治療効果を指向した新規抗菌薬の創出

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05783
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 関水 和久 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (90126095)
• 研究分担者: 垣内 力 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (60420238) ; 浜本 洋 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (90361609) ; 松本 靖彦 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (60508141)
• 研究期間 (年度): 2015-05-29 – 2020-03-31
• キーワード: 感染症 / 抗菌薬 / 網羅的遺伝子発現解析

研究実績の概要

１．宿主臓器内における病原性細菌の遺伝子発現の網羅的解析による新規病原性因子の同定：次世代シークセンサーを用いた網羅的遺伝子発現解析によって、宿主臓器環境での発現上昇した黄色ブドウ球菌の遺伝子群のうち、すでに病原性における機能が明確なものを除いた29の遺伝子について破壊株を樹立した。それらの株について、マウスにおける病原性を検討したところ、6つの遺伝子破壊株の病原性が低下していた。また、網羅的な病原性遺伝子黄色ブドウ球菌の機能未知の遺伝子について破壊株樹立を行った。また、真菌についても、臓器感染状態における真菌に遺伝子発現解析の解析条件を検討した。
２．宿主側の感染時における網羅的遺伝子発現解析：１の黄色ブドウ球菌側の遺伝子発現解析を実施する際に、混入してくる宿主側の情報を用いて、宿主の遺伝子発現について解析できるか否か検討したところ、十分な有意水準で解析できることがわかった。その解析の結果、これまでに知られている炎症性のマーカーや、サイトカインなどの発現上昇が確認できた。さらに、細菌感染との関連が指摘されていない遺伝子についても発現上昇することがわかった。その因子は黄色ブドウ球菌が発現する毒素との関連している可能性が考えられなど、宿主と微生物の相互作用の一端を明らかにすることができた。
３．病原性に関わるncRNA領域の推定：今回導入したシステムによって、黄色ブドウ球菌の遺伝子発現のゲノム上の向きが判明し、これまでに全く明らかになっていなかったnon-cording RNA領域と推定される複数の遺伝子が見いだされた。それらのncRNA領域の遺伝子発現について、網羅的な発現上昇解析を行ったところ、少なくとも3つのncRNAの発現量が有意に上昇していた。そのうち一つについて破壊株を樹立し、マウス全身感染モデルにおける病原性を検討したところ、有意な病原性の低下が認められた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の研究により、複数のこれまでに知られていなかった新規病原性遺伝子や新規ncRNAが明らかとなったこと、及び、解析システムの導入と解析方法の確立が順調に進んだことから判断した。さらに、28年度以降に実施予定であった、真菌の感染モデルについても解析に着手できた点からも、研究は順調に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

基本的に研究計画通りに研究を遂行する。昨年度、同定した新規病原性遺伝子について、その新規性や、遺伝子機能の重要性、他の病原性細菌との保存性などを考慮し優先順位を付けて機能解析を実施する。もし生化学的な機能解析手法が確立できた場合、化合物ライブラリーから阻害薬を探索する系の確立が可能であるか否か条件検討を実施する。また、病原性に関わる新規ncRNA遺伝子については、遺伝子発現を制御していると考えられることから、病原性遺伝子の発現ネットワークを解析する上で重要な遺伝子である。そこで、この新規ncRNAを中心に、病原性遺伝子の発現ネットワークを解析する。さらに、宿主と微生物感染の相互作用の解析については、宿主遺伝子の網羅的発現解析の結果を詳細に解析し、別の方法によって遺伝子発現上昇を確認後、抗体による機能抑制や細胞生化学的な手法を用いて、その生物学的な意義について解析を実施する。
また、本年度において、宿主感染状態における真菌の網羅的な発現解析手法を、さらにブラッシュアップし、よりノイズが少ない解析方法の確立を目指す。そのために、所属する帝京大学医真菌研究センターが保有する真菌株を利用する。
研究体制については、平成28年度より代表者と共に研究分担者2名が当センターに配属になっている。また、残り1名の研究分担者は引き続き東京大学に所属しているため、緊密な連絡をとりながら、役割分担を明確にし研究を遂行する。

研究成果

• [雑誌論文] An Intriguing Correlation Based on the Superimposition of Residue Pairs with Inhibitors that Target Protein-Protein Interfaces (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakadai, M., Tomida, S., and Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 6 ページ: 18543
  • DOI: 10.1038/srep18543
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acute oral toxicity test of chemical compounds in silkworms (2016)
  • 著者名/発表者名: Usui, K., Nishida, S., Sugita, T., Ueki, T., Matsumoto, Y., Okumura, H., and Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Drug Discov Ther 巻: 10 ページ: 57-61
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01025
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Using silkworms as a laboratory animal to evaluate medicines and foods (2016)
  • 著者名/発表者名: Sekimizu, K. Hamamoto, H.
  • 雑誌名: Drug Discov Ther 巻: 10 ページ: 1-2
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01018
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of anti-diabetic drugs by using silkworm, Bombyx mori (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Y. Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Drug Discov Ther 巻: 10 ページ: 19-23
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01017
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A hyperglycemic silkworm model for evaluating hypoglycemic activity of Rehmanniae Radix, an herbal medicine (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Y. Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Drug Discov Ther 巻: 10 ページ: 14-18
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01016
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Usefulness of silkworm as a host animal for understanding pathogenicity of Cryptococcus neoformans (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishii, M. Matsumoto, Y. Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Drug Discov Ther 巻: 10 ページ: 9-13
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01015
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Using silkworms to establish alternative animal models for evaluation of drug-induced tissue injury (2016)
  • 著者名/発表者名: Inagaki, Y. Matsumoto, Y. Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Drug Discov Ther 巻: 10 ページ: 40-43
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01023
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of lysocin E using a silkworm model of bacterial infection (2016)
  • 著者名/発表者名: Hamamoto, H. Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Drug Discov Ther 巻: 10 ページ: 24-29
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01012
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Multidrug-Resistance Transporter AbcA Secretes Staphylococcus aureus Cytolytic Toxins (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikai, H. Kizaki, H. Saito, Y. Omae, Y. Sekimizu, K. Kaito, C.
  • 雑誌名: J Infect Dis 巻: 213 ページ: 295-304
  • DOI: 10.1093/infdis/jiv376
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lactic acid bacteria activating innate immunity improve survival in bacterial infection model of silkworm (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishida, S. Ono, Y. Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Drug Discov Ther 巻: 10 ページ: 49-56
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A critical role of mevalonate for peptidoglycan synthesis in Staphylococcus aureus (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Y. Yasukawa, J. Ishii, M. Hayashi, Y. Miyazaki, S. Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 ページ: 22864
  • DOI: 10.1038/srep22894
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Primed Immune Responses Triggered by Ingested Bacteria Lead to Systemic Infection Tolerance in Silkworms (2015)
  • 著者名/発表者名: Miyashita, A. Takahashi, S. Ishii, K. Sekimizu, K. Kaito, C.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 10 ページ: e0130486
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0130486
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phenotypic and genomic comparisons of highly vancomycin-resistant Staphylococcus aureus strains developed from multiple clinical MRSA strains by in vitro mutagenesis (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii, K. Tabuchi, F. Matsuo, M. Tatsuno, K. Sato, T. Okazaki, M. Hamamoto, H. Matsumoto, Y. Kaito, C. Aoyagi, T. Hiramatsu, K. Kaku, M. Moriya, K. Sekimizu, K.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 5 ページ: 17092
  • DOI: 10.1038/srep17092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] カイコ細菌感染モデルによって得られた新規抗生物質ライソシン Eの発見と開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 浜本洋
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-03-26 – 2016-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] Microbe-host interactions revealed using the silkworm infection model (2016)
  • 著者名/発表者名: 垣内力
  • 学会等名: 第89回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2016-03-26 – 2016-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌は、Isdヘム鉄取り込みシステムを介して糖尿病宿主環境に適応する (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本靖彦、宮崎真也、林陽平、石井雅樹、坂上徹、垣内力、関水和久
  • 学会等名: 第89回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2016-03-26 – 2016-03-29
• [学会発表] 新規抗生物質ライソシンEの同定と作用メカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 浜本洋、関水和久
  • 学会等名: 第89回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 大阪国際交流センター（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2016-03-26 – 2016-03-29
• [学会発表] Silkworm Model for Drug Discovery and Drug Development. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sekimizu, Hiroshi Hamamoto
  • 学会等名: The 13th Asia Pacific Federation of Pharmacologist Meeting "New Paradigms in Pharmacology for Global Health"
  • 発表場所: Bangkok (Thailand)
  • 年月日: 2016-02-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Identification and mechanistic analysis of a novel antibiotic lysocin E (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Hamamoto, Kazuhisa Sekimizu
  • 学会等名: The 8th Japan-Korea Chemical Biology Symposium
  • 発表場所: パシフィックホテル沖縄（沖縄県那覇市）
  • 年月日: 2016-01-18 – 2016-01-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Host factors enhance antimicrobial activity of “Lysocin E” (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Hamamoto, Jie Su, Keniichi Ishii, Jyunichiro Yasukawa, Atmika Paudel, Kazuhisa Sekimizu
  • 学会等名: The international chemical congress of pacific basin societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Honolulu (Hawaii, USA)
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] Identification and mechanistic analysis of novel antibiotic “Lysocin E” (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhisa Sekimizu, Hiroshi Hamamoto
  • 学会等名: The international chemical congress of pacific basin societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: Honolulu (Hawaii, USA)
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 宿主臓器における遺伝子発現上昇を指標とした黄色ブドウ球菌の新規病原性因子の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 扇喜秀、浜本洋、鈴木穣、関水和久
  • 学会等名: BMB2015 第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会 合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌のGlcNAc-malを介した糖尿病宿主への病原性発揮機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石井雅樹、松本靖彦、林陽平、宮崎真也、坂上徹、垣内力、関水和久
  • 学会等名: 第9回細菌学若手コロッセウム
  • 発表場所: レインボー桜島（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 2015-11-23 – 2015-11-25
• [学会発表] 高度バンコマイシン耐性黄色ブドウ球菌に対するバンコマイシンとβ-ラクタム系抗生物質の併用効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田渕史晃、松本靖彦、石井雅樹、龍野桂太、岡崎充宏、佐藤智明、森屋恭爾、関水和久
  • 学会等名: 第98回日本細菌学会関東支部総会
  • 発表場所: 東京歯科大学（東京都千代田区）
  • 年月日: 2015-10-29 – 2015-10-30
• [学会発表] カイコ細菌感染モデルにて同定された新規抗生物質ライソシンE (2015)
  • 著者名/発表者名: 浜本洋、関水和久
  • 学会等名: 第64回日本感染症学会東日本地方学術集会、第62回日本化学療法学会東日本支部総会 合同学会
  • 発表場所: ロイトン札幌（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-10-21 – 2015-10-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌のHMG-CoAレダクターゼのペプチドグリカン合成における役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本靖彦、安川淳一郎、石井雅樹、林陽平、宮崎真也、関水和久
  • 学会等名: 第６０回日本ブドウ球菌研究会
  • 発表場所: 広島大学東京オフィス（港区芝浦）
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 黄色ブドウ球菌の病原性発現に働くヌクレオシド二リン酸分解酵素に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 今江健太、齋藤祐樹、木崎速人、毛瀚、立野浩輝、宮下惇嗣、関水和久、垣内力
  • 学会等名: 第14回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2015
  • 発表場所: 千葉大学亥鼻キャンパス（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2015-09-12 – 2015-09-13
• [学会発表] 宿主臓器における遺伝子発現上昇を指標とした黄色ブドウ球菌の新規病原性因子の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 扇喜秀、浜本洋、鈴木穣、関水和久
  • 学会等名: 第14回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2015
  • 発表場所: 千葉大学亥鼻キャンパス（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2015-09-12 – 2015-09-13
• [学会発表] 糖尿病宿主への感染に必要な黄色ブドウ球菌の新規病原性因子HdvA/Hbpタンパク質複合体はGlcNAc-mal脱アセチル化酵素として働く (2015)
  • 著者名/発表者名: 石井雅樹、松本靖彦、林陽平、宮崎真也、坂上徹、垣内力、関水和久
  • 学会等名: 第14回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2015
  • 発表場所: 千葉大学亥鼻キャンパス（千葉県千葉市）
  • 年月日: 2015-09-12 – 2015-09-13
• [学会発表] カイコの感染モデルを用いた新規感染症治療薬の発見手法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 関水和久
  • 学会等名: 第27回微生物シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マウス臓器に感染した黄色ブドウ球菌の網羅的遺伝子発現解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浜本洋、扇喜秀、鈴木穣、Paudel Atmika, 関水和久
  • 学会等名: 第27回微生物シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] 糖尿病宿主に対する病原性因子であるHdvAタンパク質はHbpタンパク質と複合体を形成し、黄色ブドウ球菌のGlcNAc-malを脱アセチル化する (2015)
  • 著者名/発表者名: 石井雅樹、松本靖彦、林陽平、宮崎真也、坂上徹、垣内力、関水和久
  • 学会等名: 第27回微生物シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-09-04 – 2015-09-05
• [学会発表] 宿主臓器に感染した黄色ブドウ球菌のRNA-Seq解析に基づく新規病原性因子の探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浜本洋
  • 学会等名: 新学術領域「ゲノム支援」２０１５年度 拡大班会議
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-08-27
• [備考] 微生物薬品化学教室のホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~bisei/index.html