Molecular structure-based study on the affinity of Clostridium producing toxins to human cell surface glycolipids

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05469
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 鵜沢 浩隆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (60356566)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平塚 淳典 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 副部門長 (70392652) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 毒素 / 相互作用 / 糖脂質

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、Clostridium botulinumの生産する蛋白性神経毒素(BTX)と各種合成糖脂質との相互作用を検証することを目的としている。昨年度までに、GT1b-TOA、GM1-TOA、Lac-TOA、Glc-TOAの各糖脂質誘導体を金表面に固定化を行い、これらの検知チップを用いて、単一分子量(300kDa)の毒素実剤BTX/Eについて、水晶振動子マイクロバランス法(QCM）による結合評価を行った。又、単一分子量(51kDa)の神経毒素重鎖(BTX/A/Hc)を用い、GT1b-TOA、GM1-TOA、Lac-TOA、Glc-TOAとの結合相互作用について検証した（TOA:リポ酸）。
しかし、当該毒素重鎖(BTX/A/Hc)は、タンパク安定化のため過剰のラクトースを含有していたため、結合が阻害された可能性がある。そこで本年度は、遠心限外ろ過フィルターにより、ラクトース除去したBTX/A/Hcを用い、Glc-TOA、Lac-TOA、GM1-TOA、GT1b-TOAを固定化した各検知チップについて結合再評価を行った。
30MHz QCMにおいて、250ngのBTX/A/Hc(Lac不含)注入時、GT1b-TOA、Lac-TOAでは、104Hz、87.5 Hzの大きな周波数減少が見られた。ラクトースを除去することで、BTX/A/Hc がLacチップに結合することが明確になった。Glc-TOAでは、28.4Hzの周波数減少があった。一方、GM1-TOAでは、周波数減少は見られなかった。ヘマグルチニン活性を持たないHcにおいて、GT1b、Lac、Glcに対して明確に結合したことから、Hcの結合部位はこれらの糖脂質を認識して結合したと考えられる。本成果は、GT1bについては従前の報告通りの結果であったが、Lac、Glcについては結合しないという報告があり、興味ある知見を得た。