2021 Fiscal Year Research-status Report
病原性細菌が嫌気的にヘムを開環分解して生存に必須の鉄を取り出す機構の解明
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20K05708
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
小崎 紳一 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40280581)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樋口 恒彦 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 教授 (50173159)
木股 洋子 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (60255429)
永野 真吾 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (60286440)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ヘム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
呼吸をはじめとした生存に必須の生命活動において鉄イオンは不可欠である。そのため、生物は様々な鉄獲得機構を進化させており、病原性細菌も例外ではない。こうした細菌の主たる鉄源は感染宿主の赤血球に含まれるヘモグロビン(Hb)である。通常、グラム陰性細菌は、宿主の血液を溶血した後Hbから遊離したヘムをヘモフォアHasAによって外膜受容体HasRまで輸送する。次に、ヘムは外膜と内膜を通り抜けて細胞質で分解される。ヘム鉄は環状テトラピロールの中心に強く配位結合しているため、ヘム分解酵素で開環された後に遊離する。私達はこれまで、Pseudomonas aeruginosa(グラム陰性好気性細菌 日和見 感染の原因菌の一種で、皮膚、肺・気管支の炎症の原因細菌)Yersinia pseudotuberculosis(グラム陰性通性嫌気性細菌 胃腸炎の原因細菌)Eikenella corrodens(グラム陰性通性嫌気性細菌 歯周病の原因細菌)Porphyromonas gingivalis(グラム陰性偏性嫌気性細菌歯周病の原因細菌)を研究材料にして 「ヘムの細菌内への輸送」や「ヘムを分解して鉄の抽出」を行うタンパク・酵素の機能解析を実施してきた。そして、細菌は生育環境に応じて実に多様な鉄獲得のための仕組みを構築していることを明らかにした。さらに、ヘムの輸送を阻害することで病原性細菌の生育を阻害できることも実証した。 しかし、偏性・通性嫌気性細菌が嫌気下で酸素非依存的にヘムを分解する機構については未解明である。そこで、嫌気的ヘム分解経路を解明し、その知見をもとにして阻害剤をデザイン・合成して細菌の生育抑制することが本研究の目的である。本研究を通して歯周病や胃腸炎など病原性細菌による感染症対策、健康的な生活の実現に寄与することを目標とする。
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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年度の研究では、第一に、偏性・通性嫌気性細菌Yersinia pseudotuberculosisにおいて酸素非依存的にヘムを分解する役割を担っていると考えられる酵素の発現と精製に成功した。そして、この酵素が基質であるヘムとの結合能を持っているか、酸素非依存的なヘム分解活性を持っているか、などについて検証したが、この酵素は不安定で沈殿しやすく詳細な機能解析が困難であった。第二に、嫌気下では酸素分子の代わりにメチルラジカルを用いてヘムの開環反応が進行しているのではないかという仮説に基づいて、ヘムや類似するテトラピロールと化学的に生成したメチルラジカルとの反応を行い、生成物の同定に取り組んだ。ヘムが分解されると遊離の鉄と共に開環したテトラピロールが生じるが、好気条件下とは異なり嫌気条件下では、開環テトラピロールに酸素原子が付加されておらず疎水性が高いと推測される。そこで、この分解物の菌体外への排出に関与する可能性のある配糖化酵素についての予備実験を開始した。こうした状況を踏まえ、令和３年度の研究では、偏性・通性嫌気性細菌Eikenella corrodensにおいて酸素非依存的にヘムを分解する役割を担っていると考えられる酵素のクローニングに取り組み、発現・精製を行った。その結果、Yersinia pseudotuberculosisの酸素非依存的ヘム分解酵素より安定で、補因子である鉄硫黄クラスターも保持された形で酵素を得ることができた。現在、この酵素の特性を検証しているところである。メチルラジカルが関与したヘム分解物の単離・同定、分解の結果生じた開環テトラピロールの配糖化に関しても引き続き検証中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸素非依存的ヘム分解酵素によるヘム分解物の同定ならびに反応機構についての実験を引き続き実施する。また、この酵素が持つ鉄硫黄クラスターからヘムへの電子伝達を阻害することで本酵素を失活できるかについて種々の化合物で検証する。酵素の構造情報も合わせて考察し、総括する。
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| Causes of Carryover |
実験の進捗状況を鑑みて消耗品購入を調整したため次年度への繰越が生じた。
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