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2018 年度 実績報告書

ヘム鉄獲得システムを阻害する人工金属蛋白による緑膿菌の新規殺菌法開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H02084
研究機関名古屋大学

研究代表者

荘司 長三  名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (90379587)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードヘム獲得蛋白質 / 緑膿菌 / ポルフィリン / フタロシアニンシアニン / 殺菌 / 増感剤 / 多剤耐性菌 / 結晶構造解析
研究実績の概要

緑膿菌は、日和見感染を引き起こすグラム陰性菌で、強い薬剤抵抗性を持ち、多剤耐性化しやすく、院内感染の主要な原因菌となっている。緑膿菌が鉄欠乏状態で分泌するヘム獲得蛋白質(HasA)が、ヘムとは構造が大きく異なる鉄サロフェン、鉄フタロシアニン、鉄ジフェニルポルフィリンとその誘導体などの様々な金属錯体を捕捉できることを結晶構造解析と各種分光測定、分子量測定により明らかにしてきた。鉄ジフェニルポルフィリンを捕捉したHasAは、緑膿菌の増殖阻害効果が低いのに対して、鉄ジアザジフェニルポルフィリンを捕捉したHasAは、緑膿菌の増殖を鉄フタロシアニン捕捉HasAと同程度に阻害することを明らかにした。結晶構造解析により、HasAの全体構造は、取り込んだ金属錯体によらずほぼ同じ構造であることから、HasAから受容体であるHasRへと金属錯体が受け渡され緑膿菌内部でヘムの獲得を阻害している可能性が高いことを明らかにした。ガリウムフタロシアニンを取り込ませたHasAを光増感剤として用いることにより、99.99%の緑膿菌を光殺菌できることにも成功し、多剤耐性菌であっても同様に短時間の光照射によって殺菌できることを見い出した。HasAは、鉄ジアザジフェニルポルフィリンや鉄フタロシアニンだけでなく、非常に嵩高い4つのフェニル基を有するポルフィセンも捕捉可能であることも明らかにしている。ポルフィセンを捕捉したHasAについても結晶構造解析に成功し、四つのフェニル基が蛋白質の外側に向いて配置されることを確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

光照射殺菌については、多剤耐性緑膿菌も短時間の光照射によって殺菌可能であることを確認した。金属錯体とヘム獲得蛋白質の複合化に関しては、鉄ジフェニルポルフィリンと緑膿菌HasAの複合化に成功するとともに、鉄テトラフェニルポルフィリンや鉄テトラフェニルポルフィセンなどのさらに嵩高い置換基を有する金属錯体もHasAと複合体を形成できることを結晶構造解析により明らかにした。さらに、緑膿菌由来HasA以外のHasAがより安定な複合体を形成可能であることも明らかにしつつある。本来の研究計画で提案した緑膿菌由来のHasAの利用にとどまらず、他の菌体由来のHasAであっても合成ポルフィリンとその類縁体を捕捉可能であることを見い出すなど、当初の計画以上に研究が進展している。

今後の研究の推進方策

HasAと複合化可能な合成金属錯体に関しては,ジフェニルポルフィリンも安定に取り込まれることを明らかにするとともに、ポルフィリンの中でも最も合成が容易な,テトラフェニルポルフィリンとその誘導体がHasAに安定に結合できることを明らかにした.テトラフェニルポルフィリンやその誘導体および修飾体は,合成法が確立されているものが多く,修飾ヘムやその誘導体に比べて合成できるポルフィリンの構造的自由度は高い。今後は、テトラフェニルポルフィリン誘導体を中心にHasAとの複合化を検討するとともに、光照射殺菌への利用を試みる。また、緑膿菌のHasRとHasA複合体の結晶化条件の最適化を進め,蛋白質結晶構造解析が可能なレベルの結晶を作製する。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018

すべて 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [学会発表] Selective Sterilization of Pseudomonas aeruginosa Utilizing its extracellular heme acquisition protein with gallium-phthalocyanine2019

    • 著者名/発表者名
      Y.Shisaka, Y.Iwai, S.Yamada, T.Tosya, H.Sugimoto, Y.Shiro, Y.Watanabe, O.Shoji
    • 学会等名
      日本化学会 第99春季年会 (2019)
  • [学会発表] 嵩高い金属錯体と蛋白質の新規複合体の創出2019

    • 著者名/発表者名
      榊原えりか、四坂勇磨、古賀大貴、徐寧、小野利和、久枝良雄、杉本宏、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      日本化学会 第99春季年会 (2019)
  • [学会発表] Heme Acquisition Protein HasA with 5,15-Diphenylporphyrin and Its Derivatives as an Artificial Prosthetic Group2018

    • 著者名/発表者名
      O. Shoji, Y. Shisaka, H. Uehara , T. Nishimura , Y. Miyake , H. Shinokubo, H. Sugimoto, Y. Shiroe, Y. Watanabe
    • 学会等名
      43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Heme Acquisition Protein HasA with Metal-Phthalocyanine and 5,15-DiphenylporphyrinDerivatives as an Artificial Prosthetic Group2018

    • 著者名/発表者名
      O. Shoji, H. Uehara, Y. Shisaka, T. Nishimura, Y. Miyake, H. Shinokubo, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe
    • 学会等名
      Tenth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-10)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Selective Sterilization of Pseudomonas aeruginosa Utilizing Phthalocyanine Captured by the Heme-Acquisition Protein HasA2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Shisaka, Y. Iwai, S.Yamada, T. Tosha, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe, O. Shoji
    • 学会等名
      Tenth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-10)
    • 国際学会
  • [学会発表] PHOTO-STERILIZATION OF PSEUDOMONAS AERUGINOSA IN BIOFILM UTILIZING ITS HEME ACQUISITION SYSTEM2018

    • 著者名/発表者名
      M. Otake, Y. Shisaka, S. Yamada, O. Shoji, Y. Watanabe
    • 学会等名
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Incorporation of Synthetic Metal Complexes into Heme Acquisition Proteins of Pseudomonas aeruginosa2018

    • 著者名/発表者名
      E. Sakakiara, Y. Shisaka, O. Shoji, H. Sugimoto, Y. Watanabe
    • 学会等名
      Tenth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-10)
    • 国際学会
  • [学会発表] Heme Acquisition Protein HasA with Synthetic Metal Complexes as an Artificial Prosthetic Group2018

    • 著者名/発表者名
      O. Shoji, Y. Shisaka, H. Uehara, S. Yamada, H. Sugimoto, Y. Shiro, T. Nishimura, H. Shinokubo, Y. Miyake, Y. Watanabe
    • 学会等名
      The 68th Conference of Japan Society of Coordination Chemistry
  • [学会発表] 緑膿菌が分泌するヘム蛋白質HasAを利用した緑膿菌選択的な殺菌手法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      四坂勇磨、岩井佑介、山田志歩、當舎武彦、杉本宏、城宜嗣、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      第8回『企業と博士人材の交流会』
  • [学会発表] 緑膿菌が分泌するヘム蛋白質HasA を活用した緑膿菌選択的な殺菌2018

    • 著者名/発表者名
      四坂勇磨、岩井佑介、山田志歩、當舎武彦、杉本宏、城宜嗣、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      第31回生物無機化学夏季セミナー
  • [学会発表] ヘム獲得系を用いたバイオフィルム形成緑膿菌の光線力学的殺菌2018

    • 著者名/発表者名
      大竹 美保 、四坂 勇磨、山田 志歩、荘司 長三、渡辺 芳人
    • 学会等名
      日本微生物生態学会第32回大会
  • [学会発表] ヘム獲得蛋白質を用いたバイオフィルム形成緑膿菌の光線力学的殺菌2018

    • 著者名/発表者名
      大竹 美保 、四坂 勇磨、山田 志歩、荘司 長三、渡辺 芳人
    • 学会等名
      第18回蛋白質科学会年会
  • [学会発表] 嵩高い置換基を有するポルフィセン錯体とヘム蛋白質の複合化2018

    • 著者名/発表者名
      榊原えりか、四坂勇磨、古賀大貴、小野利和、久枝良雄、杉本宏、荘司長三、渡辺芳人
    • 学会等名
      第31回生物無機化学夏季セミナー
  • [学会発表] 嵩高い金属錯体と蛋白質の新規複合体の創出2018

    • 著者名/発表者名
      榊原えりか、四坂勇磨、荘司長三、杉本宏、渡辺芳人
    • 学会等名
      生体機能関連化学部会若手の会 第30回サマースクール
  • [学会発表] 緑膿菌のヘム蛋白質による金属錯体の捕捉2018

    • 著者名/発表者名
      榊原えりか、四坂勇磨、荘司長三、杉本宏、渡辺芳人
    • 学会等名
      第18回蛋白質科学会年会
  • [図書] 感染症2018

    • 著者名/発表者名
      四坂勇磨、荘司長三
    • 総ページ数
      4
    • 出版者
      株式会社協和企画

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公開日: 2022-12-28  

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