治療効果を指向した新規抗菌薬の創出

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H05783
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: 関水 和久 帝京大学, 医真菌研究センター, 教授 (90126095)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 垣内 力 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (60420238) ; 浜本 洋 帝京大学, 医真菌研究センター, 准教授 (90361609) ; 松本 靖彦 帝京大学, 医真菌研究センター, 講師 (60508141)
• Project Period (FY): 2015-05-29 – 2020-03-31
• Keywords: 感染症 / 抗菌薬 / 網羅的遺伝子発現解析 / ncRNA

Outline of Annual Research Achievements

１．宿主臓器内における病原性細菌の遺伝子発現の網羅的解析による新規病原性因子の同定
発現上昇した遺伝子の詳細なパスウェイ解析、及び機能分類を行い、黄色ブドウ球菌が宿主においてどのような環境におかれているかを明らかにすることができた。また、マウス臓器間で共通して発現上昇する機能未知の遺伝子についてマウスでの病原性について検討を実施し、3つの新規病原性遺伝子を見いだした。機能既知の遺伝子のうち病原性への寄与が知られていなかった４つの病原性遺伝子を同定した。前年度に見いだした新規病原性ncRNAの破壊株に対して、遺伝子の相補によって病原性が回復したことから、本ncRNAが病原性発揮に必要であることを初めて明らかにできた。また、一部の真菌についても宿主環境下における網羅的遺伝子発現変動を解析手法が確立できた。
２．カイコを用いた新規病原性遺伝子の探索
病原性への寄与が明らかでない機能未知遺伝子約200個について解析を実施し、新たに１つの新規病原性遺伝子の同定に成功した。残りの機能未知遺伝子については、遺伝子破壊ライブラリーを導入できたことから29年度の早い時期に解析を完了できる予定である。
３．病原性遺伝子の機能解析と阻害剤の探索
1で見いだした新規の病原性に関わるncRNAの遺伝子破壊株において、発現低下する遺伝子群を同定し、それらが臓器環境下で発現上昇する遺伝子群であることを明らかにした。従って、本ncRNAは病原性発揮に必要な遺伝子群の制御に関わると考えられる。また、カイコ・マウスにおいて病原性に関わることが明らかにした機能未知遺伝子について機能解析を行っており、１つについてその酵素活性、及び機能を明らかにした。さらに、化合物ライブラリーから見いだしていたカイコモデルで治療効果を示す抗菌化合物について、その標的がSigAであることを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

網羅的遺伝子発現変動の結果から、黄色ブドウ球菌の宿主環境下における振る舞いの全体像を明らかにすることができた。さらに、多数の新規の病原性因子が同定され、その機能解析が進んでおり、いくつかについては生化学的な酵素活性が明らかになりつつある。従って、当初の計画通りいくつかの病原性に関与する因子について生化学的なアッセイ系の確立ができるようになり、阻害剤の探索系の構築が可能となっている。また、本プロジェクトにおいて病原性に寄与することが明らかとなったncRNAについて、その機能が宿主内で発現上昇する遺伝子機能群の発現に寄与することが明らかになったことから、本遺伝子の発現制御は感染症治療薬の探索に貢献できるが期待される。以上のことから、当初2年間の研究において計画していた、黄色ブドウ球菌の宿主環境下での振る舞いのおおよそについて明らかにでき、阻害薬探索のための道筋が立ったことから、研究は順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

１．新規病原性因子に関する解析
本研究によって見いだされている機能未知の３つの新規病原性因子については、破壊株のRNA-Seq解析を糸口とした遺伝学的、生化学的なアプローチから機能解析を実施する。カイコを用いた新規病原性遺伝子の探索は、今年度の早い段階において完了させる。カイコで病原性を低下した遺伝子破壊株については、マウスモデルにおける病原性への寄与を検討する。また、宿主内で発現上昇する遺伝子のうち未検討であるものについても同様にマウスモデルにおける病原性への寄与を検討し、病原性に寄与する機能未知遺伝子の網羅的な解析を完了させる。これらの解析により見いだされる新規病原性因子についても機能解析を実施する。
２．感染症治療薬の探索について
生化学的なアッセイ系が確立できた病原性因子については、化合物ライブラリーから阻害薬の探索系を構築する。病原性に関わる新規ncRNAについては、上流のシグナルカスケードを解析し、本ncRNAの機能を制御するような低分子化合物の探索系の確立に挑戦する。また、新規病原性因子については生化学的な酵素活性の評価系の確立、及び、阻害薬の探索系が構築できるか否か検討する。機能は既知であったが病原性への寄与が明らかになった３つの新規因子については、他種において立体構造が明らかなものについて、in silicoのバーチャルスクリーニング技術も取り入れて、阻害薬の探索効率を上げられないか検討する。
研究体制については、昨年度と同様な体制で緊密な連絡をとりながら、研究を遂行する。

Research Products

• [Journal Article] In vitro antibacterial activity and in vivo therapeutic effect of Sesbania grandiflora in bacterial infected silkworms. (2017)
  • Author(s): Anantaworasakul, P., Hamamoto, H., Sekimizu, K., and Okonogi, S.
  • Journal Title: Pharm Biol Volume: 55 Pages: 1256-1262
  • DOI: 10.1080/13880209.2017.1297467
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In silico identification of lysocin biosynthetic gene cluster from Lysobacter sp. RH2180-5 (2017)
  • Author(s): Panthee, S., Hamamoto, H., Suzuki, Y., and Sekimizu, K.
  • Journal Title: J Antibiot (Tokyo) Volume: 70 Pages: 204-207
  • DOI: 10.1038/ja.2016.102
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Advantages of the Silkworm As an Animal Model for Developing Novel Antimicrobial Agents (2017)
  • Author(s): Panthee, S., Paudel, A., Hamamoto, H., and Sekimizu, K.
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 8 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.00373
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synergistic effects of vancomycin and beta-lactams against vancomycin highly resistant Staphylococcus aureus. (2017)
  • Author(s): Tabuchi, F., Matsumoto, Y., Ishii, M., Tatsuno, K., Okazaki, M., Sato, T., Moriya, K., and Sekimizu, K.
  • Journal Title: J Antibiot (Tokyo) Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1038/ja.2017.7
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Discovery of a new antifungal agent ASP2397 using a silkworm model of Aspergillus fumigatus infection. (2017)
  • Author(s): Nakamura, I., Kanasaki, R., Yoshikawa, K., Furukawa, S., Fujie, A., Hamamoto, H., and Sekimizu, K.
  • Journal Title: J Antibiot (Tokyo) Volume: 70 Pages: 41-44
  • DOI: 10.1038/ja.2016.106
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Total Synthesis and Functional Evaluation of Fourteen Derivatives of Lysocin E: Importance of Cationic, Hydrophobic, and Aromatic Moieties for Antibacterial Activity (2016)
  • Author(s): Kaji, T., Murai, M., Itoh, H., Yasukawa, J., Hamamoto, H., Sekimizu, K., and Inoue, M.
  • Journal Title: Chemistry Volume: 22 Pages: 16912-16919
  • DOI: 10.1002/chem.201604022
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cell-Surface Phenol Soluble Modulins Regulate Staphylococcus aureus Colony Spreading (2016)
  • Author(s): Kizaki, H., Omae, Y., Tabuchi, F., Saito, Y., Sekimizu, K., and Kaito, C.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 11 Pages: e0164523
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0164523
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A human pathogenic bacterial infection model using the two-spotted cricket, Gryllus bimaculatus (2016)
  • Author(s): Kochi, Y., Miyashita, A., Tsuchiya, K., Mitsuyama, M., Sekimizu, K., and Kaito, C.
  • Journal Title: FEMS Microbiol Lett Volume: 363 Pages: fnw163
  • DOI: 10.1093/femsle/fnw163
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] An Intriguing Correlation Based on the Superimposition of Residue Pairs with Inhibitors that Target Protein-Protein Interfaces (2016)
  • Author(s): Nakadai, M., Tomida, S., and Sekimizu, K.
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 6 Pages: 18543
  • DOI: 10.1038/srep18543
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A silkworm infection model to investigate Vibrio vulnificus virulence genes (2016)
  • Author(s): Yamamoto, M., Kashimoto, T., Yoshimura, Y., Tachibana, N., Kuroda, S., Miki, Y., Kitabayashi, S., Tong, P., Xiao, J., Tanaka, K., Hamamoto, H., Sekimizu, K., and Yamamoto, K.
  • Journal Title: Mol Med Rep Volume: 14 Pages: 4243-4247
  • DOI: 10.3892/mmr.2016.5782
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lysobacter species: a potential source of novel antibiotics. (2016)
  • Author(s): Panthee, S., Hamamoto, H., Paudel, A., and Sekimizu, K.
  • Journal Title: Archives of microbiology Volume: 9 Pages: 839-845
  • DOI: 10.1007/s00203-016-1278-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Menaquinone as a potential target of antibacterial agents (2016)
  • Author(s): Paudel, A., Hamamoto, H., Panthee, S., and Sekimizu, K.
  • Journal Title: Drug Discov Ther Volume: 10 Pages: 123-128
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01041
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Acute oral toxicity test of chemical compounds in silkworms (2016)
  • Author(s): Usui, K., Nishida, S., Sugita, T., Ueki, T., Matsumoto, Y., Okumura, H., and Sekimizu, K.
  • Journal Title: Drug Discov Ther Volume: 10 Pages: 57-61
  • DOI: 10.5582/ddt.2016.01025
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] カイコ細菌・真菌感染モデルを用いた新規抗生物質の開発 (2017)
  • Author(s): 浜本洋、関水和久
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-27
  • Invited
• [Presentation] 黄色ブドウ球菌の菌体表層における毒素の機能 (2017)
  • Author(s): 垣内力
  • Organizer: 第90回日本細菌学会総会 シンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-19 – 2017-03-21
  • Invited
• [Presentation] 黄色ブドウ球菌のマウス宿主内で発現上昇する遺伝子群の解析 (2017)
  • Author(s): 浜本洋、扇喜秀、Panthee Suresh、Paudel Atmika, 鈴木穣、関水和久
  • Organizer: 第90回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-19 – 2017-03-21
  • Invited
• [Presentation] 昆虫モデルを用いて解明する細菌の病原性発動システム (2016)
  • Author(s): 垣内力
  • Organizer: 第99回日本細菌学会関東支部総会 シンポジウム
  • Place of Presentation: 北里大学（東京都港区）
  • Year and Date: 2016-10-06 – 2016-10-07
  • Invited
• [Presentation] 病原性真菌の感染機構の解明のためのカイコ感染モデルの利用 (2016)
  • Author(s): 松本靖彦、石井雅樹、関水和久
  • Organizer: 第60回医真菌学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-10-01
• [Presentation] カイコ真菌感染モデルを利用した抗真菌薬の治療効果の評価と探索 (2016)
  • Author(s): 浜本洋、関水和久
  • Organizer: 第60回医真菌学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-10-01
• [Presentation] カイコ感染モデルの新規抗生物質開発における有用性 (2016)
  • Author(s): 関水和久
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
  • Invited
• [Presentation] 創薬へのカイコモデルの応用 (2016)
  • Author(s): 浜本洋、関水和久
  • Organizer: 昆虫デザイン研究会 家畜化過程の理解とポスト家畜化
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター（愛知県岡崎市）
  • Year and Date: 2016-07-07 – 2016-07-08
• [Presentation] An Antibacterial Agent Inhibited Bacterial Transcription by Targeting the Primary Sigma Factor and Preventing Open Complex Formation (2016)
  • Author(s): Atmika Paudel, Hiroshi Hamamoto, Kazuhisa Sekimizu
  • Organizer: ASM Microbe
  • Place of Presentation: Boston（MA. USA）
  • Year and Date: 2016-06-16 – 2016-06-20
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 帝京大学医真菌研究センター
  • URL: https://www.teikyo-u.ac.jp/affiliate/laboratory/fungal_center/