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ボツリヌス神経毒素の結晶構造解析と受容体結合様式の特殊性の解明

公募研究

研究領域感染現象のマトリックス
研究課題/領域番号 21022046
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関藤田保健衛生大学

研究代表者

塚本 健太郎  藤田保健衛生大学, 医学部, 講師 (80434596)

研究分担者 小崎 俊司  大阪府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (10109895)
田中 良和  北海道大学, 創成科学共同研究機構, 特任助教 (20374225)
研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
7,000千円 (直接経費: 7,000千円)
2010年度: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2009年度: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
キーワード細菌 / 蛋白質 / 結晶構造 / ボツリヌス菌 / ボツリヌス神経毒素 / ガングリオシド / 受容体 / 結晶工学 / ボツリヌス毒素
研究概要

C型およびD型に分類される4種の毒素受容体結合ドメイン(Hc)について結晶構造と結合特異性についての解析を試みた。4種のHcのうち、DCモザイク毒素由来のOFD05Hcの立体構造をSe-SAD法にて2.8Aの分解能で決定した。しかし、N末端ドメインのフレキシビリティが高く、良好なモデルを構築することが出来なかった。そこで、N,C末端の各ドメインを別々に調製し、それぞれの構造を分子置換法により決定した上、これらの構造を上記のHcの構造に重ね合わせることにより、全体構造を構築した。明らかになった構造を機知のボツリヌス毒素のHcと比較したところ,本Hcには特徴的な長いループ領域の存在が確認された。このループには硫酸イオンが結合しており、機能発現における重要性が示唆された。また、他のボツリヌス毒素と同様にC末端領域にはポケット構造が存在していた。次に、立体構造をもとに31種類のAla残基置換体とループ領域の欠失変異体を作製し、その受容体結合活性を表面プラズモン共鳴と培養細胞への結合アッセイにより評価した。その結果、ループ領域とポケット周辺への変異導入により、結合活性が著しく減少することが明らかになった。更に、ガングリオシド中に含まれるSialyllactoseとの複合体の結晶構造を3.4Aの分解能で決定した。明らかになった構造において、単糖分子の電子密度が上記のポケット中に確認された。この部位は、他のボツリヌス毒素においてもガングリオシド結合ポケットとして機能することが報告されており、OFD05Hcにおいても同様の機構によりガングリオシドを認識することが示唆された。このことは、変異体解析の結果からも強く裏付けられる。一方、長いループ周辺には有意な電子密度は確認されず、このループが直接ガングリオシドを認識しているかどうか明らかにするためには、より詳細な解析が必要と考えられた。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Preliminary X-ray crystallographic study of the receptor-binding domain of the D/C mosaic neurotoxin from Clostridium botulinum2010

    • 著者名/発表者名
      Nuemket, N., et.al
    • 雑誌名

      Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun

      巻: 66 ページ: 608-610

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lincomycin-induced over-expression of mature recombinant cholera toxin B subunit and the holotoxin in Escherichia coli2009

    • 著者名/発表者名
      Arimitsu, H.et al.
    • 雑誌名

      Protein Expression Purification 67

      ページ: 96-103

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nucleotide sequence analysis of the enterotoxigenic Escherichia coli Entplasmid2009

    • 著者名/発表者名
      Ochi, S.et al.
    • 雑誌名

      DNA Research 16

      ページ: 299-309

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ボツリヌスC型およびDCモザイク神経毒素は異なるガングリオシドを介して細胞内に侵入する2010

    • 著者名/発表者名
      西脇啓太, 他
    • 学会等名
      第47回日本細菌学会中部支部総会
    • 発表場所
      新潟県新潟市
    • 年月日
      2010-10-23
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] ボツリヌス神経毒素受容体結合領域の結晶構造と細胞内侵入機構の解析2010

    • 著者名/発表者名
      塚本健太郎, 他
    • 学会等名
      第57回トキシンシンポジウム
    • 発表場所
      滋賀県長浜市
    • 年月日
      2010-07-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] ボツリヌスDCモザイク毒素重鎖C末端領域の構造と活性について2010

    • 著者名/発表者名
      塚本健太郎, 他
    • 学会等名
      第8回感染症沖縄フォーラム
    • 発表場所
      沖縄県宜野湾市
    • 年月日
      2010-02-12
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] EC細胞を用いたボツリヌス神経毒素重鎖C末端領域の機能解析2009

    • 著者名/発表者名
      塚本健太郎, 他
    • 学会等名
      第46回日本細菌学会中部支部総会
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2009-10-24
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] ボツリヌス神経毒素重鎖C末端領域の脂質受容体に対する結合活性2009

    • 著者名/発表者名
      塚本健太郎, 他
    • 学会等名
      第56回トキシンシンポジウム
    • 発表場所
      岐阜県岐阜市
    • 年月日
      2009-08-26
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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