Nutrient Immunityに対抗する細菌の金属輸送系の進化と機能解析

• Project Area: Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System
• Project/Area Number: 20H05504
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中川 一路 京都大学, 医学研究科, 教授 (70294113)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: -A群レンサ球菌 / 金属j獲得レセプター / AdcA-II / 亜鉛 / 細菌 / 適応 / 金属獲得 / 創薬ターゲット / nutrient immunity / A群連鎖球菌 / 金属輸送系 / AdcA / マンガン / 鉄

Outline of Research at the Start

そこで本研究では、病原性細菌が、ヒトという宿主を選択するために金属の輸送系の機能をどのように進化させてきたのかについて、その機能を進化的な側面から明らかとすることで、病原性細菌の宿主への適応における金属輸送系の機能的重要性について解明する。このような属あるいは種特異性の高い金属輸送系の構造の違いや機能を明らかにできれば、これらの病原性細菌に対する新規治療薬の標的となることから、医学的な観点からも重要な研究である。

Outline of Annual Research Achievements

-A群レンサ球菌におけるZn輸送系には、獲得系としてAdc系、Pht系が存在している。そのうちAdc系は、レンサ球菌属に特異的に存在し、かつその病原性の発現に重要であることが示唆されている。そこで、これらの遺伝子破壊株を全て作成し、その表現系の解析を行った。まず、細菌種に広く分布しているZn獲得系であるPht系の破壊株では、A群レンサ球菌の成育には全く影響が見られなかった。ところがAdcA-I, AdcA-II, AdcBC系の遺伝子破壊株では、その増殖の抑制が認められた。そこで、これらの遺伝子破壊株を用いてマウスに対する病原性を確認したところ、AdcI欠損株では致死毒性がほとんど変化しなかったにも関わらず、AdcII欠損株およびAdcBC欠損株では、著しい病原性の減弱が認められた。そのため、AdcA-IIは、単に増殖に関与するだけでなく、病原性の発現に必須であることが示唆された。　AdcA-IIの遺伝子についてその進化的な側面から解析を行うと、AdcII-A遺伝子を持つ菌は、レンサ球菌属の中でもヒトに対して極めて高い病原性を示す菌であるA群レンサ球菌およびその近縁種のみに存在しており、その保存性が極めて高いことが明らかとなった。そのため、AlphaFold2を用いた構造解析を行ったところ、AdcII-AはZnを結合するポケット領域の４アミノ酸によってZnをホールドし、それらの点変異体でも同様に病原性の減弱が認められたことから、極めて菌種特異性の高い創薬対象になる可能性が示唆された。現在、AdcA-IIに対する抗体の作成および低分子化合物スクリーニングを行っている。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] FBXO2/SCF ubiquitin ligase complex directs xenophagy through recognizing bacterial surface glycan (2021)
  • Author(s): Yamada Akihiro、Hikichi Miyako、Nozawa Takashi、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 22 Issue: 11
  • DOI: 10.15252/embr.202152584
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of a putative maltodextrin-binding protein of Streptococcus pyogenes, SPs0871 and the development of a VHH inhibitor (2021)
  • Author(s): Yamawaki T, Nakakido M, Ujiie K, Aikawa C, Nakagawa I, Tsumoto K
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 6 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.05.056
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Single-chain variable fragment (scFv) targeting streptolysin O controls group A Streptococcus infection. (2021)
  • Author(s): Aikawa C, Kawashima K, Fukuzaki C, Nakakido M, Murase K, Nozawa T, Tsumoto K, Nakagawa I
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 20 Pages: 177-183
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.06.021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Patient‐specific establishment of bacterial composition within the peri‐implant microbiota during the earliest weeks after implant uncovering (2021)
  • Author(s): Shimogishi Masahiro、Watanabe Takayasu、Shibasaki Masaki、Shiba Takahiko、Komatsu Keiji、Nemoto Takashi、Ishihara Kazuyuki、Nakano Yoshio、Iwata Takanori、Kasugai Shohei、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: Journal of Periodontal Research Volume: 56 Issue: 5 Pages: 964-971
  • DOI: 10.1111/jre.12898
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An In Vitro Mixed Infection Model With Commensal and Pathogenic Staphylococci for the Exploration of Interspecific Interactions and Their Impacts on Skin Physiology (2021)
  • Author(s): Kohda Katsunori、Li Xuan、Soga Naoki、Nagura Risa、Duerna Tie、Nakajima Saeko、Nakagawa Ichiro、Ito Masakazu、Ikeuchi Akinori
  • Journal Title: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology Volume: 11 Pages: 712360-712360
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.712360
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biological Effect of Streptococcus pyogenes-Released Extracellular Vesicles on Human Monocytic Cells, Induction of Cytotoxicity, and Inflammatory Response (2021)
  • Author(s): Murase Kazunori、Aikawa Chihiro、Nozawa Takashi、Nakatake Ayako、Sakamoto Kuniyo、Kikuchi Taisei、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology Volume: 11 Pages: 711144-711144
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.711144
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition)1 (2021)
  • Author(s): Daniel J Klionsky、Shu Aizawa、Amal Kamal Abdel-Aziz、Sara Abdelfatah、Mahmoud Abdellatif、Asghar Abdoli、Steffen Abel、Hagai Abeliovich、Marie H Abildgaard、Yakubu Princely Abudu、Abraham Acevedo-Arozena、Iannis E Adamopoulos、Khosrow Adeli、Timon E Adolph、Annagrazia Adornetto、Elma Aflaki、Galila Agam et al.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 17 Issue: 1 Pages: 1-382
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1797280
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intracellular Group A Streptococcus Induces Golgi Fragmentation To Impair Host Defenses through Streptolysin O and NAD-Glycohydrolase (2021)
  • Author(s): Nozawa Takashi、Iibushi Junpei、Toh Hirotaka、Minowa-Nozawa Atsuko、Murase Kazunori、Aikawa Chihiro、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: mBio Volume: 12 Issue: 1
  • DOI: 10.1128/mbio.01974-20
  • NAID: 120006958085
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Autophagy Receptor Tollip Facilitates Bacterial Autophagy by Recruiting Galectin-7 in Response to Group A Streptococcus Infection (2020)
  • Author(s): Lin Ching-Yu、Nozawa Takashi、Minowa-Nozawa Atsuko、Toh Hirotaka、Hikichi Miyako、Iibushi Junpei、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology Volume: 10 Pages: 583137-583137
  • DOI: 10.3389/fcimb.2020.583137
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of Group A Streptococcus-Containing Autophagosome-Like Vacuoles (2020)
  • Author(s): Nozawa Takashi、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: Group A Streptococcus Volume: 2136 Pages: 223-231
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0467-0_16
  • ISBN: 9781071604663, 9781071604670
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intracellular Group A Streptococcus induces Golgi fragmentation to impair host defenses through Streptolysin O and NAD-glycohydrolase (2020)
  • Author(s): Nozawa Takashi、Iibushi Junpei、Toh Hirotaka、Minowa-Nozawa Atsuko、Murase Kazunori、Aikawa Chihiro、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 0 Pages: 207897-207897
  • DOI: 10.1101/2020.07.16.207894
  • NAID: 120006958085
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete Genome Sequences of Streptococcus pyogenes Serotype M3, M28, and M89 Strains Isolated from Human Patients in Japan, 1994 to 2009 (2020)
  • Author(s): Murase Kazunori、Nozawa Takashi、Aikawa Chihiro、Nagao Miki、Ikebe Tadayoshi、Yoshida Akemi、Kikuchi Taisei、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcements Volume: 9 Issue: 42
  • DOI: 10.1128/mra.01047-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phylogenetic diversity in fim and mfa gene clusters between Porphyromonas gingivalis and Porphyromonas gulae, as a potential cause of host specificity (2020)
  • Author(s): Fujiwara-Takahashi Kaori、Watanabe Takayasu、Shimogishi Masahiro、Shibasaki Masaki、Umeda Makoto、Izumi Yuichi、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: Journal of Oral Microbiology Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1775333-1775333
  • DOI: 10.1080/20002297.2020.1775333
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Complete Genome Sequences of Two Streptococcus suis Strains Isolated from Asymptomatic Pigs (2020)
  • Author(s): Minowa-Nozawa Atsuko、Nozawa Takashi、Takamatsu Daisuke、Yoshida Akemi、Murase Kazunori、Kikuchi Taisei、Ishida-Kuroki Kasumi、Nitta Yoshihiro、Sekizaki Tsutomu、Nakagawa Ichiro
  • Journal Title: Microbiology Resource Announcements Volume: 9 Issue: 47
  • DOI: 10.1128/mra.01142-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Group A Streptococcus establishes pharynx infection by degrading the deoxyribonucleic acid of neutrophil extracellular traps. (2020)
  • Author(s): Tanaka M, Kinoshita-Daitoku R, Kiga K, Sanada T, Zhu B, Okano T, Aikawa C, Iida T, Ogura Y, Hayashi T, Okubo K, Kurosawa M, Hirahashi J, Suzuki T, Nakagawa I, Nangaku M, Mimuro H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 3251-3251
  • DOI: 10.1038/s41598-020-60306-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 生命金属の新潮流 (2021)
  • Author(s): 中川一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] 化膿連鎖球菌由来金属獲得蛋白質 MtsA に対する機能阻害剤の探索 (2021)
  • Author(s): 中木戸誠，竹内美結，長門石曉，相川知宏，中川一 路，津本浩平
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Presentation] A 群レンサ球菌の増殖に必要な鉄獲得機構に対する阻害剤の探索 (2021)
  • Author(s): 相川 知宏，長門石 曉，中木戸 誠，妹尾 暁暢，星野 将人，野澤 孝志，村瀬 一典，津本 浩平，中川 一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Presentation] ESCRT 機構による A 群レンサ球菌感染制御 (2021)
  • Author(s): 野澤 孝志，中川 一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Presentation] GBP1 は TBK1 のリン酸化を介して A 群レンサ球菌に対する選択 的オートファジーを制御する (2021)
  • Author(s): 曵地 京，野澤 孝志，中川 一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Presentation] A 群レンサ球菌が産生する細胞外小胞の病原性への関与 (2021)
  • Author(s): 村瀬 一典，相川 知宏，野澤 孝志，中武 彩子，菊地 泰生，中川 一 路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Presentation] オートファジー関連因子 ATG9 は A 群レンサ球菌の細胞内への侵 入を制御する (2021)
  • Author(s): 飯伏 純平，藤 博貴，野澤 孝志，中川 一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Presentation] TBC1D9を介したカルシウムシグナリングはTBK1依存性ゼノファジーを制御する (2020)
  • Author(s): 中川一路
  • Organizer: 第32回日本生体防御学会
  • Invited
• [Presentation] 化膿連鎖球菌由来金属獲得蛋白質 MtsA に対する機能阻害剤の探索 (2020)
  • Author(s): 中木戸 誠，竹内 美結，長門石 曉，相川 知宏，中川 一路，津本 浩平
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] 表標題 A 群レンサ球菌の増殖に必要な鉄獲得機構に対する阻害剤の探索 (2020)
  • Author(s): 相川 知宏，長門石 曉，中木戸 誠，妹尾 暁暢，星野 将人，野澤 孝志，村瀬 一典，津本 浩平，中川 一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] ESCRT 機構による A 群レンサ球菌感染制御 (2020)
  • Author(s): 野澤 孝志，中川 一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] GBP1はTBK1 のリン酸化を介してA 群レンサ球菌に対する選択的オートファジーを制御する (2020)
  • Author(s): 曵地 京，野澤 孝志，中川 一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Presentation] オートファジー関連因子 ATG9 は A 群レンサ球菌の細胞内への侵 入を制御する (2020)
  • Author(s): 飯伏 純平，藤 博貴，野澤 孝志，中川 一路
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
• [Remarks] 京都大学医学部微生物感染症学分野
  • URL: http://www.bac.med.kyoto-u.ac.jp
• [Remarks] 京都大学大学院医学研究科微生物感染症学分野
  • URL: http://www.bac.med.kyoto-u.ac.jp