一細胞解析による肺炎球菌感染時の宿主転写応答の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21675
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 川端 重忠 大阪大学, 大学院歯学研究科, 教授 (50273694)
• 研究分担者: 山口 雅也 大阪大学, 大学院歯学研究科, 准教授 (00714536) ; 住友 倫子 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 教授 (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): 2020-07-30 – 2023-03-31
• キーワード: 肺炎球菌 / シングルセル解析 / 肺感染

研究実績の概要

口腔レンサ球菌の一種である肺炎球菌は、肺炎の主たる起因菌である。肺炎球菌性肺炎では、宿主の過剰な炎症応答が組織を破壊し、菌が深部へ伝播すると考えられている。一方で、感染によりどのような細胞集団が遊走されるか、また細胞集団が感染にそれぞれどのように応答しているのか、詳細な情報は今まで明らかとなっていない。本研究は、感染によって引き起こされる宿主のRNA転写およびゲノムワイドのオープンクロマチン領域の変化を細胞集団ごとに解析することで、これまでにない精度での宿主応答の解明手段の確立を試みるものである。
これまでの解析で、感染マウスの肺胞洗浄液を用いたシングルセル解析は困難であることが示唆された。そこで、感染マウスより肺を摘出し、自動組織分散装置を用いたシングルセル化処理を行うこととした。感染肺の解析条件について、10X Genomics社、ミルテニーバイオテク社とともにこれまでに検討を行い、専用のプロトコールを確立することに成功した。得られた解析データについて、解析プログラムScanpyを用いて、前処理、正規化、特徴量選択、次元削減、クラスタリング、深層生成モデルを用いたバッチ効果の補正、発現変動遺伝子解析を行った。また、感染肺の組織像解析、ならびにサイトカイン発現量の測定、マウス体内での菌数分布の測定などを行った。これらの結果から、肺炎球菌性肺炎において、好中球の感染時の応答の違いが病態の重症化に寄与する可能性が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Pneumococcal BgaA promotes host organ bleeding and coagulation in a mouse sepsis model. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takemura M, Yamaguchi M, Kobayashi M, Sumitomo T, Hirose Y, Okuzaki D, Ono M, Motooka D, Goto K, Nakata M, Uzawa N, Kawabata S.
  • 雑誌名: FRONTIERS IN CELLULAR AND INFECTION MICROBIOLOGY 巻: 12 ページ: 844000
  • DOI: 10.3389/fcimb.2022.844000
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Contribution of Streptococcus pyogenes M87 protein to innate immune resistance and virulence. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y, Kolesinski P, Hiraoka M, Uchiyama S, Zurich R.H, Kumaraswamy M, Bjanes E, Ghosh P, Kawabata S, Nizet V.
  • 雑誌名: MICROBIAL PATHOGENESIS 巻: 169 ページ: 105636
  • DOI: 10.1016/j.micpath.2022.105636
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The group A Streptococcus interleukin-8 protease SpyCEP promotes bacterial intracellular survival by evasion of autophagy. (2022)
  • 著者名/発表者名: Bergmann R, Gulotta G, Andreoni F, Sumitomo T, Kawabata S, Zinkernagel A.S, Chhatwal G.S, Nizet V, Rohde M, Uchiyama S.
  • 雑誌名: INFECTIOUS MICROBES & DISEASES 巻: 4 ページ: 116-123
  • DOI: 10.1097/IM9.0000000000000098
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oral mitis group streptococci reduce infectivity of influenza A virus via acidification and H2O2 production. (2022)
  • 著者名/発表者名: Okahashi N, Sumitomo T, Nakata M, Kuwata H, Kawabata S.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 ページ: e0276293
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0276293
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Construction of human three-dimensional lung model using layer-by-layer method. (2022)
  • 著者名/発表者名: Akamatsu Y, Akagi T, Sumitomo T, Takahara Y, Akiyama S, Kawabata S, Akashi M.
  • 雑誌名: Tissue Engineering Part C methods. 巻: 29 ページ: 95-102
  • DOI: 10.1089/ten.tec.2022.0184
  • 査読あり
• [雑誌論文] Secondary streptococcal infection following influenza. (2022)
  • 著者名/発表者名: Okahashi N, Sumitomo T, Nakata M, Kawabata S.
  • 雑誌名: MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY 巻: 66 ページ: 253-263
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12965
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oral mitis group streptococci: A silent majority in our oral cavity. (2022)
  • 著者名/発表者名: Okahashi N, Nakata M, Kuwata H, Kawabata S.
  • 雑誌名: MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY 巻: 66 ページ: 539-551
  • DOI: 10.1111/1348-0421.13028
  • 査読あり
• [雑誌論文] 肺炎球菌の種の壁を超える進化機構 ～肺炎球菌は口腔レンサ球菌の遺伝子を取り込んで耐性化する～． (2022)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，川端重忠．
  • 雑誌名: 日本歯科医師会雑誌 巻: 75 ページ: 185-193
  • 査読あり
• [学会発表] Streptococcus pyogenesのモジュロン情報は溶血活性を変化させる炭素源を明らかにする (2023)
  • 著者名/発表者名: 広瀬 雄二郎， Victor Nizet， Bernhard O. Palsson， 川端 重忠.
  • 学会等名: 第96回 日本細菌学会総会
• [学会発表] 肺炎球菌の自己融解酵素LytAによる溶菌過程の高速AFM観察 (2023)
  • 著者名/発表者名: 太田 悠夢，山下 隼人，東 孝太郎，山口 雅也，川端 重忠，阿部 真之．
  • 学会等名: 第96回 日本細菌学会総会
• [学会発表] 侵襲性に関与するemm89型化膿レンサ球菌の因子の探索と分子生物学的解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大野 誠之，山口 雅也，元岡 大祐，広瀬 雄二郎，東 孝太郎，秋山 徹，住友 倫子，池辺 忠義，奥野 ルミ，川端 重忠.
  • 学会等名: 第96回 日本細菌学会総会
• [学会発表] 加齢による宿主応答の変化が肺炎球菌感染症の重症化に及ぼす影響の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山口 雅也
  • 学会等名: 第96回 日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidation of iModulons in Streptococcus pyogenes reveals carbon sources that change its hemolytic activity (2023)
  • 著者名/発表者名: 広瀬 雄二郎，Victor Nizet，Bernhard O. Palsson，川端 重忠．
  • 学会等名: International Symposium for Future Mucosal Vaccines
  • 国際学会
• [学会発表] ゲノムワイド関連解析を用いたemm89型化膿レンサ球菌による侵襲性感染症の発症因子の探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大野 誠之， 山口 雅也， 広瀬 雄二郎， 東 孝太郎， 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， 賀澤 優， 中西 典子， 中川 力， 川端 重忠.
  • 学会等名: 第14回学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点シンポジウム
• [学会発表] Identification of pneumococcal factors related to clinical symptoms through a genome-wide association study. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono M， Yamaguchi M， Kawabata S
  • 学会等名: International Union of Microbiological Societies The Online Edition 2022.
  • 国際学会
• [学会発表] 肺炎球菌のニューモライシン依存的な鼻粘膜上皮バリア傷害と脳伝播機構の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高原 悠樹， 住友 倫子， 河野 正充， 赤松 由佳子， 山口 雅也， 中田 匡宣， 保富 宗城， 川端 重忠.
  • 学会等名: 第52回 レンサ球菌研究会
• [学会発表] 肺炎球菌を感染させた三次元肺組織モデルにおける上皮バリアの機能障害と炎症応答の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤松 由佳子，住友 倫子，高原 悠樹，山口 雅也，中田 匡宣，明石 満，川端 重忠.
  • 学会等名: 第64回 歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] Streptococcus pneumoniae による肺炎において加齢が重症化に果たす機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山口 雅也，小林 桃子，大野 誠之，川端 重忠．
  • 学会等名: 第64回 歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 自己融解酵素によるグラム陽性細菌の溶菌過程の高速AFM観察 (2022)
  • 著者名/発表者名: 太田 悠夢，山下 隼人，東 孝太郎，山口 雅也，川端 重忠，阿部 真之.
  • 学会等名: 第60回 日本生物物理学会年会
• [学会発表] バイオインフォマティクス研究ユニットの使い方：どのように情報解析を研究に組み込むか (2022)
  • 著者名/発表者名: 山口 雅也
  • 学会等名: 超実践的バイオインフォマティクスセミナー ～明日から研究に組み込める情報解析～
  • 招待講演
• [学会発表] 交互積層細胞コーティング法を用いた三次元肺組織モデルの構築と感染モデルへの応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 赤松 由佳子， 住友倫子， 高原悠樹， 広瀬雄二郎， 山口雅也， 中田匡宣， 秋山茂久， 明石満， 川端重忠.
  • 学会等名: 第75回 日本細菌学会関西支部総会
• [学会発表] 病原レンサ球菌に対するデータ駆動型の病態解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山口 雅也
  • 学会等名: 第5回グローカル感染症研究セミナー
  • 招待講演
• [備考] 大阪大学 大学院歯学研究科 微生物学講座
  • URL: https://web.dent.osaka-u.ac.jp/mcrbio/