結核の潜在化機構の解析と、潜在化の維持による結核制圧戦略の構築

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05187
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 松本 壮吉 新潟大学, 医歯学系, 教授 (30244073)
• 研究分担者: 阿戸 学 国立感染症研究所, ハンセン病研究センター 感染制御部, 部長 (20392318) ; 田村 敏生 国立感染症研究所, ハンセン病研究センター 感染制御部, 室長 (40291306) ; 西山 晃史 新潟大学, 医歯学系, 講師 (80452069)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 結核 / 無症候感染 / ワクチン

研究実績の概要

結核菌のすみかは人であり、無症候感染者の5-10%において、潜伏感染菌の再増殖が生じ、結核が発症する。したがって活動性結核と潜在性結核の双方に対処することが結核の制圧につながると代表者は考え、結核菌の潜伏感染機構と発症メカニズムを継続的に解析している。本研究では、疾患の潜在化の機構の解析を進めるとともに、結核の潜在化の維持や誘導による、新しい感染制御法を構築することを目的としている。
潜在化のメカニズム解析；　休眠結核菌は、分裂せずに長期間生存することができる。これは結核菌を含む抗酸菌に共通する特性で、潜伏感染菌の生存メカニズムでもある。抗酸菌特有の核様体蛋白質Mycobacterial DNA-binding protein 1 (MDP1)は、増殖抑制活性を有する抗酸菌休眠の鍵分子である。MDP1は、人型結核菌では必須であるが、非病原性で速育性のMycobacterium smegmatisでは欠失させることができる。このMDP1が欠失したM. smegmatisの生菌数を経時的に観察すると静止期以降に野生株と比較して顕著に減少することが分かった。
このMDP1依存的なM. smegmatisの長期生存機構を、静止期におけるMDP1の作用をプロテオミクスをベースに解析したところ、MDP1がDNA複製、代謝、脂肪酸合成、および酸素ラジカルの発生を抑制していることが分かった。この機構は、真核生物にも共通する長寿の普遍的なメカニズム、すなわち「遅発育性」「低代謝」とも共通していた。本成果を論文にまとめ出版した。
一方で、MDP1の制御を逃れ、静止期や休眠期でも発現が継続する結核菌抗原の抗原性と機能についてワクチンや創薬を視野に解析を継続している。

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

M. smegmatisの静止期以降の生存に長期生存機構を解析し、真核生物にも共通する長寿の普遍的なメカニズム、すなわち「遅発育性」「低代謝」が認められ、それを抗酸菌の増殖抑制蛋白質MDP1が制御していることを明かにした。一方で、MDP1以外に無症候感染における発症抑止に関わる分子の探索を目的として、MDP1の制御を逃れ静止期以降に発現する蛋白質の特定を進めており、遺伝子クローニング、蛋白質の精製、欠失株の作成を進行させている。一方で、結核菌感染マウスの投薬により、休眠―潜伏感染の系を作成し、主要結核菌抗原の免疫原性を再度解析した。このように、研究はおおむね順調に進行している。

今後の研究の推進方策

MDP1については、その機能ドメインの解析を行う。特にカルボキシル部位は抗酸菌に特徴的な天然変性領域であることが分かってきた。天然変性領域を含め、MDP1の機能ドメインを同定し、増殖、代謝、ラジカル産生抑制の機能が、どのように同時に発現するのかを解析する。
投薬した結核菌感染マウスにおける、各種結核菌抗原に対する免疫応答を、フローサイトメーターによる細胞の分子マーカーとサイトカインとの多重染色で解析し、潜伏感染と発症時における免疫細胞の応答に違いがあるかを検討する。また同時に、各種結核菌抗原に対する抗体応答についてもELISA等で検証する。
潜在期と増殖期にそれぞれ発現し、結核の潜在化や発症に関わる機能分子や抗原の調整を進め、それぞれの活性や抗原性を検証する。標的と目された分子については、結核菌でその欠失株を作成して解析する。

研究成果

• [雑誌論文] Longgitudial evaluation of humoral immunity and bacterial and clinical parameters reveals that antige-specific antibodies suppress inflammatory responses in active tuberculosis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Niki M, Yoshiyama T, Miyamoto Y, Okamura M. Niki M, Oinuma K, Kaneko Y, Matsumoto S, Sasaki Y, Ogata H, Goto H, Kudoh S, and Hoshino Y.
  • 雑誌名: J Immun Res 巻: - ページ: -
  • DOI: Niki M, Yoshiyama T, Miyamoto Y, Okamura M. Niki M, Oinuma K, Kaneko Y, Matsumoto S, Sasaki Y, Ogata H, Goto H, Kudoh S, and Hoshino Y.
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Mycobacterial DNA-binding protein 1 is critical for long term survival of Mycobacterium smegmatis and simultaneously coordinates cellular functions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Enany, S., Y. Yoshida, Y. Tateishi, Y. Ozeki, A. Nishiyama, A. Savitskaya, T. Yamaguchi, Y. Ohara, T. Yamamoto, M. Ato, and S. Matsumoto.
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: - ページ: 7：6810
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Mycobacterial DNA-binding protein 1 is critical for long term survival of Mycobacterium smegmatis and simultaneously coordinates cellular functions. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shymaa Enany, Yutaka Yoshida, Yoshitaka Tateishi, Yuriko Ozeki, Akihito Nishiyama, Anna Savitskaya, Takehiro Yamaguchi, Yukiko Ohara, Tadashi Yamamoto, Manabu Ato, and Sohkichi Matsumoto,
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Medical Science Program, 52nd Mycobacteria Panel Meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] Biofilm formation in Mycobaterium avium subsp. hominissuis-Role of hypoxia, eutrophy and glycopeptidolipid. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Tateishi, Takahiro Totani, Yukiko Nishiuchi, Yutaka Yoshida, Akihito Nishiyama, Yuriko Ozeki, Sohkichi Matsumoto.
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Medical Science Program, 52nd Mycobacteria Panel Meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] Antibody responses from tuberculosis patients in Surabaya, Indonesia against Mycobacterium tuberculosis protein. (2018)
  • 著者名/発表者名: Desak Nyoman Surya Suameitria Dewi, Ni Made Mertaniasih, Soedarsono4, Yuriko Ozeki, and Sohkichi Matsumoto.
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Medical Science Program, 52nd Mycobacteria Panel Meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] The role of HIF-1α-regulated genes in Mycobacterium tuberculosis-infected macrophages. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mayuko Osada-Oka, Mutsumi Sato, Yuriko Ozeki, Sohkichi Matsumoto.
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Medical Science Program, 52nd Mycobacteria Panel Meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] Whole-Genome Sequencing Analysis of Genotype Specific in Multidrug-Resistant Mycobacterium tuberculosis in Osaka Prefecture, (2018)
  • 著者名/発表者名: Aki Tamaru, Takayuki Wada, Sohkichi Matsumoto, Tomotada Iwamoto.
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Medical Science Program, 52nd Mycobacteria Panel Meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] A new screen for tuberculosis drug candidates utilizing a luciferase-expressing recombinant Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-Gueren (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuriko Ozeki, Masayuki Igarashi, Matsumi Doe, Aki Tamaru, Naoko Kinoshita, Yoshitoshi Ogura, Tomotada Iwamoto, Ryuichi Sawa, Maya Umekita, Shymaa Enany, Yukiko Nishiuchi, Mayuko Osada-Oka, Tetsuya Hayashi, Mamiko Niki1,Yoshitaka Tateishi, Masaki Hatano, and Sohkichi Matsumoto.
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Medical Science Program, 52nd Mycobacteria Panel Meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] The effects of booster vaccine composed of MDP1 and G9.1 against tuberculosis in cynomogus monkeys. (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Hayashi, Jun-ichi Maeyama, Toshiko Yamamoto, Toshio Yamazaki, Tetsu Mukai, Toshiki Tamura, Sachi Okabayashi, Fumiko Suzuki, Yuriko Ozeki, Akira Yokoyama, Yuriko Suzaki, Yasushi Ami, Yoshitaka Goto, Sumiko Iho, Sohkichi Matsumoto and Saburo Yamamoto.
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Medical Science Program, 52nd Mycobacteria Panel Meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] Serum antibody profiles in individuals with latent Mycobacterium tuberculosis infection. (LTBI) (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeya Fujikawa, Ryoji Maekura, Seigo Kitada, Mayuko Osada-Oka, Yoshitaka Tateishi, Junko Ogawa2, Masahide Mori and Sohkichi Matsumoto.
  • 学会等名: US-Japan Cooperative Medical Science Program, 52nd Mycobacteria Panel Meeting,
  • 国際学会
• [学会発表] 潜在期結核菌抗原の精製と感染診断への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大原由貴子，尾関 百合子，立石 善隆，西山 晃史，山本 三郎，中川 一路，松本 壮吉
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会
• [学会発表] 誘導型発現制御系を用いた抗酸菌 mycobacterial DNA- binding protein 1 の機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: Anna Savitskaya，西山 晃史，松本 壮吉
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会
• [学会発表] From biology of Mycobacterium to the development of the control strategies against tuberculosis, (2017)
  • 著者名/発表者名: Sohkichi Matsumoto
  • 学会等名: The 13th Nagasaki-Singapore Medical Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] シンプル微生物学 改訂第６版 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本 壮吉 他
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 南江堂
  • ISBN: 4524254838