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2019 Fiscal Year Annual Research Report

病原性レンサ球菌が病態を誘導する分子機構の解明と新規制御法の探索

Research Project

Project/Area Number 19H03825
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

川端 重忠  大阪大学, 歯学研究科, 教授 (50273694)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山口 雅也  大阪大学, 歯学研究科, 講師 (00714536)
住友 倫子  大阪大学, 歯学研究科, 講師 (50423421)
中田 匡宣  鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 教授 (90444497)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords病原レンサ球菌 / A型インフルエンザウイルス
Outline of Annual Research Achievements

化膿レンサ球菌が感染した局所では,宿主の細胞や組織による炎症応答が細菌の遺伝子発現に影響を与えていると推察し,感染局所における細菌の遺伝子発現をRNA-seq解析により網羅的に評価した.劇症型感染症由来の血清型M1型化膿レンサ球菌5448株をマウスの皮膚に感染させ,壊死性筋膜炎マウスモデルを構築した.感染組織から細菌由来のRNAを分離し,RNA-seq解析を行った結果,化膿レンサ球菌は感染局所において,アミノ酸・糖質などの栄養利用経路や毒素の発現を上方制御する一方で,酸化ストレス反応や細胞増殖に寄与する分子を下方制御することが明らかになった.また,皮膚感染症由来の化膿レンサ球菌を用いて温度変化による線毛産生量への影響を検討したところ,転写因子であるRalp2を有する菌株のみが低温でのみ線毛を産生することが示された.変異株を用いた解析から,Ralp2は線毛遺伝子に対する正の転写因子であり,Ralp2 mRNA翻訳開始コドンの下流に位置するステムループ構造が温度感知を担うmRNAサーモセンサーであることを証明した.Ralp2を有する菌株は皮膚から分離される頻度が高いことから,温度感受性の線毛産生は皮膚感染に重要であることが示唆された.
肺炎球菌は,肺炎や敗血症などの主な原因菌である.肺炎球菌の全ゲノム情報から,菌体表層タンパク質をコードする遺伝子群を選出し,分子進化解析を行った.負の選択下にあるコドンの割合が低いPfbAは,感染時の過剰な免疫応答を抑制することで宿主の死亡率を低下させることを明らかにした.
A型インフルエンザウイルス (IAV) 感染により亢進する宿主ー細菌間相互作用を解析した.IAV感染気道組織では,小胞体局在シャペロンであるGP96の細胞表層での発現が誘導され,二次的に感染する肺炎球菌や化膿レンサ球菌に対する宿主レセプターとして機能することを証明した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ウイルス感染により発現する宿主分子の検索を行う過程で,感染細胞の治療標的となりうる新規現象が見出された.研究を遂行するうえで情報伝達解析が必要不可欠であったため,次年度に繰越を行うことで感染宿主と細菌間の相互作用を詳細に解析し,ウイルス感染により誘導されるストレス応答分子が肺炎の治療標的として有効であることを証明した.以上の理由から,「おおむね順調に進展している」と判断した.

Strategy for Future Research Activity

病態増悪因子として同定したGP96のコンディショナルノックアウトマウスを作製し,重複感染系に応用する.各群 (非感染群,IAV 単独感染群,肺炎球菌単独感染群,重複感染群) の病態と感染感受性の違いを病巣サイズ,体重減少,生存率,血液・各臓器中の菌数とウイルス価を指標に検討する.マウス感染モデルにおける炎症応答を評価するため,経時的に血清中の炎症性サイトカイン量を測定するとともに,気道と肺組織における好中球の遊走量を検討する.各臓器中の菌数を計測することにより,細菌の全身伝播を検証する.採取した臓器の組織標本を作製し,病理検査を行う.
病原因子として挙がった細菌因子の構造遺伝子DNA配列を,登録されている全ての菌株のゲノムDNA配列から抽出し,多重配列整列を行う.最尤法とベイズ法による分子系統樹作成を行い,コドン配列を基にした進化的な機能制約解析を行う.同義置換の割合と比較して,非同義置換の頻度が相対的に低い分子を選出する.既報の病原因子や機能未知の細菌因子群についても,機能制約解析を行う.宿主因子については,哺乳動物間の配列共通性と特異性を確認する.挙げられた細菌因子群について,温度感受性プラスミドを用いて遺伝子欠失菌株を作製する.病態形成への関与が確認された細菌因子の組換えタンパク質をマウスに免疫し,血清中の抗体価を ELISA により確認する.抗体価上昇が認められない場合,追加免疫を行う.経鼻免疫を行ったマウス群の鼻腔内に肺炎球菌を感染させ,マウス生存率,病理組織像,各臓器の菌数を非免疫群と比較することにより,各抗原のワクチンとしての有用性を評価する.

  • Research Products

    (37 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 6 results) Presentation (27 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Thermosensitive pilus production by FCT type 3 Streptococcus pyogenes controlled by Nra regulator translational efficiency.2020

    • Author(s)
      Nakata M, Sumitomo T, Patenge N, Kreikemeyer B, Kawabata S.
    • Journal Title

      Mol Microbiol

      Volume: 113 Pages: 173-189

    • DOI

      10.1111/mmi.14408

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Streptococcus pneumoniae surface adhesin PfbA exhibits host specificity by binding to human serum albumin but not bovine, rabbit and porcine serum albumins.2020

    • Author(s)
      Sankar S, Yamaguchi M, Kawabata S, Ponnuraj K.
    • Journal Title

      Protein J

      Volume: 39 Pages: 1-9

    • DOI

      10.1007/s10930-019-09875-y

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Allergic conversion of protective mucosal immunity against nasal bacteria in patients with chronic rhinosinusitis with nasal polyposis.2019

    • Author(s)
      Takeda K, Sakakibara S, Yamashita K, Motooka D, Nakamura S, El Hussien MA, Katayama J, Maeda Y, Nakata M, Hamada S, Standley DM, Hayama M, Shikina T, Inohara H, Kikutani H.
    • Journal Title

      J Allergy Clin Immunol

      Volume: 143 Pages: 1163-1175

    • DOI

      10.1016/j.jaci.2018.07.006

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Identification of evolutionarily conserved virulence factor by selective pressure analysis of Streptococcus pneumoniae.2019

    • Author(s)
      Yamaguchi M, Goto K, Hirose Y, Yamaguchi Y, Sumitomo T, Nakata M, Nakano K, Kawabata S.
    • Journal Title

      Commun Biol

      Volume: 2 Pages: 96

    • DOI

      10.1038/s42003-019-0340-7

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Antibacterial activity of hinokitiol against both antibiotic‐resistant and ‐susceptible pathogenic bacteria that predominate in the oral cavity and upper airways.2019

    • Author(s)
      Domon H, Hiyoshi T, Maekawa T, Yonezawa D, Tamura H, Kawabata S, Yanagihara K, Kimura O, Kunitomo E, Terao Y.
    • Journal Title

      Microbiol Immunol

      Volume: 63 Pages: 213-222

    • DOI

      10.1111/1348-0421.12688

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Streptococcus pneumoniae evades host cell phagocytosis and limits host mortality through its cell wall anchoring protein PfbA.2019

    • Author(s)
      Yamaguchi M, Hirose Y, Takemura M, Ono M, Sumitomo T, Nakata M, Terao Y, Kawabata S.
    • Journal Title

      Front Cell Infect Microbiol

      Volume: 9 Pages: 301

    • DOI

      10.3389/fcimb.2019.00301

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Streptococcus pyogenes transcriptome changes in inflammatory environment of necrotizing fasciitis.2019

    • Author(s)
      Hirose Y, Yamaguchi M, Okuzaki D, Motooka D, Hamamoto H, Hanada T, Sumitomo T, Nakata M, Kawabata S.
    • Journal Title

      Appl Environ Microbiol

      Volume: 85 Pages: e01428-19

    • DOI

      10.1128/AEM.01428-19

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Surface pre-reacted glass filler contributes to tertiary dentin formation through a mechanism different than that of hydraulic calcium-silicate cement.2019

    • Author(s)
      Okamoto M, Ali M, Komichi S, Watanabe M, Huang H, Ito Y, Miura J, Hirose Y, Mizuhira M, Takahashi Y, Okuzaki D, Kawabata S, Imazato S, Hayashi M.
    • Journal Title

      J Clin Med

      Volume: 8 Pages: 1440

    • DOI

      10.3390/jcm8091440

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Streptococcus pneumoniae のコリン結合タンパク質が感染成立に果たす役割.2019

    • Author(s)
      後藤花奈,山口雅也,川端重忠.
    • Journal Title

      大阪大学歯学雑誌

      Volume: 64 Pages: 5-7

  • [Presentation] 肺炎球菌の菌体表層タンパク質BgaAが病態形成に果たす役割.2020

    • Author(s)
      竹村萌,山口雅也,広瀬雄二郎,住友倫子,中田匡宣,川端重忠.
    • Organizer
      第93回日本細菌学会総会
  • [Presentation] Streptococcus pyogenes emm 89型の侵襲性に寄与する因子の検索.2020

    • Author(s)
      広瀬雄二郎,山口雅也,秋山徹,竹本訓彦,奥野ルミ,山口貴弘,大塚仁,住友倫子,中田匡宣,川端重忠.
    • Organizer
      第93回日本細菌学会総会
  • [Presentation] インフルエンザに続発する細菌性肺炎の発症におけるGP96の機能解析.2020

    • Author(s)
      住友倫子,中田匡宣,長瀬賢史,高原悠樹,山口雅也,岡本成史,川端重忠.
    • Organizer
      第93回日本細菌学会総会
  • [Presentation] 肺炎球菌の菌体表層タンパク質群に着目した病態形成機構の解明.2020

    • Author(s)
      山口雅也.
    • Organizer
      第93回日本細菌学会総会
    • Invited
  • [Presentation] mRNAサーモセンサーにより制御される化膿レンサ球菌の温度感受性線毛産生.2020

    • Author(s)
      中田匡宣.
    • Organizer
      第93回日本細菌学会総会
    • Invited
  • [Presentation] 化膿レンサ球菌のアルギニン代謝系は皮膚上で病原性発揮機構に寄与する.2019

    • Author(s)
      広瀬雄二郎,山口雅也,住友倫子,川端重忠.
    • Organizer
      第93回日本感染症学会総会
  • [Presentation] 化膿レンサ球菌による温度依存性の線毛産生(Temperature-dependent pilus production of Streptococcus pyogenes).2019

    • Author(s)
      中田匡宣,住友倫子,川端重忠.
    • Organizer
      第92回日本細菌学会総会
  • [Presentation] Influenza virus-induced dysfunction of pulmonary epithelial barrier promotes secondary bacterial infection.2019

    • Author(s)
      住友倫子.
    • Organizer
      第92回日本細菌学会総会
    • Invited
  • [Presentation] Streptococcus pyogenes のアルギニン代謝系が病変形成に果たす役割の解析.2019

    • Author(s)
      広瀬雄二郎,山口雅也,毛利泰士,後藤花奈,住友倫子,中田匡宣,川端重忠.
    • Organizer
      第92回日本細菌学会総会
  • [Presentation] Component analysis of cell-wall anchored pili in Streptococcus sanguinis.2019

    • Author(s)
      李怡萱,中田匡宣,岡橋暢夫,山口雅也,住友倫子,川端重忠.
    • Organizer
      第92回日本細菌学会総会
  • [Presentation] Involvement of two-component regulatory system TCS08 in pneumococcal pneumonia pathogenesis.2019

    • Author(s)
      本多-小川真理子,住友倫子,Dalia Hamd,毛利泰士,山口雅也,中田匡宣,川端重忠.
    • Organizer
      第92回日本細菌学会総会
  • [Presentation] 肺炎球菌の β-ガラクトシダーゼ BgaA の進化的な保存性と病態に 果たす役割の解析.2019

    • Author(s)
      竹村萌,山口雅也,後藤花奈,広瀬雄二郎,住友倫子,中田匡宣,川端重忠.
    • Organizer
      第92回日本細菌学会総会
  • [Presentation] 進化的な保存性の評価に基づく肺炎球菌の病原因子の探索.2019

    • Author(s)
      山口雅也,後藤 花奈,竹村 萌,広瀬 雄二郎,住友 倫子,中田 匡宣,川端重忠.
    • Organizer
      第92回日本細菌学会総会
    • Invited
  • [Presentation] Two-component regulatory system TCS08 contributes to pathogenesis in pneumococcal pneumonia.2019

    • Author(s)
      Sumitomo T, Hamd DT, Honda-Ogawa M, Mori Y, Yamaguchi M, Nakata M, Kawabata S.
    • Organizer
      American Society for Microbiology.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 日本における劇症型感染症由来Streptococcus pyogenes emm 89型の解析.2019

    • Author(s)
      広瀬雄二郎, 山口雅也, 奥野ルミ, 秋山徹, 菅原庸, 浜田茂幸, 住友倫子, 中田匡宣, 川端重忠.
    • Organizer
      第51回レンサ球菌研究会
  • [Presentation] 肺炎球菌のβ-ガラクトシダーゼBgaAは敗血症の病原因子として働く.2019

    • Author(s)
      竹村萌,山口雅也,住友倫子,中田匡宣,鵜澤成一,川端重忠.
    • Organizer
      大阪大学歯学会第128回例会
  • [Presentation] Streptococcus pneumoniae のコリン結合タンパク質CbpJおよびCbpLの機能解析.2019

    • Author(s)
      後藤花奈,山口雅也,川端重忠.
    • Organizer
      大阪大学歯学会第128回例会
    • Invited
  • [Presentation] 宿主―細菌相互作用による肺炎重症化メカニズム解析2019

    • Author(s)
      土門久哲,永井康介,山口雅也,川端重忠,寺尾豊.
    • Organizer
      第13回細菌学若手コロッセウムin みやぎ蔵王
  • [Presentation] 肺炎球菌の菌体表層タンパク質PfbAが自然免疫系に対して果たす役割の解明.2019

    • Author(s)
      山口雅也,広瀬雄二郎,竹村萌,大野誠之,住友倫子,中田匡宣,寺尾豊,川端重忠.
    • Organizer
      第13回細菌学若手コロッセウムin みやぎ蔵王
  • [Presentation] インフルエンザに続発する細菌性肺炎の重症化機構.2019

    • Author(s)
      川端重忠.
    • Organizer
      第73回日本細菌学会東北支部総会
    • Invited
  • [Presentation] マウス壊死性筋膜炎モデルの感染局所におけるStreptococcus pyogenesの遺伝子発現解析.2019

    • Author(s)
      花田知己,広瀬雄二郎,山口雅也,住友倫子,中田匡宣,川端重忠.
    • Organizer
      第61回歯科基礎医学会学術大会
  • [Presentation] Streptococcus pyogenesは低グルコース環境においてアルギニン代謝依存的に遺伝子発現を変動させる.2019

    • Author(s)
      広瀬雄二郎,山口雅也,花田知己,住友倫子,中田匡宣,川端重忠.
    • Organizer
      第61回歯科基礎医学会学術大会
  • [Presentation] Streptococcus pneumoniaeは種特異的なタンパク質PfbAにより過剰な免疫応答を伴う宿主の死亡を抑制する.2019

    • Author(s)
      山口雅也,広瀬雄二郎,竹村萌,大野誠之,住友倫子,中田匡宣,寺尾豊,川端重忠.
    • Organizer
      第61回歯科基礎医学会学術大会
  • [Presentation] インフルエンザ感染によるGP96シャペロンの活性化は肺炎球菌の肺胞上皮細胞への付着を亢進させる2019

    • Author(s)
      住友倫子,中田匡宣,山口雅也,川端重忠.
    • Organizer
      第61回歯科基礎医学会学術大会
  • [Presentation] 温度感受性転写因子の翻訳効率に依存する化膿レンサ球菌の線毛発現.2019

    • Author(s)
      中田匡宣,住友倫子,川端重忠.
    • Organizer
      第61回歯科基礎医学会学術大会
  • [Presentation] Restoration of transcriptional regulator nra in serotype M18 Streptococcus pyogenes leads to phenotypic change.2019

    • Author(s)
      Li Y, Nakata M, Sumitomo T, Hirose Y, Takemura M, Yamaguchi M, Kawabata S.
    • Organizer
      第7回口腔微生物研究会
  • [Presentation] Identification of pneumococcal virulence factors based on selective pressure analysis.2019

    • Author(s)
      山口雅也.
    • Organizer
      2019年「先進ゲノム支援」拡大班会議
  • [Remarks] 大阪大学 大学院歯学研究科 口腔細菌学教室

    • URL

      http://web.dent.osaka-u.ac.jp/~mcrbio/

URL: 

Published: 2021-12-27  

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