病原性レンサ球菌が病態を誘導する分子機構の解明と新規制御法の探索

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03825
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 川端 重忠 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (50273694)
• 研究分担者: 山口 雅也 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (00714536) ; 住友 倫子 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (50423421) ; 中田 匡宣 鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 教授 (90444497)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 病原性レンサ球菌 / 肺炎球菌 / 化膿レンサ球菌

研究実績の概要

肺炎球菌は，肺炎の主な原因細菌として知られている．肺炎球菌のβ-ガラクトシダーゼの構造と進化的に保存された残基を重ね合わせたところ，構造の安定性に寄与するループ構造上のプロリン残基ならびに活性中心を構成する残基についても進化的な保存性が高いことが示唆された．そこで，β-ガラクトシダーゼの遺伝子欠失株を作製し，得られた欠失株と野生株を用いて，それぞれマウスに経静脈感染を行った．その結果，β-ガラクトシダーゼ遺伝子欠失株の感染群では，野生株感染群と比較して，マウスの致死率が有意に低下した．一方で，感染後のマウスの各臓器における菌数には差が認められなかった．さらに，RNA-seq解析と血液凝固試験を行ったところ，β-ガラクトシダーゼの欠失により自然免疫応答と血液凝固能の抑制が緩和されることが示唆された．
化膿レンサ球菌は，ヒトに化膿性の皮膚病変を惹き起こす．皮膚表面では，細菌の主要な栄養源である糖質が血液中と比較して少ないが，天然保湿因子として知られるアルギニンが豊富に存在する．そこで，化膿レンサ球菌のアルギニン代謝能に着目し，皮膚感染に及ぼす影響を検討した．アルギニンデイミナーゼをコードする arcA 遺伝子は，マウス血液中で発現が抑制され，マウス皮膚表面では発現が亢進した．また，arcA の欠失により，感染マウスの表皮細胞層における破壊は抑制され，皮膚病変中の生菌数が低下することが明らかになった．これらの結果から，化膿レンサ球菌のアルギニン代謝系は，低グルコース環境で病原因子の発現に寄与し，感染成立に重要な役割を果たすことが示唆された．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

肺炎球菌のβ-ガラクトシダーゼが病原性に果たす役割を解明し，肺炎球菌感染症を予防するワクチン抗原の候補分子となりうる可能性を示唆した．また，化膿レンサ球菌による皮膚感染症において，細菌のアルギニン代謝を考慮した新たな治療戦略の立案につながる基礎データが得られた．
以上の理由から，「おおむね順調に進展している」と判断した．

今後の研究の推進方策

次年度は上気道に常在する細菌が嗅覚経路もしくは三叉神経経路を介して脳内に到達する機構をマウスモデルおよび培養細胞モデルで検証することにより，細菌性髄膜炎につながる新たな細菌伝播機構を解明する．また，インフルエンザウイルス感染に合併する細菌性肺炎に対する新規感染制御法の確立に向け，ウイルス感染上気道で惹起されるストレス応答に着目し，細菌の下気道組織への伝播と肺炎の病態形成に繋がるメカニズムの全貌を分子レベルで明らかにする．

研究成果

• [雑誌論文] Epidemiological Analysis of Pneumococcal Strains Isolated at Yangon Children's Hospital in Myanmar via Whole-genome Sequencing-based Methods. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M., Myo Win H. P., Higashi K., Ono M., Hirose Y., Motooka D., Okuzaki D., Aye M. M., Htun M. M., Thu H. M., Kawabata S.
  • 雑誌名: Microb. Genomics 巻: 7 ページ: -
  • DOI: 10.1099/mgen.0.000523
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Respiratory FimA-specific secretory IgA antibodies upregulated by DC-ta-getting nasal double DNA adjuvant are essential for elimination of Porphyromonas gingivalis. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kataoka K., Kawabata S., Koyanagi K., Hashimoto Y., Miyake T., Fujihashi K.
  • 雑誌名: Front. Immunol. 巻: 12 ページ: 634923
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.634923
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Streptococcus pyogenes upregulates arginine catabolism to exert its pathogenesis on the skin surface. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y., Yamaguchi M., Sumitomo T., Nakata M., Hanada T., Okuzaki D., Motooka D., Mori Y., Kawasaki H., Coady A., Uchiyama S., Hiraoka M., Zurich R.H., Amagai M., Nizet V., Kawabata S.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 34 ページ: 108924
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108924
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Performance of a Biodegradable Composite with Hydroxyapatite as a Scaffold in Pulp Tissue Repair. (2020)
  • 著者名/発表者名: Okamoto M, Matsumoto S, Sugiyama A, Kanie K, Watanabe M, Huang H, Ali. M, Ito Y, Miura J, Hirose Y, Uto K, Ebara M, Kato R, Yamawaki-Ogata A, Narita Y, Kawabata S, Takahashi Y, Hayashi M.
  • 雑誌名: Polymers 巻: 12 ページ: 937
  • DOI: 10.3390/polym12040937
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Streptococcal H2O2 inhibits IgE-triggered degranulation of RBL-2H3 mast cell/basophil cell line by inducing cell death. (2020)
  • 著者名/発表者名: Okahashi N, Nakata M, Hirose Y, Morisaki H, Kataoka H, Kuwata H, Kawabata S.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 15 ページ: e0231101
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0231101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of decontamination methods of oral biofilms formed on screw-shaped, rough and machined surface implants: an ex vivo study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Otsuki M, Wada M, Yamaguchi M, Kawabata S, Maeda Y, Ikebe K.
  • 雑誌名: Int J Implant Dent 巻: 6 ページ: 18
  • DOI: 10.1186/s40729-020-00212-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of BgaA as a pneumococcal virulence factor elucidated by molecular evolutionary analysis. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Takemura M, Higashi K, Goto K, Hirose Y, Sumitomo T, Nakata M, Uzawa N, Kawabata S.
  • 雑誌名: Front Microbiol 巻: 11 ページ: 582437
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.582437
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genetic characterization of Streptococcus pyogenes emm89 strains isolated in Japan from 2011 to 2019. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y., Yamaguchi M., Takemoto N., Miyoshi-Akiyama T., Sumitomo T., Nakata M., Ikebe T., Hanada T., Yamaguchi T., Kawahara R., Okuno R., Otsuka H., Matsumoto Y., Terashima Y., Kazawa Y., Nakanishi N., Uchida K., Akiyama Y., Iwabuchi K., Nakagawa C., Yamamoto K., Nizet V., Kawabata S.
  • 雑誌名: Infect. Microbe Dis. 巻: 2 ページ: 160-166
  • DOI: 10.1097/IM9.0000000000000038
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ミャンマーで分離された肺炎球菌のシーケンス情報を用いた遺伝子プロファイリングとパンゲノム解析． (2021)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，Hpoo Pwint Myo Win，大野誠之，東孝太郎，広瀬雄二郎，Mya Mya Aye，Moh Moh Htun，Hlaing Myat Thu，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 細胞接着分子を標的とする病原性レンサ球菌の感染戦略． (2021)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 鼻咽腔に定着する肺炎球菌が非血行性に脳へ伝播する機構の解析． (2021)
  • 著者名/発表者名: 高原悠樹，住友倫子，河野正充，山口雅也，中田匡宣，保富宗城，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] emm 89型化膿レンサ球菌による侵襲性感染症の発症因子の遺伝統計学的探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大野誠之，山口雅也，広瀬雄二郎，東孝太郎，竹本訓彦，秋山徹，住友倫子，池辺忠義，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] 結晶構造解析に基づく化膿レンサ球菌におけるヒアルロン酸分解酵素の分子機構解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 東 孝太郎，山口雅也，中田匡宣，武部克希，住友倫子，鈴木守，川端重忠．
  • 学会等名: 第94回日本細菌学会総会
• [学会発表] レンサ球菌感染症の重症化機構の解明―新たな感染制御法の開発を目指して―． (2020)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子．
  • 学会等名: 第62回歯科基礎医学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 血清型M49型Streptococcus pyogenes のCvfAは病原因子の発現と温度依存性の線毛産生に関与する． (2020)
  • 著者名/発表者名: 窪田星子，中田匡宣，広瀬雄二郎，山口雅也，住友倫子，川端重忠．
  • 学会等名: 第62回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] インフルエンザに合併する細菌性肺炎の重症化機構． (2020)
  • 著者名/発表者名: 住友倫子．
  • 学会等名: 第31回日本生体防御学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] 肺炎球菌のニューモライシンに依存する非血行性脳伝播機構の解析． (2020)
  • 著者名/発表者名: 高原悠樹，住友倫子，河野正充，山口雅也，中田匡宣，保富宗城，川端重忠．
  • 学会等名: 第73回日本細菌学会関西支部総会
• [学会発表] reptococcus pyogenesのCvfAと温度依存性の線毛産生機構の解析． (2020)
  • 著者名/発表者名: 窪田星子，中田匡宣，広瀬雄二郎，山口雅也，住友倫子，川端重忠．
  • 学会等名: 第73回日本細菌学会関西支部総会
• [学会発表] 化膿レンサ球菌におけるヒアルロン酸分解酵素の分子系統解析およびタンパク質結晶構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 東孝太郎，山口雅也，中田匡宣，武部克希，住友倫子，鈴木守，川端重忠．
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] emm89型化膿レンサ球菌による侵襲性感染症のゲノム配列に基づく発症機構の解明． (2020)
  • 著者名/発表者名: 大野誠之，山口雅也，広瀬雄二郎，東孝太郎，竹本訓彦，秋山徹，住友倫子，池辺忠義，山口貴弘，河原隆二，奥野ルミ，大塚仁，松本裕子，寺島祐司，賀澤優，中西典子，内田薫，秋山由美，岩渕香織，中川力，山本一成，川端重忠．
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 交互積層細胞コーティング技術を用いた三次元肺上皮・気道モデルの構築． (2020)
  • 著者名/発表者名: 赤松由佳子，赤木隆美，住友倫子，川端重忠，明石満．
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [備考] 大阪大学 大学院歯学研究科 口腔細菌学教室
  • URL: https://web.dent.osaka-u.ac.jp/mcrbio/