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

• 研究領域: 「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
• 研究課題/領域番号: 20H05504
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中川 一路 京都大学, 医学研究科, 教授 (70294113)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: -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

研究開始時の研究の概要

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。

研究実績の概要

-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。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] FBXO2/SCF ubiquitin ligase complex directs xenophagy through recognizing bacterial surface glycan (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada Akihiro、Hikichi Miyako、Nozawa Takashi、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 22 号: 11
  • DOI: 10.15252/embr.202152584
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of a putative maltodextrin-binding protein of Streptococcus pyogenes, SPs0871 and the development of a VHH inhibitor (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamawaki T, Nakakido M, Ujiie K, Aikawa C, Nakagawa I, Tsumoto K
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 6 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.05.056
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single-chain variable fragment (scFv) targeting streptolysin O controls group A Streptococcus infection. (2021)
  • 著者名/発表者名: Aikawa C, Kawashima K, Fukuzaki C, Nakakido M, Murase K, Nozawa T, Tsumoto K, Nakagawa I
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 20 ページ: 177-183
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.06.021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Patient‐specific establishment of bacterial composition within the peri‐implant microbiota during the earliest weeks after implant uncovering (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimogishi Masahiro、Watanabe Takayasu、Shibasaki Masaki、Shiba Takahiko、Komatsu Keiji、Nemoto Takashi、Ishihara Kazuyuki、Nakano Yoshio、Iwata Takanori、Kasugai Shohei、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Journal of Periodontal Research 巻: 56 号: 5 ページ: 964-971
  • DOI: 10.1111/jre.12898
  • 査読あり
• [雑誌論文] An In Vitro Mixed Infection Model With Commensal and Pathogenic Staphylococci for the Exploration of Interspecific Interactions and Their Impacts on Skin Physiology (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohda Katsunori、Li Xuan、Soga Naoki、Nagura Risa、Duerna Tie、Nakajima Saeko、Nakagawa Ichiro、Ito Masakazu、Ikeuchi Akinori
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 巻: 11 ページ: 712360-712360
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.712360
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Biological Effect of Streptococcus pyogenes-Released Extracellular Vesicles on Human Monocytic Cells, Induction of Cytotoxicity, and Inflammatory Response (2021)
  • 著者名/発表者名: Murase Kazunori、Aikawa Chihiro、Nozawa Takashi、Nakatake Ayako、Sakamoto Kuniyo、Kikuchi Taisei、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 巻: 11 ページ: 711144-711144
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.711144
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition)1 (2021)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 17 号: 1 ページ: 1-382
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1797280
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Intracellular Group A Streptococcus Induces Golgi Fragmentation To Impair Host Defenses through Streptolysin O and NAD-Glycohydrolase (2021)
  • 著者名/発表者名: Nozawa Takashi、Iibushi Junpei、Toh Hirotaka、Minowa-Nozawa Atsuko、Murase Kazunori、Aikawa Chihiro、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: mBio 巻: 12 号: 1
  • DOI: 10.1128/mbio.01974-20
  • NAID: 120006958085
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Autophagy Receptor Tollip Facilitates Bacterial Autophagy by Recruiting Galectin-7 in Response to Group A Streptococcus Infection (2020)
  • 著者名/発表者名: Lin Ching-Yu、Nozawa Takashi、Minowa-Nozawa Atsuko、Toh Hirotaka、Hikichi Miyako、Iibushi Junpei、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 巻: 10 ページ: 583137-583137
  • DOI: 10.3389/fcimb.2020.583137
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of Group A Streptococcus-Containing Autophagosome-Like Vacuoles (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozawa Takashi、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Group A Streptococcus 巻: 2136 ページ: 223-231
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0467-0_16
  • ISBN: 9781071604663, 9781071604670
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intracellular Group A Streptococcus induces Golgi fragmentation to impair host defenses through Streptolysin O and NAD-glycohydrolase (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozawa Takashi、Iibushi Junpei、Toh Hirotaka、Minowa-Nozawa Atsuko、Murase Kazunori、Aikawa Chihiro、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 0 ページ: 207897-207897
  • DOI: 10.1101/2020.07.16.207894
  • NAID: 120006958085
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete Genome Sequences of Streptococcus pyogenes Serotype M3, M28, and M89 Strains Isolated from Human Patients in Japan, 1994 to 2009 (2020)
  • 著者名/発表者名: Murase Kazunori、Nozawa Takashi、Aikawa Chihiro、Nagao Miki、Ikebe Tadayoshi、Yoshida Akemi、Kikuchi Taisei、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 9 号: 42
  • DOI: 10.1128/mra.01047-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phylogenetic diversity in fim and mfa gene clusters between Porphyromonas gingivalis and Porphyromonas gulae, as a potential cause of host specificity (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara-Takahashi Kaori、Watanabe Takayasu、Shimogishi Masahiro、Shibasaki Masaki、Umeda Makoto、Izumi Yuichi、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Journal of Oral Microbiology 巻: 12 号: 1 ページ: 1775333-1775333
  • DOI: 10.1080/20002297.2020.1775333
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete Genome Sequences of Two Streptococcus suis Strains Isolated from Asymptomatic Pigs (2020)
  • 著者名/発表者名: Minowa-Nozawa Atsuko、Nozawa Takashi、Takamatsu Daisuke、Yoshida Akemi、Murase Kazunori、Kikuchi Taisei、Ishida-Kuroki Kasumi、Nitta Yoshihiro、Sekizaki Tsutomu、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 9 号: 47
  • DOI: 10.1128/mra.01142-20
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Group A Streptococcus establishes pharynx infection by degrading the deoxyribonucleic acid of neutrophil extracellular traps. (2020)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 3251-3251
  • DOI: 10.1038/s41598-020-60306-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 生命金属の新潮流 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中川一路
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 中木戸誠，竹内美結，長門石曉，相川知宏，中川一 路，津本浩平
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] ESCRT 機構による A 群レンサ球菌感染制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野澤 孝志，中川 一路
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 曵地 京，野澤 孝志，中川 一路
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 村瀬 一典，相川 知宏，野澤 孝志，中武 彩子，菊地 泰生，中川 一 路
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 飯伏 純平，藤 博貴，野澤 孝志，中川 一路
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 中川一路
  • 学会等名: 第32回日本生体防御学会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 中木戸 誠，竹内 美結，長門石 曉，相川 知宏，中川 一路，津本 浩平
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] ESCRT 機構による A 群レンサ球菌感染制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野澤 孝志，中川 一路
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 曵地 京，野澤 孝志，中川 一路
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 飯伏 純平，藤 博貴，野澤 孝志，中川 一路
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [備考] 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
• [備考] 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