ヘリコバクター・シネディの活性イオウ代謝を介した骨髄内潜伏感染機構の解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K07554
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 松永 哲郎 東北大学, 医学系研究科, 助教 (00723206)
• 研究分担者: 末田 大輔 熊本大学, 病院, 特任講師 (70750040)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: Helicobacter cinaedi / 活性イオウ代謝 / 細胞内寄生 / 潜伏感染 / 骨髄内感染

研究実績の概要

ヘリコバクター・シネディ(Helicobacter cinaedi)はヒトや動物の腸管・肝臓から検出される腸肝ヘリコバクター属であり、1984年に初めてヒトへの感染が確認された新興感染症菌である。近年、本菌感染症の発症例および再発例が多く報告されているが、病態発現機構や感染疫学など不明な点が多く残されている。現在までに当研究室では、本菌感染症の血清診断法および遺伝子診断法を開発し、これらの方法を用いて、健常保菌者の存在および本菌感染による動脈硬化症の進展への関与を明らかにしてきた。本課題研究においては、本菌感染による病態発現機構の解明に向けた研究を展開しており、当該年度では、本菌の骨髄内における潜伏感染と細胞内寄生性について解析した。その結果、本菌がマウス骨髄中において持続的に潜伏感染することが示され、加えて、本菌は感染マクロファージにおいてオートファジーによる殺菌から回避し、最近イオウ呼吸の存在が見出されたミトコンドリアに集積することが示された。一方で最近、NADPHオキシダーゼ(Nox)と一酸化窒素合成酵素(NOS)による新規イオウ代謝経路を発見し、本菌のイオウ依存型の細胞内寄生メカニズムと密接に関連することが予想された。従って、本菌は細胞内に侵入後、オートファジーによる細胞内殺菌を回避し、ミトコンドリアのイオウ依存型のエネルギー代謝をハイジャックすることで細胞内寄生する可能性が示唆された。このように本菌は細胞内寄生によって血管内定着し、宿主との共生関係を構築することで動脈硬化症を含む本感染症の病態を増悪させる可能性が考えられる。現在までに、本菌は日和見感染菌として考えられてきたが、このような本菌の血管内定着機構としての細胞内寄生の分子機構の解明は本菌の病原性発現と動脈硬化病因論の解明および予防・治療法開発への応用に向けて極めて重要である。

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

本課題研究において、本菌感染による病態発現機構および疫学特性の解明に向けた研究を展開している。当該年度では研究実施計画に沿って、本菌の骨髄内における潜伏感染と細胞内寄生性について解析した。その結果、本菌は細胞内に侵入後、オートファジーによる細胞内殺菌を回避し、ミトコンドリアのイオウ依存型のエネルギー代謝をハイジャックすることで細胞内寄生する可能性が示唆された。加えて、NADPHオキシダーゼ(Nox)と一酸化窒素合成酵素(NOS)による新規イオウ代謝経路を発見し、イオウが酸素よりも優れた電子受容体としてNADPH依存的に還元・酸化され、活性イオウ分子種を活性化することが示された。このイオウ活性化機構は、上記のような本菌のイオウ依存型の細胞内寄生メカニズムと密接に関連することが予想された。以上より、本菌は細胞内寄生によって血管内定着し、宿主との共生関係を構築することで動脈硬化症を含む本症の病態を増悪させる可能性が示唆された。

今後の研究の推進方策

H. cinaediの活性イオウ代謝を介した骨髄内潜伏感染の分子機構を解明するために、マウスへの感染系を用いて、本菌感染マウスから本菌の遺伝子診断法および培養法を用いて検出を行い、また、骨髄系細胞における細胞内寄生の分子機構について、特にオートファジー回避に着目した解析を行う。加えて、最近確立した質量分析器を用いた定量的イオウ代謝解析法により、細菌由来イオウ化合物と細胞内寄生との連関について解析する。さらに、Nox/NOSによる活性イオウ生成系（イオウの再活性化経路）のうち、特に感染防御に関わるNox2および誘導型NOS (iNOS)に焦点を当て、感染マクロファージにおけるミトコンドリアのエネルギー代謝経路や、本菌の潜伏感染との連関について明らかにする。これらの解析により、H. cinaediの細胞内寄生の分子機構を明らかにし動脈硬化症を含めた本菌感染症の予防・治療への応用に向けた研究を推進する。

次年度使用額が生じた理由

当初計画を効率的・効果的に進めた結果、計画より少ない直接経費でヘリコバクター・シネディの活性イオウ代謝を介した細胞内の潜伏感染機構に関する当初研究目的を概ね達成することが出来た。加えて、本課題研究遂行の過程で本菌感染に関わる新たな制御因子としてNox/NOSによるイオウの活性化経路の発見があり、上記の本研究の目的をより精緻に達成するために、この新規知見に関する追加実験を行う必要が生じたためである。遺伝子診断法および培養を用いた感染マウスからの本菌の検出、骨髄系細胞における細胞内寄生性の分子機構の解明、イオウ代謝解析法による活性イオウ分子と細胞内寄生との連関についての実験に関する試薬や消耗品などの物品費に使用する。また、研究成果を論文にまとめ投稿するための英文校正や論文投稿費として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Chemical biology of reactive sulfur species: Hydrolysis-driven equilibrium of polysulfides as a determinant of physiological functions. (2022)
  • 著者名/発表者名: Sawa Tomohiro, Takata Tsuyoshi, Matsunaga Tetsuro, Ihara Hideshi, Motohashi Hozumi, Akaike Takaaki.
  • 雑誌名: Antioxidants & Redox Signaling 巻: 36 ページ: 327～336
  • DOI: 10.1089/ars.2021.0170
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GRIM-19 is a target of mycobacterial Zn2+ metalloprotease 1 and indispensable for NLRP3 inflammasome activation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kurane Tomomi, Matsunaga Tetsuro, Ida Tomoaki, Sawada Kazuko, Nishimura Akira, Fukui Masayuki, Umemura Masayuki, Nakayama Masaaki, Ohara Naoya, Matsumoto Sohkichi, Akaike Takaaki, Matsuzaki Goro, Takaesu Giichi.
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 36 ページ: e22096
  • DOI: 10.1096/fj.202101074RR
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Methods in sulfide and persulfide research. (2021)
  • 著者名/発表者名: Takata Tsuyoshi, Jung Minkyung, Matsunaga Tetsuro, Ida Tomoaki, Morita Masanobu, Motohashi Hozumi, Shen Xinggui, Kevil Christopher G., Fukuto Jon M., Akaike Takaaki.
  • 雑誌名: Nitric Oxide 巻: 116 ページ: 47～64
  • DOI: 10.1016/j.niox.2021.09.002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury. (2021)
  • 著者名/発表者名: Marutani E, Morita M, Hirai S, Kai S, Grange RMH, Miyazaki Y, Nagashima F, Traeger L, Magliocca A, Ida T, Matsunaga T, Mori N, Yamazaki Y, Tanaka T, Ikeda T, Nakagawa A, Atochin DN, Ihara H, Olenchock BA, Shen X, Nishida M, Hanaoka K, Kevil CG, Xian M, Bloch DB, Akaike T, Hindle AG, Motohashi H, Ichinose F, et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 3108
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23363-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 超硫黄分子によるミトコンドリアエネルギー代謝と感染防御機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎、澤 智裕、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第95回日本細菌学会総会
• [学会発表] 超硫黄分子によるミトコンドリアエネルギー代謝機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎、守田匡伸、井田智章、高田 剛、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第21回分子予防環境医学研究会大会
• [学会発表] 超硫黄分子によるエネルギー代謝機構の解明と蛍光イメージングの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎
  • 学会等名: JST-CREST領域会議 若手講演
  • 招待講演
• [学会発表] Supersulfide energy metabolism and its innovative cell imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Matsunaga
  • 学会等名: JST-CREST勉強会（Rising Star Webinar）
  • 招待講演
• [学会発表] 超硫黄分子種によるミトコンドリアエネルギー代謝機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎、守田匡伸、井田智章、高田 剛、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] 一酸化窒素(NO)と超硫黄分子による抗サルモネラ感染防御機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎、高田 剛、井田智章、筒井正人、守田匡伸、澤 智裕、赤池孝章
  • 学会等名: 第32回日本生体防御学会学術総会
• [学会発表] 呼気エアロゾルを用いたオミックスとウイルス検出 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎
  • 学会等名: 第4回SDGS-ID若手の会
• [学会発表] 超硫黄分子種によるミトコンドリアエネルギー代謝機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎、守田匡伸、井田智章、高田 剛、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 生理研研究会2021「生命を支える硫黄生物学の最前線」
• [学会発表] アルコールデヒドロゲナーゼ5（ADH5）のニトロソグルタチオン還元酵素（GSNOR）反応の選択的欠損マウスの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎、笠松真吾、西村 明、井田智章、守田匡伸、居原 秀、下田 翔、西田基宏、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 学会等名: 第74回日本酸化ストレス学会・第21回日本NO学会学術集会
• [図書] 呼気オミックスと新型コロナウイルス感染症 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松永哲郎、本橋ほづみ、赤池孝章
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: AI・ナノ・量子による超高感度・迅速バイオセンシング（シーエムシー出版）
  • ISBN: 978-4-7813-1609-3
• [図書] 超硫黄代謝物の化学と代謝 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高田 剛、松永哲郎、赤池孝章
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 実験医学2021年8月号（羊土社）
  • ISBN: 9784758125468
• [図書] 超硫黄分子の化学と代謝：超硫黄生物学の創成とオミックス先制医療への展望 (2021)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章、松永哲郎、高田 剛
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 生化学
• [図書] 呼気オミックスと個別化医療 (2021)
  • 著者名/発表者名: 赤池孝章、松永哲郎、井田智章、高田 剛、Jung Minkyung、守田匡伸、本橋ほづみ
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: Precision Medicine
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科環境医学分野ホームページ
  • URL: http://www.toxicosci.med.tohoku.ac.jp/index.html
• [備考] Research Mapマイポータル
  • URL: https://researchmap.jp/tetsuro_matsunaga
• [備考] 学術変革領域研究(A) 新興硫黄生物学が拓く生命原理変革（硫黄生物学）ホームページ
  • URL: https://supersulfide-proj.com/