新規化膿レンサ球菌性扁桃炎モデルによる好中球細胞外トラップ分解産物の病原性解析

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14974
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田中 基嗣 東京大学, 医学部附属病院, 登録研究員 (40755740)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 化膿レンサ球菌 / 好中球細胞外トラップ / DNase / Streptococcus pyogenes / Group A streptococcus / NETs

研究実績の概要

化膿レンサ球菌の臨床分離株をマウスに経鼻感染させ、再現性よく、感染72時間後に菌血症を来たし、感染6日後までに致死的となる感染動物モデルを構築した。感染マウスでは、経時的に鼻粘膜破壊が生じ、著しい鼻粘膜上皮細胞のアポトーシスが観察された。感染局所では、好中球とマクロファージの浸潤がみられたが、菌塊の中心部には好中球のみが観察された。薬剤によって好中球除去又はマクロファージを除去したマウスを作製し、化膿レンサ球菌を感染させたところ、好中球除去マウスでは感染局所菌数が減少し、マクロファージ除去マウスでは菌数が増加した。このことから、好中球が化膿レンサ球菌の感染拡大に寄与した可能性が示唆された。化膿レンサ球菌は、分泌型DNaseにより好中球細胞外トラップを分解するため、同分解産物によるマクロファージ細胞死が起きている可能性を検討した。ヒト単球系細胞を用いたin vitroの実験において、化膿レンサ球菌培養液上清には強い細胞毒性が観察された。好中球を刺激して、好中球細胞外トラップを発生させた後、化膿レンサ球菌培養上清を添加して得られた好中球細胞外トラップ分解産物は、ヒト単球系細胞に対して化膿レンサ球菌培養上清に相加的な細胞毒性を示した。当該化膿レンサ球菌の有する分泌型DNase構成遺伝子のノックアウト菌株をマウスへ感染させたところ、著しい生存期間の延長及び感染局所菌数の減少が見られた。以上より、化膿レンサ球菌は、生体に本来備わっている感染防御機構としての好中球細胞外トラップ分解産物を分解するだけでなく、更なる感染拡大に利用している可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究成果を論文として公表するにあたって、査読結果の受領までに想定以上の時間を要したため、やや遅れているとした。査読時の追加実験要請に基づき、当該化膿レンサ球菌の有する3種類の分泌型DNase構成遺伝子すべてのノックアウト菌株について、感染局所菌数、DNA分解能力、細胞毒性の評価を改めて実施した。3種類のDNaseは、いずれも感染の致死性において重要な役割を示し、感染局所菌数を減少させることが明らかとなった。

今後の研究の推進方策

引き続き、先行研究及び本研究の成果をまとめて発表することを目標とする。進捗状況及び研究期間等に基づき、現段階でのすべての実験結果を見直し、さらに新たな論文公表への可能性を模索する。

次年度使用額が生じた理由

令和2年度は、先行研究及び本研究をまとめて発表するにあたって必要な経費を中心に申請する。

研究成果

• [雑誌論文] Group A Streptococcus establishes pharynx infection by degrading the deoxyribonucleic acid of neutrophil extracellular traps (2020)
  • 著者名/発表者名: Mototsugu Tanaka, Ryo Kinoshita-Daitoku, Kotaro Kiga, Takahito Sanada, Bo Zhu, Tokuju Okano, Chihiro Aikawa, Tamako Iida, Yoshitoshi Ogura, Tetsuya Hayashi, Koshu Okubo, Miho Kurosawa, Junichi Hirahashi, Toshihiko Suzuki, Ichiro Nakagawa, Masaomi Nangaku & Hitomi Mimuro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 3251-3261
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-60306-w
  • 査読あり / オープンアクセス