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2022 年度 実績報告書

細菌糖鎖認識のニューパラダイム:非定型ユビキチン化によるゼノファジー制御の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22H02868
配分区分補助金
研究機関京都大学

研究代表者

中川 一路  京都大学, 医学研究科, 教授 (70294113)

研究分担者 野澤 孝志  京都大学, 医学研究科, 准教授 (10598858)
村瀬 一典  京都大学, 医学研究科, 助教 (40710869)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワードゼノファジー / A群レンサ球菌 / ユビキチン / 認識 / GBP1 / ガレクチン3 / TBK1
研究実績の概要

自然免疫における新領域として注目されているゼノファジー(病原体に対するオートファジー)は、ユビキチン依存的な選択的分解システムである。細胞内に侵入した細菌に対してK48/K63結合型の典型的なユビキチン鎖が病原体を標識することで、選択的に病原体を標的とする。一方で、A群レンサ球菌の流行株などの高病原性細菌はこうした認識から回避し、細胞内で増殖するが、そのメカニズムはほとんど明らかになっていない。そこで本研究では、表層糖鎖認識を介した細菌のユビキチン化をモデルとして、小分子可視化プローブや高解像度顕微鏡を駆使することで、感染時におけるユビキチンリガーゼや鎖特異的ユビキチン鎖の細胞内挙動を解析し、ゼノファジーによる細菌認識メカニズムを明らかにする。本年度は、このユビキチン依存的な分解のキーとなるguanylate-binding protein (GBP)の機能について解析をおこなった。この中で、特にGBP1が、TBK1のリン酸化を促進することにより、侵入したA群レンサ球菌(GAS)に対するゼノファジーを誘導することを明らかにした。GBP1は、細胞内に侵入した細菌が引き起こす膜損傷に対してGASを取り囲むような局在を示し、膜損傷センサーであるガレクチン3がそのリクルートを媒介する。GBP1をノックアウトすると、TBK1の活性化が抑制され、p62のリクルートが減少し、ゼノファジーによる殺菌活性が低下することが明らかになった。以上のことから、ガレクチン3-GBP1-TBK1がオートファジーのアダプタータンパク質p62を介したゼノファジーを制御していることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
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

細菌感染におけるゼノファジー誘導は、これまで様々な菌種で報告されているが、細胞内における細菌種の認識能についてはほとんど研究が進展していない。本研究では、その細菌種の違いを明らかとするために、その認識能への影響について解析を行った。細菌感染時には、インターフェロン(IFN)が一連の「インターフェロン刺激遺伝子」の発現を活性化し、免疫応答経路を活性化する。これらの遺伝子にはグアニル酸結合タンパク質(GBP)ファミリーのメンバーが含まれ、マウスには11、ヒトには7のホモログがあり、これらの両種において抗病原性作用を発揮することが報告されている。例えば、マウスGBP7はNADPHオキシダーゼ成分と相互作用し、Listeria monocytogenesやMycobacterium bovis BCGの分解を促進する。一方、ヒトGBP1はグラム陰性菌の細胞壁成分であるリポポリサッカライド(LPS)と結合し、インフラマソーム形成に必要なCaspase-4の活性化をサポートする。また、ヒトGBP1、2、3、4がShigella flexneriの運動性を阻害する一方で、細菌がユビキチン-プロテアソームシステムを介してGBPを分解することを意図していることが報告されている。本研究では、ヒトGBP1がA群レンサ球菌の分解に関わっていること明らかとすることができた。これは、ゼノファジーの活性化には、単に菌の認識だけでなく、IFN経路も関わっていることを示す知見である。

今後の研究の推進方策

これまでのユビキチン化研究の多くは、細胞を破砕してまとめて解析する生化学的な解析や、GFPに代表される蛍光タンパク質を目的の生体分子に遺伝子的に融合し細胞内で発現させることで細胞内局在や動態を解析していたが、元々細胞が持つ「内在性」のタンパク質の本来の感染時の挙動を見落としている可能性、また分子量の大きなタグを付与することで、本来とは異なる挙動や局在を示す可能性が示唆されている。特に、本研究では、GFPタグ等の蛍光タンパク質そのものがユビキチン化される可能性が否定できない。そこで本研究では、京都大学工学部浜地研究室の協力を得て、小分子プローブを用いた内在性タンパク質の標識により内在性ユビキチン化関連タンパク質のイメージングを行う。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] Complete Genome Sequences of Three Streptococcus ruminantium Strains Obtained from Endocarditis Lesions of Cattle in Japan2022

    • 著者名/発表者名
      Nomoto Ryohei、Ishida-Kuroki Kasumi、Tohya Mari、Nakagawa Ichiro、Sekizaki Tsutomu
    • 雑誌名

      Microbiology Resource Announcements

      巻: 11 ページ: e01248-21

    • DOI

      10.1128/mra.01248-21

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Complete Genome Sequences of Four Streptococcus parasuis Strains Obtained from Saliva of Domestic Pigs in Japan2022

    • 著者名/発表者名
      Nomoto Ryohei、Ishida-Kuroki Kasumi、Nakagawa Ichiro、Sekizaki Tsutomu
    • 雑誌名

      Microbiology Resource Announcements

      巻: 11 ページ: e01245-1

    • DOI

      10.1128/mra.01245-21

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Guanylate-Binding Protein 1 Regulates Infection-Induced Autophagy through TBK1 Phosphorylation2022

    • 著者名/発表者名
      Hikichi Miyako、Toh Hirotaka、Minowa-Nozawa Atsuko、Nozawa Takashi、Nakagawa Ichiro
    • 雑誌名

      Cellular Microbiology

      巻: 2022 ページ: 1~18

    • DOI

      10.1155/2022/8612113

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Genomic dissection of the Vibrio cholerae O-serogroup global reference strains: reassessing our view of diversity and plasticity between two chromosomes2022

    • 著者名/発表者名
      Murase Kazunori、Arakawa Eiji、Izumiya Hidemasa、Iguchi Atsushi、Takemura Taichiro、Kikuchi Taisei、Nakagawa Ichiro、Thomson Nicholas R.、Ohnishi Makoto、Morita Masatomo
    • 雑誌名

      Microbial Genomics

      巻: 8 ページ: 000860

    • DOI

      10.1099/mgen.0.000860

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Rab GTPase ネットワークが制御する細胞内膜輸送経路と細菌感染2023

    • 著者名/発表者名
      野澤 孝志,村瀬 一典,中川 一路
    • 学会等名
      第96回日本細菌学会総会
    • 招待講演
  • [学会発表] TBC1D18 regulates exocytic and endocytic trafficking of the invading Group A Streptococcus2023

    • 著者名/発表者名
      野澤 敦子,野澤 孝志,中川 一路
    • 学会等名
      第96回日本細菌学会総会
  • [学会発表] 自然免疫シグナル伝達因子 STING が制御するリソソーム分解経路の解析2023

    • 著者名/発表者名
      飯伏 純平,野澤 孝志,中川 一路
    • 学会等名
      第96回日本細菌学会総会
  • [学会発表] A 群レンサ球菌の表層蛋白質の機能を阻害する抗体の探索2023

    • 著者名/発表者名
      山脇 つくし,中木戸 誠,相川 知宏,Jose Caaveiro,中川 一路,津本 浩平
    • 学会等名
      第96回日本細菌学会総会
  • [学会発表] A 群レンサ球菌の金属恒常性タンパク質 AdcAII は亜鉛の獲得と病 原性に必要である2023

    • 著者名/発表者名
      相川 知宏,清水 玲秀,村瀬 一典,野澤 孝志,中川 一路
    • 学会等名
      第96回日本細菌学会総会
  • [学会発表] 大腸菌由来の細胞外小胞が A 群レンサ球菌に与える生物学的影響2023

    • 著者名/発表者名
      河岸 優,村瀬 一典,中川 一路
    • 学会等名
      第96回日本細菌学会総会
  • [学会発表] Genome diversity of Streptococcus dysgalactiae and the evolutional process with host switching2023

    • 著者名/発表者名
      村瀬 一典,柘植 亮佑,中川 一路
    • 学会等名
      第96回日本細菌学会総会
  • [学会発表] Cytokine-induced FBXO2 directs xenophagy against Group A Streptococcus in endothelial cells2023

    • 著者名/発表者名
      Min Wu,野澤孝志,中川一路
    • 学会等名
      第96回日本細菌学会総会
  • [学会発表] A hydroxamic acid derivative identified by biophysical technologies suppresses Streptococcus infections2022

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa I., Nakakido M., Aikawa C., Shimomura T., Hoshino M., Nagatoishi S., Tsumoto K
    • 学会等名
      10th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference (AsBIC10)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A 群レンサ球菌によるオートファゴソーム膜傷害とその修復機構2022

    • 著者名/発表者名
      中川一路
    • 学会等名
      第52回レンサ球菌シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 大腸菌が産生する細胞外小胞を介した A 群レンサ球菌の細胞分裂障害2022

    • 著者名/発表者名
      河岸優、村瀬一典、中川一路
    • 学会等名
      第52回レンサ球菌シンポジウム
  • [学会発表] A 群レンサ球菌の膜孔形成毒素によるゼノファジー回避機構と宿主膜修復 機構の解析2022

    • 著者名/発表者名
      野澤孝志、中川一路
    • 学会等名
      第33回日本生体防御学会学術総会
  • [学会発表] A 群レンサ球菌によるゴルジ体の断片化は宿主細胞の膜輸送経路を破綻し サイトカインの分泌を低下させる2022

    • 著者名/発表者名
      飯伏純平、野澤孝志、中川一路
    • 学会等名
      第33回日本生体防御学会学術総会
  • [学会発表] 大腸菌由来の細胞外小胞がA群レンサ球菌に与える生物学的影響2022

    • 著者名/発表者名
      河岸優、村瀬一典、中川一路
    • 学会等名
      第75回日本細菌学会関西支部会学術総会
  • [学会発表] MntEを介した菌体内の金属ホメオスタシスの維持はA群レンサ球菌の生育や 病原性に寄与する2022

    • 著者名/発表者名
      清水玲秀, 相川知宏, 村瀬一典, 野澤孝志, 中川一路
    • 学会等名
      第75回日本細菌学会関西支部会学術総会
  • [図書] 耳鼻咽喉科 薬物治療ベッドサイドガイド2023

    • 著者名/発表者名
      藤枝重治、大森孝一
    • 総ページ数
      350
    • 出版者
      中山書店
    • ISBN
      978-4-521-74955-6
  • [図書] 治療の可能性が広がる 抗体医薬2022

    • 著者名/発表者名
      津本 浩平
    • 総ページ数
      231
    • 出版者
      羊土社
    • ISBN
      978-4-7581-0407-4
  • [図書] 月刊 細胞 2022年9月号 細菌の逆襲 20222022

    • 著者名/発表者名
      鈴木 仁人
    • 総ページ数
      80
    • 出版者
      ニューサイエンス

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公開日: 2023-12-25  

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