不明だった細菌が宿主細胞のGAGを取り込む分子メカニズム

京都大学は4月21日、鼠咬症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（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する研究結果を発表した。この研究は、同大大学院農学研究科博士課程の老木紗予子氏、同・橋本渉教授、摂南大学の村田幸作教授らによるもの。研究成果は、「Scientific Reports」に4月21日付で掲載されている。

画像はリリースより

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、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の機能を担う。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2つの糖を基本単位とする。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る。

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する。細菌によって多糖GAGがオリゴ糖へ断片化する際に係る酵素と遺伝子については、多くの研究蓄積があり、同研究グループも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る。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わかっていなかった。

感染症に対する予防や治療薬の開発に期待

今回の研究では、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。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たところ、連鎖桿菌は、ヒアルロン酸とコンドロイチン硫酸を断片化し、基質結合タンパク質は、断片化ヒアルロン酸やコンドロイチン硫酸と結合ならびに解離し、その結合と解離に伴って分子構造を開閉すること、ABCトランスポーターは、基質結合タンパク質と断片化ヒアルロン酸やコンドロイチン硫酸の存在下で、輸送エネルギーを発生させることを見出したという。これにより断片化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なったとしている。

GAGの取り込みに機能する細菌輸送体の実体解明は、常在細菌や病原性細菌によるエネルギー獲得や宿主細胞との相互作用に関わるメカニズムの全容を明らかにすることに繋がり、大きな学術的意義をもつと考えられる。また、病原性細菌のGAG輸送装置を阻害する薬剤は、感染症の予防と治療薬の開発に繋がる。今回対象としたグラム陰性連鎖桿菌では、基質結合タンパク質の構造機能相関が判明しているため、働きを阻害する薬剤の分子設計が可能、と研究グループは述べている。（遠藤るりこ）