2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of biological functions and synthetic machinery of bacterial glucuronic acid-containing glycolipids
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19H02888
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
沖野 望 九州大学, 農学研究院, 准教授 (90363324)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
角田 佳充 九州大学, 農学研究院, 教授 (00314360)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | グルクロノシルセラミド / αーガラクトシルセラミド / グルクロノシルジアシルグリセロール / グルコシルジアシルグリセロール / 糖転移酵素 / Sphingobium yanoikuyae / Bacteriodes fragilis / 緑膿菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細菌由来の複合糖脂質はバリア機能などの重要な役割を有すると共に、感染時に宿主の免疫系を活性化することから、その構造や生物機能に関する研究がなされている。本研究では、緑膿菌がリン欠乏時に合成するグリセロ糖脂質の構造と生物機能並びに、細菌由来のスフィンゴ糖脂質の生物機能を解明すると共に、それら糖脂質の合成マシナリーを明らかにする。本年度は以下の二つの項目に関して研究を進めた。
1. 緑膿菌が合成する糖脂質の構造解析と生理機能の解析
緑膿菌に見出した三種類の糖脂質（GlcADG、GlcDG、LipidX）は緑膿菌が感染した際に発現し、宿主免疫によって認識されることが想定される。本年度は、Lipid Xの構造解析を中心にして研究を進めた。その結果、LipidXがグルクロノシルジアシルグリセロール（GlcADG）にグルコサミンが結合した新規な糖脂質であることを明らかにした。
2. 細菌由来の糖脂質合成酵素の高次構造解析による糖脂質の合成マシナリーの解明
我々はこれまでに、Z. mobilis 由来のグルクロノシルセラミド（GlcACer）合成酵素の大腸菌を用いた発現系を構築し、結晶化のスクリーニングを進めている。本年度は、新しく同定したSphingobium yanoikuyae由来のGlcACer合成酵素に関しても酵素を大量発現させ、結晶化のスクリーニングを進めた。その結果、タンパク質の結晶を得ることに成功した。
一方、我々はαーガラクトシルセラミドを生産する腸内細菌として知られるBacteriodes fragilisにGlcACer合成酵素のホモログを見出した。そこで、そのホモログを大腸菌で発現させ、糖転移酵素の活性を測定したところ、当該酵素がαーガラクトシルセラミドの合成酵素であることを明らかにした。
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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
令和２年度は以下の二つの項目に関して研究を進めた。
1. 緑膿菌が合成する糖脂質の構造解析と生理機能の解析
緑膿菌に見出した三種類の糖脂質（GlcADG、GlcDG、LipidX）は緑膿菌が感染した際に発現し、宿主免疫によって認識されることが想定される。本年度は、Lipid Xの構造解析を中心にして研究を進めた。その結果、LipidXがグルクロノシルジアシルグリセロールにグルコサミンが結合した新規な糖脂質であることを明らかにした。また、これら3種類の糖脂質の中でグルコシルジアシルグリセロール（GlcDG）にC 型レクチン受容体（Mincle）の活性化能があることも明らかにした。
2. 細菌由来の糖脂質合成酵素の高次構造解析による糖脂質の合成マシナリーの解明
我々はこれまでに、Z. mobilis 由来のグルクロノシルセラミド（GlcACer）合成酵素の大腸菌を用いた発現系を構築し、結晶化のスクリーニングを進めている。本年度は、新しく同定したS. yanoikuyae由来のGlcACer合成酵素に関しても酵素を大量発現させ、結晶化のスクリーニングを進めた。その結果、S. yanoikuyae由来のGlcACer合成酵素の結晶を得ることに成功した。
一方、我々はαーガラクトシルセラミドを生産する腸内細菌として知られるBacteriodes fragilisにZ. mobilisのGlcACer合成酵素のホモログを見出した。そこで、そのホモログを大腸菌で発現させ、糖転移酵素の活性を測定したところ、当該酵素がαーガラクトシルセラミドの合成酵素であることを明らかにした。αーガラクトシルセラミド合成酵素の同定は本研究が始めての報告である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の二つの項目に関して研究を進める。
1. Z. mobilis 由来GlcACerの生理機能とCPG合成経路の解明
我々はこれまでにZ. mobilis のグルクロノシルセラミド（GlcACer）合成酵素の同定と欠損株の作成、並びにGlcACer合成酵素の欠損株ではGlcACerが合成されない代わりにセラミドホスホグリセロール（CPG）が合成されていることを明らかにしている。本年度は、Z.mobilis の野生株とGlcACer欠損株の生育特性等を比較することで、GlcACerの生理機能を明らかにする。我々は既に野生株とGlcACer欠損株からRNAを調製し、RNA-Seq解析を行っているので遺伝子発現の差異からも、GlcACerの生理機能を明らかにする。また、CPGの合成経路に関しては、GlcACer欠損株のRNA-Seq解析により、欠損株で発現が上昇している遺伝子を幾つか見出しており、これら遺伝子の解析により、その合成経路を解明する。
2. 細菌由来の糖脂質合成酵素の高次構造解析による糖脂質の合成マシナリーの解明
昨年度までの研究において、新たにGlcACer合成酵素として同定したS. yanoikuyae由来のGlcACer合成酵素に関しても大量発現と精製方法を確立し、S. yanoikuyae由来のGlcACer合成酵素の結晶を得ることに成功している。本年度はさらに本酵素の結晶化スクリーニングを進めて、GlcACer合成酵素の高次構造とその反応メカニズムを明らかにする。本項目については、研究分担者である角田教授が主体となって研究を進める。
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