, Takashi Takano, Makoto Mori, Ryo Hondo, Mariko Mochizuki, Fukiko Ueda.
  • Journal Title: Journal of Veterinary Medical Science Volume: 82 Pages: 735-739
  • DOI: 10.1292/jvms.19-0360
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of colibactin-producing Escherichia coli isolated from Japanese patients with colorectal cancer. (2020)
  • Author(s): Yuko Yoshikawa, Yuta Tsunematsu, Nobuo Matsuzaki, Yuichiro Hirayama, Fumi Higashiguchi, Michio Sato, Yuji Iwashita, Noriyuki Miyoshi, Michihiro Mutoh, Hideki Ishikawa, Haruhiko Sugimura, Keiji Wakabayashi and Kenji Watanabe.
  • Journal Title: Japanese Journal of Infectious Diseases Volume: 73 Pages: 437-442
  • DOI: 10.7883/yoken.JJID.2020.066
  • Peer Reviewed