膜孔形成毒素の動的な作用機構の解明

• 研究領域: 生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
• 研究課題/領域番号: 26102501
• 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: 理工系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 田中 良和 北海道大学, 先端生命科学研究科(研究院), 准教授 (20374225)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 蛋白質 / 微生物 / X線

研究実績の概要

院内感染の原因菌として知られる黄色ブドウ球菌は，様々な膜孔形成毒素を分泌し，宿主の血球細胞を破壊する．αヘモリジン（αHL）は膜孔形成毒素の一つであり，βバレル型の膜孔を形成して赤血球を破壊する．αHLは可溶性の単量体として分泌されるが，赤血球の膜上で会合してpreporeと呼ばれる中間体構造を形成した後，大きく構造変化して膜孔を形成する．膜孔形成機構の理解に向け，様々な膜孔形成毒素において，各段階の結晶構造解析が行われてきたが，αHLは膜孔へと会合しやすく，これまで，膜孔の構造のみしか決定されていなかった．そこで本研究では，過去の報告をもとに，安定な単量体およびpreporeを形成する変異体を取得し（H35A変異体およびW179A/R200A二重変異体），これら結晶構造解析によりαHLの一連の動的な構造変化を明らかにした．また，結晶構造解析の結果，Asp45-Tyr118間の水素結合，およびN末端アミノラッチ領域が機能発現に重要な役割を担う事が明らかになったため，これらの部位の変異体蛋白質を調製し，その膜孔形成活性を評価した．これらの結果に基づき，αHLの動的な膜孔形成機構を解明した．得られた成果を，Toxicon誌に報告したほか，第15回日本蛋白質科学会年会，生理学研究所 研究会「膜システムの機能的・構造的統合」，The 3rd International Life-Science Symposium，Hokkaido University / Pusan National University Joint Symposium 2016 in Busan，2015年度量子ビームサイエンスフェスタ・第7回MLFシンポジウム・第33回PFシンポジウムにて発表した．

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Structural basis for pore-forming mechanism of staphylococcal α-hemolysin (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaki Sugawara, Daichi Yamashita, Koji Kato, Zhao Peng, Junki Ueda, Jun Kaneko, Yoshiyuki Kamio, Yoshikazu Tanaka, Min Yao
  • 雑誌名: Toxicon 巻: 108 ページ: 226-231
  • DOI: 10.1016/j.toxicon.2015.09.033
  • NAID: 120005898548
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal Structure of the 3.8-MDa Respiratory Supermolecule Hemocyanin at 3.0 Å Resolution (2015)
  • 著者名/発表者名: Zuoqi Gai, Asuka Matsuno, Koji Kato, Sanae Kato, Md Rafiqul Islam Khan, Takeshi Shimizu, Takeya Yoshioka, Yuki Kato, Hideki Kishimura, Gaku Kanno, Yoshikatsu Miyabe, Tohru Terada Yoshikazu Tanaka, and Min Yao
  • 雑誌名: Structure 巻: 23 号: 12 ページ: 2204-2212
  • DOI: 10.1016/j.str.2015.09.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 黄色ブドウ球菌が産生する膜孔形成毒素の作用機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中良和
  • 雑誌名: Isotope News 巻: 736 ページ: 7-11
  • 査読あり
• [雑誌論文] 黄色ブドウ球菌の2成分性膜孔形成毒素γヘモリジンの膜孔形成メカニズム 失敗から明らかになった毒素の戦略 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中良和
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 53 ページ: 136-137
  • NAID: 130005126417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Human NAT10 is an ATP-dependent RNA acetyltransferase responsible for N4-acetylcytidine formation in 18S rRNA (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ito, Sayuri Horikawa, Tateki Suzuki, Hiroki Kawauchi, Yoshikazu Tanaka, Takeo Suzuki, and Tsutomu Suzuki
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 289 号: 52 ページ: 35724-35730
  • DOI: 10.1074/jbc.c114.602698
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular basis of transmembrane beta-barrel formation of staphylococcal pore-forming toxins (2014)
  • 著者名/発表者名: Daichi Yamashita, Takaki Sugawara, Miyu Takeshita, Jun Kaneko, Yoshiyuki Kamio, Isao Tanaka, Yoshikazu Tanaka, and Min Yao
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 4897-4897
  • DOI: 10.1038/ncomms5897
  • NAID: 120005572422
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural and genomic DNA analysis of the putative TetR transcriptional repressor SCO7518 from Streptomyces coelicolor A3(2) (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Hayashi, Yoshikazu Tanaka, Naoki Sakai, Ui Okada, Min Yao, Nobuhisa Watanabe, Tomohiro Tamura, and Isao Tanaka
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 588 号: 23 ページ: 4311-4318
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2014.09.037
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anchoring protein crystals to mounting loops with hydrogel using inkjet technology (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira Shinoda, Yoshikazu Tanaka, Min Yao and Isao Tanaka
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section D 巻: D70 号: 11 ページ: 2794-2799
  • DOI: 10.1107/s139900471401476x
  • NAID: 120005530838
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nucleoid compaction by MrgAAsp56Ala/Glu60Ala does not contribute to staphylococcal cell survival against oxidative stress and phagocytic killing by macrophage (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuri Ushijima, Ryosuke L. Ohniwa, Atsushi Maruyama, Shinji Saito, Yoshikazu Tanaka, and Kazuya Morikawa
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Letters 巻: 360 号: 2 ページ: 144-151
  • DOI: 10.1111/1574-6968.12598
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of a bacterial Asn-transamidosome (2014)
  • 著者名/発表者名: Tateki Suzuki, Keitaro Yamashita, Yoshikazu Tanaka, Isao Tanaka, and Min Yao
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F 巻: F70 号: 6 ページ: 790-793
  • DOI: 10.1107/s2053230x14007274
  • 査読あり
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌由来α-hemolysinの分子機構の解明（Molecular mechanism of staphylococcal α-hemolysin） (2016)
  • 著者名/発表者名: 菅原宇希，山下大智，加藤公児，金子淳，神尾好是，田中良和，姚閔
  • 学会等名: 2015年度量子ビームサイエンスフェスタ・第7回MLFシンポジウム・第33回PFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] Molecular mechanism of staphylococcal pore forming toxin (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Tanaka
  • 学会等名: Hokkaido University / Pusan National University Joint Symposium 2016 in Busan
  • 発表場所: 釜山広域市（韓国）
  • 年月日: 2016-03-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] X線結晶構造解析により明らかになった黄色ブドウ球菌の膜孔形成毒素蛋白質の膜孔形成機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中良和
  • 学会等名: 生理学研究所 研究会「膜システムの機能的・構造的統合」
  • 発表場所: 生理学研究所（愛知県岡崎市）
  • 年月日: 2015-09-01
  • 招待講演
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌が赤血球を破壊する毒素の作用原理（Molecular mechanism of pore forming toxin from Staphylococcus aureus） (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中良和，山下大智，菅原宇希，金子淳，神尾好是，姚閔
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2015-06-24
  • 招待講演
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌由来α-ヘモリジンの膜孔形成機構（Pore formation mechanism of staphylococcal α-hemolysin） (2015)
  • 著者名/発表者名: 菅原宇希，山下大智，加藤公児，金子淳，神尾好是，田中良和，姚閔
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2015-06-24
• [学会発表] 分子量4MDaの細胞外酸素運搬体ヘモシアニンの解離－再会合 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤早苗，Md. Rafiqul Islam Khan，吉岡武也，信太茂春，岸村栄毅，清水健志，田中良和
  • 学会等名: 第87回 日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都市）
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌由来α-ヘモリジン単量体の結晶構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 菅原宇希，山下大智，田中良和，金子淳，神尾好是，田中勲，姚閔
  • 学会等名: 第52回 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 結晶構造解析により明らかになった黄色ブドウ球菌由来膜孔形成毒素の分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中良和，山下大智，菅原宇希，金子淳，神尾好是，田中勲，姚閔
  • 学会等名: 第61回 トキシンシンポジウム
  • 発表場所: ルネッサンスリゾートナルト（鳴門市）
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [図書] Essential タンパク質科学 第2章 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中良和
  • 総ページ数: 36
  • 出版者: 南江堂
• [備考] 北海道大学 X線構造生物学研究室 ホームページ
  • URL: http://altair.sci.hokudai.ac.jp/g6/