2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on moonlighting functions of extracellular matrix components in biofilm development
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20H02904
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| Research Institution | Jikei University School of Medicine |
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Principal Investigator |
杉本 真也 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (60464393)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 黄色ブドウ球菌 / バイオフィルム / 菌体外マトリクス / リン脂質 / リン脂質分解酵素 / リジルホスファチジルグリセロール / ムーンライト機能 / 静電的相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに我々は、バイオフィルム感染症の主要な起炎菌である黄色ブドウ球菌の菌体外マトリクスには、細胞質の成分や細胞膜の構成成分が含まれ、それらの一部はバイオフィルムの構造維持に極めて重要な役割を果たすことを見出した。本研究の目的は、このような生体高分子が有する本来の機能とは異なる別の機能（ムーンライト機能）を、独自に開発した解析・観察法を用いて解明することである。
2020年度は、菌体外マトリクスに見出したリン脂質に着目し、その実体と作用機序の解明を目指した。まず、細胞膜に親和性を示す蛍光プローブFM1-43を用いて、様々な黄色ブドウ球菌臨床分離株の菌体外マトリクスにリン脂質が含まれることを検証した。その結果、試験したすべての菌株の菌体外マトリクスにリン脂質が含まれることと、その量は菌株レベルで大きく異なることがわかった。次に、菌体外マトリクスに多量のリン脂質を含むMRSA臨床分離株MR4株を用いて、菌体外マトリクスに含まれるリン脂質を薄層クロマトグラフィーと質量分析により解析した。その結果、黄色ブドウ球菌の細胞膜に含まれるホスファチジルグリセロール（PG）、リジルホスファチジルグリセロール（Lys-PG）およびカルジオリピン（CL）が菌体外マトリクスにも含まれ、特にLys-PGが豊富に存在することを明らかにした。続いて、精製標品を用いてこれらのリン脂質の作用機序を解析した結果、特にLys-PGが黄色ブドウ球菌の細胞凝集を誘導すること、その誘導には静電的相互作用が重要であること、リン脂質分解酵素によって菌の凝集が解消されることを明らかにした。さらに、Lys-PG合成酵素であるMprFの遺伝子欠損株および遺伝子相補株を作製し、MprFの機能解析の準備を完了した。
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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
2020年度は、①菌体外マトリクス中にリン脂質を多く含む黄色ブドウ球菌臨床分離株を特定し、②菌体外マトリクスに含まれるリン脂質の分子種としてLys-PGを同定した。また、③Lys-PGの作用機序として、静電的相互作用により、黄色ブドウ球菌の細胞凝集を誘導することを明らかにした。以上のことから、おおむね順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、新たに作製したMprF遺伝子欠損株および遺伝子相補株のバイオフィルム形成能を評価する。我々が開発したバイオフィルムの透明化イメージング法やASEMに加え、高解像SEMなどを用いて、形態学的にも細胞外リン脂質の重要性を明らかにする。
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