酵素KatGの分子構造に基づく結核菌の薬剤耐性化メカニズムの解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15019037
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 藤原 健智 静岡大学, 理学部, 助教授 (80209121)
• Keywords: 薬剤耐性化結核菌 / イソニアジド / KatG / 酵素の構造と機能 / 分子内架橋修飾

Research Abstract

イソニアジドの抗結核作用は、イソニアジド活性化酵素KdtGによる活性化により生じたラジカル中間体が、結核菌に特有の成分であるミコール酸の生合成を阻害することによる。申請者の研究グループは、好塩菌に存在する結核菌KatGのホモログの結晶構造を高分解能で明らかにし、これに基づいてイソニアジド活性化反応に重要な働きをすると予想されるアミノ酸残基や構造をKatG分子中に同定した。それらの機能を詳細に解析するため、特殊な好塩菌/大腸菌シャトルベクターを用いたKatG過剰発現系を利用して、変異酵素を作成するシステムを構築することに成功した。またこれを用いた変異導入によってKatGの分子構造を改変することで、そのイソニアジド活性化作用を大幅に上昇させることにも成功している。Y218A変異により、そのイソニアジド活性化反応は野生型酵素と比較して70倍以上上昇したが、これは、イソニアジド分子のKatG内部へのアクセス経路を形成しているペプチドループの揺らぎを抑える機能を持つTyr218がAlaに置きかえられることでアクセス経路が'やわらかく'なり、基質分子の通過がより容易になったためと考えられる。さらに、活性中心近傍に存在するペプチド問架橋修飾[W95-Y218-M244]の機能を解析するため作成したM244A変異酵素については、その結晶化に成功し、現在構造解析を進めている。

Research Products

• [Publications] Fujiwara, T. et al.: "The 2.0 angstrom crystal structure of the catalase-peroxidase from a halophilic archaeon, Haloarcula marismortui."PLANT BIOLOGY 2003, Final program and abstracts. 58 (2003)
• [Publications] Fujiwara, T. et al.: "The 2.0 A crystal structure of the halobacterial catalase-peroxidase, a homolog of Mycobacterium tuberculosis KatG"The Awaji International Forum on Infection and Immunity, Scientific Program. P-087 (2003)
• [Publications] Fujiwara, T. et al.: "Unusual covalent modification 'Trp-Tyr-Met' founfd in the catalase-peroxidase"Seikagaku. 75(8). 1062 (2003)