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2019 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, 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

緑膿菌が鉄欠乏状態で分泌するヘム獲得蛋白質HasAが、様々な合成金属錯体を捕捉できることを結晶構造解析、各種分光測定、分子量測定により明らかにしてきた。ガリウムフタロシアニンを取り込ませHasAを光増感剤として用いる緑膿菌の光殺菌について、ヘム獲得タンパク質HasAの外膜受容体のHasRの発現と精製、機能評価と、ガリウムフタロシアニンの光殺菌の作用機序の解明を含めて論文としてまとめ報告した。鉄ジフェニルポルフィリンとその誘導体を捕捉したヘム獲得蛋白質HasAの、緑膿菌の増殖阻害効果について、合成金属錯体の取り込みについて調べ、阻害効果が低い錯体は、HasAから受容体であるHasRへと金属錯体が受け渡され、さらに、緑膿菌のペリプラズム領域まで輸送されいる兆候をつかんだ。本年度は、鉄テトラフェニルポルフィリンとその誘導体の緑膿菌由来ヘム獲得蛋白質HasAとの複合化、さらに、緑膿菌以外の菌体由来ヘム獲得蛋白質HasAとの複合化に取り組み、結晶構造解析に成功している。これまで、テトラフェニルポルフィリン骨格は、タンパク質との複合化は非常に難しいと考えられてきたが、天然のタンパク質がテトラフェニルポルフィリンを結合できることを示すことができた。さらに、ヘムタンパク質の結晶構造解析として最高の分解能の構造解析に成功している。合成金属錯体によって、ヘム獲得蛋白質結晶の質をも改善できることを示すことができた。鉄テトラフェニルポルフィリンを補足させたヘム獲得蛋白質HasAについては、論文として近く投稿する。鉄テトラフェニルポルフィリン誘導体についても、いくつかの結晶構造解析に成功しており、錯体の特性を生かした新規機能の創出に向けて研究を展開している。

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

緑膿菌の光殺菌については、多剤耐性緑膿菌の殺菌やHasA選択的外膜タンパク質のHasRの発現と精製、機能評価を含めて論文として報告することができた。また、光殺菌の成果を中心に、いくつかの国内雑誌に総説として報告した。実際の利用に関しては、いくつかの企業との共同研究を計画している段階にあり、実用化に向けた取り組みは、当初の計画以上に研究が進展している。金属錯体とヘム獲得蛋白質の複合化に関しては、鉄テトラフェニルポルフィリンとセラチア菌由来HasAの複合化と高分解能結晶構造解析に成功するなど、当初の計画以上に研究が進展している。鉄テトラフェニルポルフィリンの研究については、論文として近く投稿の予定であり、本研究課題期間中に論文として報告可能である。さらに、鉄テトラフェニルポルフィリン誘導体とHasAの複合化も進展しており、これらの誘導体の特性を生かした新しい機能の創出に研究が展開されつつある。研究計画で提案した緑膿菌の殺菌にとどまらず研究が進展しており、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

緑膿菌の光殺菌システムの構築に成功し、緑膿菌に関しては薬剤耐性によらずに、殺菌できる。しかしながら、実際に光照射可能な感染部位は、目や耳、創傷などに限られるため、光照射不要の殺菌システムを開発する必要がある。HasAに取り込ませたガリウムフタロシアニンは、HasRを介して、緑膿菌のペリプラズム領域に移送されることがわかっている。錯体の金属と配位子の構造の違いによって、領域に移送される場合とHasRに留まる場合があり、ペリプラズム領域に積極的に輸送される錯体を開発し、さらにペリプラズム領域にて毒性を発現する金属錯体を検討することによって、光照射なしでも緑膿菌を殺菌可能はシステムを開発する。金属錯体に抗菌薬を共有結合で連結する、抗菌薬の選択的輸送についても検討する。また、ヘム獲得系を持つバクテリアは、緑膿菌以外にもセラチア菌、蛍光菌など多く存在するため、ヘム獲得タンパク質に合成金属錯体を補足させ菌体内に合成金属錯体を送り込む手法を、他の病原性細菌への適用拡大を図る。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Hijacking the Heme Acquisition System of Pseudomonas aeruginosa for the Delivery of Phthalocyanine as an Antimicrobial2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Shisaka, Y. Iwai, S. Yamada, H. Uehara, T. Tosha, H. Sugimoto, Y. Shiro, J. K. Stanfield, K. Ogawa, Y. Watanabe, O. Shoji
    • 雑誌名

      ACS Chemical Biology

      巻: 14(7) ページ: 1637-1642

    • DOI

      10.1021/acschembio.9b00373

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Highly malleable haem-binding site of the haemoprotein HasA permits stable accommodation of bulky tetraphenylporphycenes2019

    • 著者名/発表者名
      E. Sakakibara, Y. Shisaka, H. Onoda, D. Koga, N. Xu, T. Ono, Y. Hisaeda, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe, O. Shoji
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 9(32) ページ: 18697-18702

    • DOI

      10.1039/C9RA02872B

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Specific Photosterilization of Pseudomonas Aeruginosa Exploiting Its Heme Acquisition System2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Shisaka, T. Tosha, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe, O. Shoji
    • 学会等名
      19th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC-19)
    • 国際学会
  • [学会発表] Construction of Hemoprotein HasA Incorporating Bulky Metal Complexes2019

    • 著者名/発表者名
      E. Sakakibara, Y. Shisaka, D. Koga, X. Xu, T. Ono, Y. Hisaeda, H. Sugimoto, Y. Watanabe, O. Shoji
    • 学会等名
      19th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC-19)
    • 国際学会
  • [学会発表] 緑膿菌のヘム獲得機構を標的とする薬剤輸送システムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      四坂勇磨、岩井佑介、山田志歩、営舎武彦、杉本宏、城宜嗣、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質科学会年会第71回日本細胞生物学会大会合同年次大会
  • [学会発表] 合成金属錯体による緑膿菌のヘム獲得蛋白質HasAの機能化2019

    • 著者名/発表者名
      四坂勇磨、當舎武彦、杉本宏、城宜嗣、小川和也、荘司長三
    • 学会等名
      第13回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 合成ポルフィリンを内包させたヘム蛋白質の超高分解能X線結晶構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      四坂勇磨, 杉本宏, 荘司長三
    • 学会等名
      日本結晶学会 令和元年(2019年)度年会および会員総会
  • [学会発表] 「トロイの木馬的」戦略による緑膿菌の高選択的光殺菌2019

    • 著者名/発表者名
      四坂勇磨、荘司長三
    • 学会等名
      第54回緑膿菌感染症研究会
  • [学会発表] 新規反応場構築を指向した金属錯体と蛋白質の複合化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
      第13回バイオ関連化学シンポジウム2019
  • [学会発表] 嵩高い金属錯体を捕捉したヘム蛋白質( HasA )の創製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
      錯体化学会第69回討論会
  • [学会発表] 新規機能の創造を指向したヘム蛋白質(HasA)と嵩高い金属錯体の複合化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100回春季年会(2020)
  • [学会発表] ポルフィリンオリゴマーへの配位を利用したヘム獲得タンパク質HasAの多量体構築2019

    • 著者名/発表者名
      上田我竜、四坂勇磨、榊原えりか、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      第32回生物無機化学夏季セミナー
  • [学会発表] ポルフィリンオリゴマーを基盤としたヘム獲得タンパク質 HasAの多量体構築2019

    • 著者名/発表者名
      上田我竜、四坂勇磨、榊原えりか、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      錯体化学会第69回討論会
  • [学会発表] ヘム蛋白質HasAのメソ置換ポルフィリン補足能を利用したHasA多量体構築2019

    • 著者名/発表者名
      上田我竜、四坂勇磨、榊原えりか、渡辺芳人、荘司長三
    • 学会等名
      第9回CSJ化学フェスタ2019
  • [学会発表] 剛直なポルフィリンオリゴマーによるヘム獲得タンパク質HasAの多量化2019

    • 著者名/発表者名
      上田我竜、四坂勇磨、榊原えりか、荘司長三
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会(2020)

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公開日: 2022-03-04  

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