| Project/Area Number |
23K14146
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
甲賀 栄貴 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (90909376)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | バクテリオファージ / 抗菌性ペプチド / ペプチドグリカン / 構造解析 / X線結晶構造解析 / 大腸菌 |
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| Outline of Research at the Start |
従来の抗生物質が効かない多剤耐性菌の出現は世界的な問題となっており、新規の感染制御法として細菌を攻撃するバクテリオファージの応用が期待されている。バクテリオファージMは、大腸菌に感染すると抗菌性ペプチドMを発現させ、細胞壁前駆体を輸送するMurJの機能を阻害することで大腸菌の溶菌を促す。ペプチドMの実際の阻害メカニズムは不明な点が多い。本研究課題では、ペプチドMのMurJ阻害メカニズムを解明するため、生細胞内でのタンパク質間相互作用部位の同定や、ペプチドM/MurJの2成分を含む結晶構造解析を行い、ペプチドMの詳細な阻害機構の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、バクテリオファージM由来の溶菌ペプチドLysMが脂質フリッパーゼMurJの機能を阻害する分子メカニズムを解明することを目的として、LysM/MurJ複合体の構造解析を実施した。多剤耐性菌対策として抗菌ペプチドが注目される中、LysMが細胞壁合成を阻害する詳細な機構は未解明であり、本研究はその基盤となる知見を提供するものである。
Cryo-EM解析を通じて、LysMがMurJの外向き型構造に結合し、脂質II輸送を直接阻害することを示した。この構造情報は、LysMがMurJのコンフォメーション変化を物理的にブロックし、細胞壁合成を停止させる分子基盤を解明するものである。また、LysMの変異解析により、特定のアミノ酸残基が相互作用において重要な役割を担うことを明らかにした。これらの成果を基に、LysM/MurJ複合体の構造と機能に関する論文を国際学術誌に投稿している。本研究により、抗菌ペプチドを活用した新たな感染症制御法の基盤が形成され、多剤耐性菌対策に貢献できることが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は、計画以上に順調に進展している。研究開始当初より、LysMとMurJの相互作用解明を目指し、X線結晶構造解析およびCryo-EM解析を実施した。その結果、LysMがMurJの外向き型構造を直接ブロックし、脂質II輸送を阻害する分子メカニズムを初めて解明した。
これまでに、LysM/MurJ複合体の詳細な構造を取得し、特定のアミノ酸残基が相互作用に重要であることを突き止めた。また、この成果を基に論文を執筆し、国際学術誌へ投稿済みである。査読過程にあり、受理され次第、学術発表およびデータ公開を予定している。
さらに、LysMの阻害メカニズムを応用した抗菌ペプチドデザインの基礎データとして、学術的意義が高く、今後の抗菌薬開発に貢献できると考えられる。引き続き、LysMの機能解析と実用化への検討を進めていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
LysM/MurJ複合体の構造解明が進展したことを踏まえ、今後は以下の2つの方針で研究を推進する。
最初にLysMの相互作用部位の詳細解析を行う。これまでの構造情報を基に、LysMがMurJに結合する際の特異性をさらに深掘りし、他種細菌への適用可能性を検討する。特に、LysMの変異体を用いた相互作用解析を実施し、阻害効果を向上させるための分子改変を行う。
二つ目は、抗菌ペプチドデザインの応用研究である。解明されたLysM/MurJ阻害メカニズムを基に、新規抗菌ペプチドのデザインを試みる。特定の病原菌に効果を持つLysM誘導体を作成し、薬剤耐性菌に対する応用可能性を探る。特に、大腸菌以外のグラム陰性菌に適用できるかを検討する。
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