カルバペネマーゼの活性上昇に関与するアミノ酸残基の網羅的特定と立体構造変化の解析

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K09018
• 研究機関: 奈良県立医科大学
• 研究代表者: 山本 惠三 奈良県立医科大学, 医学部, 准教授 (90254490)
• 研究分担者: 矢野 寿一 奈良県立医科大学, 医学部, 教授 (20374944)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: カルバペネマーゼ / 基質特異性 / X線結晶構造解析

研究実績の概要

最終年度においては、①野生型IMP-6の構造解析、及びIMP-1との基質特異性の違いに対する構造学的考察、②Y123N変異型酵素の低分解能の構造解析、の2点を行った。
IMP-6は0.1 M MES (pH 6.5), 0.05 mM ZnSO4, 0.14 M ammonium sulfate, 25% polyethylene glycol monomethyl ether 5000の結晶化条件で結晶化し、SPring-8のBL44XUを用いて回折データを収集した。結晶の空間群はP212121、格子定数は、a=4.9146 nm、b=7.8434 nm、c=26.0431 nmであった。非対称単位中には4分子のIMP-6が存在し、分解能0.183 nmまでの構造を精密化した。
既に構造が解析されているIMP-1と比較すると、全体構造はほぼ同一であったが、基質結合に関与すループ部分の構造が大きく異なっていた。IMP-1ではフリーの状態では、L3は開いた構造、基質/阻害剤が結合すると閉じた状態であるが、IMP-6ではフリーの状態でもIMP-1に比べ基質結合部位を大きく覆う構造であった。基質を結合させたシミュレーションを行うと、イミペネムはループ部分と立体障害を生じるため結合が妨げられることが予想された。このことが、メロペネムに比べイミペネムのKmが大きい理由であると考えられた。
Y123N変異型酵素は0.1 M sodium acetate, 0.05 mM ZnSO4, 0.2 M ammonium acetate, 23% PEG4000の結晶化条件で結晶化し、大阪大学蛋白質研究所において分解能0.242 nmまでの回折データを測定した。構造解析を行ったところ、Asn123の位置するループ部分の自由度が増大したことが、基質特異性の違いに影響を与えることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Environmental presence and genetic characteristics of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae from hospital sewage and river water in the Philippines. (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Nazareno PJ, Nakano R, Mondoy M, Nakano A, Bugayong MP, Bilar J, Perez M 5th, Medina EJ, Saito-Obata M, Saito M, Nakashima K, Oshitani H, Yano H
  • 雑誌名: Appl Environ Microbiol 巻: 88 ページ: e01906-19
  • DOI: 10.1128/AEM.01906-19
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Comparison of IMP carbapenemase-producing Enterobacteriaceae with non-carbapenemase-producing Enterobacteriaceae: a multicentre prospective study of clinical and molecular epidemiology of carbapenem-resistant Enterobacteriaceae. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K, Nakano R, Hase R, Shimatani M, Kato H, Hasumi J, Doi A, Sekiya N, Nei T, Okinaka K, Kasahara K, Kurai H, Nagashima M, Miyoshi-Akiyama T, Kakuta R, Yano H, Ohmagari N
  • 雑誌名: J Antimicrob Chemother 巻: 75 ページ: 697-708
  • DOI: 10.1093/jac/dkz501
  • 査読あり
• [雑誌論文] CTX-M型βーラクタマーゼの基質特異性に対するAla219の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本惠三
  • 雑誌名: SPring-8/SACLA利用成果報告集 巻: 7 ページ: 201-205
  • DOI: 10.18957/rr.7.2.201
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Indication of minimum inhibitory concentration of β-lactam antimicrobials for the primary extraction of IMP-producing Enterobacteriaceae. (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito K, Nakamura K, Harada R, Nakano R, Yano H, Kanemitsu K
  • 雑誌名: Jpn J Infect Dis 巻: 72 ページ: 68-70
  • DOI: 10.7883/yoken.JJID.2018.297
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of IMP-34 and OXA-58-producing carbapenem-resistant Acinetobacter colistiniresistens. (2019)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Endo S, Nakano R, Nakano A, Saito K, Kakuta R, Kakuta N, Horiuchi S, Yano H, and Kaku M
  • 雑誌名: Antimicrob Agents Chemother 巻: 63 ページ: e02633-18
  • DOI: 10.1128/AAC.02633-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of the inoculum size effects in blaIMP-6 and plasmid-mediated quinolone resistance gene-positive Enterobacteriaceae in Japan. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Y, Nakano R, Kasahara K, Mizuno T, Hirai N, NakanoA, Suzuki Y, Kakuta N, Masui T, Yano H, Mikasa K
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 14 ページ: e022521
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0225210
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biofilm-forming by carbapenem resistant Enterobacteriaceae may contribute to the blood stream infection. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakano R, Yaita K, Gotoh K, Iwahashi J, Sakai Y, Horita R, Yano H, Watanabe H
  • 雑誌名: Int J Mol Sci 巻: 20 ページ: E5954
  • DOI: 10.3390/ijms20235954
  • 査読あり
• [学会発表] A hidden cooperative function of NAD(H) and HbO2 for suppressing metHb formation and elucidation of its antioxidative pseudo-enzymatic mechanism (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada M, Matsuhira T, Yamamoto K, Sakai H
  • 学会等名: XVII-ISBS-2019
  • 国際学会
• [学会発表] Quantification of hybrid a2b2 tetramer formed by spontaneous exchange of dimeric ab subunits between PEGylated and native hemoglobins using intra-molecular cross-linking (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuhira T, Yamamoto K, Sakai H
  • 学会等名: XVII-ISBS-2019
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular epidemiology of carbapenem-resistant clinical isolates of Aeromonas spp. in Japan. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kitagawa D, Tanouchi A, Suzuki Y, Abe N, Ui K, Masuo K, Nakano R, Yano H
  • 学会等名: Molecular epidemiology of carbapenem-resistant clinical isolates of Aeromonas spp. in Japan.
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of the NG-Test CARBA5 for the detection of carbapenemase-producing Gram-negative bacilli. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ando S, Nakano R, Tanouchi A, Mizuno T, Nakano A, Suzuki, Y Kakuta N, Yano H
  • 学会等名: 29th European Congress of Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ECCMID)
  • 国際学会
• [学会発表] Comparison of IMP carbapenemase-producing and non-carbapenemase-producing Enterobacteriaceae: A multicenter prospective study of clinical and molecular epidemiology in Japan. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa K, Nakano R, Hase R, Shimatani M, Kato H, Hasumi J, Doi A, Sekiya N, Nei T, Okinaka K, Kasahara K, Kurai H, Nagashima M, Miyoshi-Akiyama T, Kakuta R, Yano H, Ohmagari N
  • 学会等名: IDWeek
  • 国際学会
• [学会発表] カルバペネマーゼNMC-A産生株の耐性機構解明ならびに検出法の構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中野竜一、中野章代、山田友紀、鈴木由希、諏訪部章、矢野寿一
  • 学会等名: 第93回日本感染症学会総会・学術講演会
• [学会発表] イムノクロマト法による新規カルバペネマーゼ検出試薬NG-TestCARBA5の有用性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安藤冴佳、中野竜一、田内絢子、水野友貴、中野章代、鈴木由希、角田尚紀、桝井貴史、矢野寿一
  • 学会等名: 第93回日本感染症学会総会・学術講演会
• [学会発表] カルバペネム耐性Enterobacter属の耐性機構を選別するディスク法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中野竜一、中野章代、鈴木由希、角田尚紀、田内絢子、安藤冴佳、水野友貴、矢野寿一
  • 学会等名: 第67回日本化学療法学会
• [学会発表] フィリピンの環境より分離されたカルバペネマーゼ産生グラム陰性桿菌の分離状況 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木由希、中野竜一、中野章代、矢野寿一
  • 学会等名: 第67回日本化学療法学会
• [学会発表] 東南アジアで獲得したメタロβ―ラクタマーゼ産生多剤耐性緑膿菌による髄膜炎の一例 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬場啓聡、金森肇、鈴木由希、中野竜一、大江千紘、大島謙吾、青柳哲史、徳田浩一、矢野寿一、賀来満夫
  • 学会等名: 第68回日本感染症学会東日本地方会学術集会
• [学会発表] フィリピンの環境より分離されたカルバペネマーゼ産生Acinetobacter属の特徴について (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木由希、中野竜一、中野章代、角田梨紗子、矢野寿一
  • 学会等名: 第66回日本化学療法学会東日本支部総会
• [学会発表] 奈良市全域の23病院におけるカルバペネム耐性腸内細菌科の実態調査 (2019)
  • 著者名/発表者名: 張本健仁、中野竜一、中野章代、鈴木由希、角田尚紀、角田梨紗子、水野友貴、安藤冴佳、源優樹、矢野寿一
  • 学会等名: 第62回日本感染症学会中日本地方会学術集会
• [学会発表] フィリピンの環境中から分離されたPseudomonas属が保有するカルバペネマーゼ遺伝子について (2019)
  • 著者名/発表者名: 源優樹、中野竜一、鈴木由希、中野章代、角田尚紀、角田梨紗子、堀内沙央里、張本健仁、水野友貴、中島一敏、矢野寿一
  • 学会等名: 第62回日本感染症学会中日本地方会学術集会
• [学会発表] カルバペネマーゼ産生グラム陰性桿菌検出法の比較検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安藤冴佳、中野竜一、田内絢子、鈴木由希、中野章代、角田尚紀、矢野寿一
  • 学会等名: 第62回日本感染症学会中日本地方会学術集会
• [学会発表] 本邦で分離されたカルバペネマーゼ産生肺炎桿菌が保有する病原遺伝子の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 水野友貴、中野竜一、小川美保、中野章代、鈴木由希、斎藤恭一、矢野寿一
  • 学会等名: 第67回日本化学療法学会西日本支部総会
• [学会発表] フィリピンの環境水から分離されたカルバペネマーゼ産生腸内細菌科の分子遺伝学的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木由希、中野竜一、中野章代、田内絢子、堀内沙央里、角田尚紀、桝井貴史、中島一敏、矢野寿一
  • 学会等名: 第62回日本感染症学会中日本地方会学術集会
• [学会発表] 環境中に分布するカルバペネマーゼ産生Acinetobacter属における耐性遺伝子拡散の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木由希、中野竜一、中野章代、角田尚紀、堀内沙央里、角田梨紗子、中島一敏、矢野寿一
  • 学会等名: 第31回日本臨床微生物学会総会・学術集会
• [学会発表] 環境中に分布するカルバペネマーゼ産生Acinetobacter属およびPseudomonas属における耐性遺伝子拡散の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木由希、中野竜一、Pearl Joy Nazareno、中野章代、源優樹、角田尚紀、堀内沙央里、角田梨紗子、中島一敏、矢野寿一
  • 学会等名: 第93回日本細菌学会総会