老木紗予子 農学研究科博士課程学生、橋本渉 同教授、村田幸作 摂南大学教授らの研究グループは、鼠咬症（鼠に咬まれた傷から起こる疾患）を引き起こすグラム陰性連鎖桿菌が、動物の細胞外マトリックスの主な成分グリコサミノグリカン（以下、GAG）をどのように分解・吸収するのか、その分子メカニズムの一端を明らかにしました。病原菌を含む細菌による動物細胞外多糖への作用メカニズムを明らかにすることで、感染症治療薬の分子設計に資すると考えられます。
本研究成果は、2017年4月21日午後6時に英国の学術誌「Scientific Reports」に掲載されました。
研究者からのコメント
今後は、ABCトランスポーター（ATPの加水分解により生じるエネルギーを用いて物質を輸送する分子装置）が断片化GAGを取り込む詳細なメカニズムを明らかにする予定です。また、ヒト各組織におけるGAGを標的とする細菌叢の動態や性状、ならびに創薬を目標としてGAG輸送系の阻害剤の分子設計に関する研究を進めていきます。
概要
動物の細胞外マトリックスは、細胞の外側を覆う高分子からなる複雑な構造体であり、細胞同士の接着や組織の骨格形成および細胞の分化と増殖など多様な機能を担っています。その主要な構成成分として存在するGAGは、ウロン酸とアミノ糖を構成糖として含み、これら二つの糖を基本単位とします。GAGにはヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、ヘパラン硫酸などがあります。一方、ある種の常在細菌や病原性細菌は、動物（宿主）細胞との共生や感染といった相互作用の中で、GAGを定着や分解するための標的とします。
細菌によって多糖GAGがオリゴ糖へ断片化する際に関わる酵素と遺伝子については、多くの研究蓄積があります。本研究グループでも、GAGの分解や代謝に関わる分子の実体を明らかにしてきました。また、GAGの断片化・分解・代謝に関わる酵素遺伝子群が細菌ゲノム中にクラスター（GAG遺伝子クラスター）を形成することも見出しています。しかし、細菌が宿主細胞のGAGを取り込む分子メカニズムはほとんど分かっていませんでした。
そこで本研究グループは、ヒトに共生または感染する細菌のゲノムを対象にGAG遺伝子クラスターを解析しました。その結果、鼠咬症を引き起こすグラム陰性連鎖桿菌の遺伝子クラスターに、GAGの分解と代謝に関わる複数の酵素とともに、基質結合タンパク質依存ABCトランスポーターがコードされていることを見出しました。そこで、連鎖桿菌のGAG分解性、基質結合タンパク質の構造機能相関、およびABCトランスポーターの機能を解析し、断片化GAGを細胞内に取り込む細菌の分子装置の実体を明らかにしました。
図：GAGを標的とする細菌の動物（宿主）細胞への作用メカニズム
ある種のグラム陰性細菌は、動物（宿主）細胞外マトリックスの成分であるGAGを認識し、細胞外でGAGを断片化した後、生じた断片化GAGを、外膜を通過させる。ペリプラズムに局在する基質結合タンパク質が、断片化GAGを捕捉し、細胞質膜に存在するABCトランスポーターに運搬する。ABCトランスポーターがATP加水分解エネルギーを用いて、断片化GAGを細胞質内に吸収する。断片化GAGは、細胞質酵素UGLにより単糖にまで分解される。分解と吸収に関わる遺伝子群は、細菌ゲノムセグメントにクラスターとして存在する。
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1038/s41598-017-00917-y
【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/222610
Sayoko Oiki, Bunzo Mikami, Yukie Maruyama, Kousaku Murata and Wataru Hashimoto (2017). A bacterial ABC transporter enables import of mammalian host glycosaminoglycans. Scientific Reports, 7, 1069.
- 京都新聞（4月22日 25面）に掲載されました。
