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ボツリヌス神経毒素は複数のタンパク質分子からなる複合体として存在し、神経毒素の抗原性などによりA-Gの7つの血清型に大別される。本研究の代表者が所属する研究グループでは、毒素の構成タンパク質の一つであるヘマグルチニン（HA）が、腸管上皮細胞に対して特異的な生物活性を示すことを見出し、その活性が食餌性ボツリヌス中毒の発症過程における毒素の腸管吸収に関わる可能性を考え、研究を進めてきた。本研究では、細胞障害活性を有するC型ボツリヌスHA（C型HA）について、その活性の分子メカニズムを明らかにすることを目的とした。
C型HAはシアル酸を認識することが以前より知られており、細胞障害活性についてもシアル酸結合に依存することを予備実験により明らかにしていた。シアル酸は細胞表面においてはタンパク質糖鎖あるいは糖脂質であるガングリオシドの一部として存在するので、それらの生合成阻害剤の効果を検討したところ、C型HAの活性は、細胞をガングリオシドの生合成阻害剤で前処理することにより完全に阻害された。また糖鎖アレイを用いることにより、C型HAはGM3とa経路のガングリオシドに特異的に結合することが明らかとなった。さらにC型HAに感受性の細胞をC型HA存在下で培養し続けることにより、非感受性の細胞を単離することができた。この非感受性細胞では、GM3合成酵素の発現が完全に失われており、親株で優勢に存在しているGM3が消失していることが分かった。この非感受性細胞にGM3合成酵素を発現させることにより、細胞のC型HAに対する感受性は復帰した。以上の結果から、C型HAは、細胞膜上のGM3に作用することにより、細胞障害活性を示していることが明らかとなった。
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