緑膿菌の２つの生体膜を貫き多剤耐性化に関わる異物排出膜タンパク質複合体の構造基盤

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03167
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山下 栄樹 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (00294132)
• 研究分担者: 中川 敦史 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (20188890)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 構造生物学 / 膜蛋白質の物質輸送

研究実績の概要

本研究では、緑膿菌由来の異物排出膜タンパク質複合体MexAB-OprMの機能する現場で形成する正確な構造を解明し、抗菌剤を菌体外に放出する機構を明らかにすることを目的としている。本年度は、抗菌剤結合型MexAB-OprM複合体の全容を明らかにし、複合体形成から薬剤排出までのメカニズムを明らかにすることを目指して、１）抗菌剤放出機構に関連する構造解析及び２）MexAB-OprM複合体の菌体外への異物排出機構の提案を行った。
１）抗菌剤放出機構に関連する構造解析
抗菌剤をMexAB-OprM複合体溶液に加え、クライオ電子顕微鏡単粒子解析法により抗菌剤結合型MexAB-OprM複合体の構造解析を行い、4.0オングストロームの解像度で抗菌剤結合型の構造を明らかにした。また、ホモログ分子の構造解析では、MexAB-OprM複合体とは異なる抗菌剤を排出するMexXY-OprM複合体の構成タンパク質であるMexXの結晶構造解析に3.0オングストローム分解能で成功した。
２）MexAB-OprM複合体の菌体外への異物排出機構の提案
MexAB-OprM複合体と抗菌剤結合型MexAB-OprM複合体の原子レベルでの構造比較から、抗菌剤が結合することにより起こる複合体内の構造変化を捉えることができた。この構造変化と複合体形成時に起こる構造変化及びそれらに関わるアミノ酸残基の変異体を用いた薬剤耐性実験や複合体再構成実験から重要なアミノ酸残基を同定し、MexAB-OprM複合体による菌体外への異物排出機構を複合体形成過程から提案した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Critical roles of the Cu(B) site in efficient proton pumping as revealed by crystal structures of mammalian cytochrome c oxidase catalytic intermediates. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimada A, Hara F, Shinzawa-Itoh K, Kanehisa N, Yamashita E, Muramoto K, Tsukihara T, Yoshikawa S.
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 297 ページ: 100967
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100967
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and function relationship of OqxB efflux pump from Klebsiella pneumoniae. (2021)
  • 著者名/発表者名: Bharatham N, Bhowmik P, Aoki M, Okada U, Sharma S, Yamashita E, Shanbhag AP, Rajagopal S, Thomas T, Sarma M, Narjari R, Nagaraj S, Ramachandran V, Katagihallimath N, Datta S, Murakami S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 54000
  • DOI: 10.1038/s41467-021-25679-0.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [備考] 薬剤排出蛋白質複合体の構造生命科学研究
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/rcsfp/supracryst/research/theme/yakuzai-haisyutu/