食中毒を引き起こすウェルシュ菌の毒素と受容体の複合体構造を解明 研究活動 | 研究／産学官連携

食中毒 引 起 菌 毒素 容体 複 体構造 解明

．概要

古屋大学細胞生理学研究 ン CeSPI 大学院創薬科学研究科 藤 好則 特任教授 大 阪大学大学院生 機能研究科 医学系研究科 早智子 教授 共 研究

菌 産生 毒素 一部(C-CPE) 容体 あ ン 結 複 体構造 原子

分解能 解明 功 構造解析 ン 掌 う 形状 細胞

外部分 利用 毒素 指 掴 う 識 接触領域 酸配列 違い

毒素感 性 差 構造生理学的 理解 更 毒素

結 伴う ン分子 構造変化 ン ン 状構造 崩壊 細胞

間隙 緩 機構 明

回明 構造 毒素 結 様式 示 要 複 体構造 あ 菌

食中毒 理解 進 ン ン 経 新規 ッ 法 開発

幅広い分 期待 い

研究 果 2015 2 13日発行 Science 掲載 Perspectives 内

着目 論文 紹 い

左 ．体や器官 表面 覆う細胞 赤色 線 示 う 細胞 体表面や器官表面 覆う

身体や器官 い 脳や肝臓 胃や腸 異 構造 い

右 ．解明 ン ン ン 構造 壊 _(i) 細胞膜 ン 構造 隣

分子 士 要 接触部位 矢頭 示 特 緑色矢頭 真 あ 短い ッ _ECH ば 時 要 細胞外部分 _(ii) 毒素_C-CPE 緑 結 ン 構造 変化 特 短い ッ _ECH 緑色矢頭 真 あ 破線 所 接触部位 消失 半透明矢頭₎ 更 _C-CPE 隣 分子

ぶ ₍ 矢頭 黄緑₎ ン ン 状構造 定 壊 いく

．背景

々 身体 皮細胞 体表面や器官表面 状 覆う 内 外 分 隔

内部 恒常性 保 い 皮細胞 い ン ン ば 細胞

間接着構造 状 細胞外周 隣 う細胞 士 密着 機能 担

い 一例 腸 ン ン 電子顕微鏡像 模式 示 参

照 ン ン 中心 い 分子 ン ば 膜 ン 質

分子 う 構造 い う 状 形態 形 一

郎 ン 発見 ₁₅ 以 経 昨 うやく 々 共 そ 一

端 説明 う 菌 毒素 ン ン 結

始 食中毒感染や ン 内 異 毒素感 性 あ い 毒素 細胞

間隙 広 構造学的 関 ほ 謎 状況

左 ． 腸 皮 細胞 電子顕 微鏡像 i 赤 い枠 示 部 分 拡 大像 ii 赤い矢印 示 様 腸 皮 細胞

間 ン ン ば 形 い 皮細胞 外 近い 側 隣 う細胞間

密 接着 い

右 ． ン ン 模式 _i 腸 皮細胞 凍結割断電子顕微鏡像 _ii

．研究 果

多細胞生物 体表面 器官表面 皮細胞 ば 状 細胞

体 内 外界 変化 い 例えば 腸 単層 皮細胞や血管 内皮細胞

覆わ 体内 個々 コン ン 形 い 皮細胞 ンや 分

子 隔壁 機能 皮細胞 極性 持 そ 側面 隣接 細胞

間 複数 接着装置 存在 例えば 腸 皮細胞 細胞 外側 腸 管 側

側 近い細胞部分 ン ン 形 ッ ッ う 細胞膜間 密着

細胞 細胞 間 ば 物質 通過 制限 機能 い

ン ン

ン ン ン 基本骨格 構 膜内在性 ン 質 実体 古瀬

1998 定 ン 付 ン 現在 や

い ₂₇種類 ン 確 組織 異 ン 複数種

発現 器官特異的 機能 発揮 考え い ン

士 ン ン い 一膜 面内 線状 隣接 細胞間 接

着 いう 機能 ン ン ン 形 菌 毒

素 内 う う 形 変化 起 う ン

ン 脱 いく 構造生理学的 全く明 い

回 古屋大学 大阪大学 共 研究 来 ン ン 質

あ ン19 菌 毒素 ン ン 一部(C-CPE) 形 複 体 結晶 化 大型放射 施設_{SPring-8 BL32XU} 利用 回折 得 そ 結晶構

造 _3.7 Å 分解能 決定 功 そ 結果 ン₁₉ 幅約 大

分子 あ ₄ 回膜貫通型 ン 質 昨 _Science 報告 ン ₁₅

折 構造 い 毒素 結 い ン 15 細胞外側 2

領域 続 _ 構造 形 い 毒素 結 ン₁₉

 ^{構造 分割 う い 明 ン 19 単}

体 細胞外 掌 向 う 構造 形 掌 毒素側 向い 特

 ^{構造 分割 毒素 接触 い β1, 2, 5 限定 あ}

本 指 掴 い う 見え 毒素感 性 決 い 要因 あ 言

わ 親指 見 _付近 細胞外領域 毒素 接着 そ 形状 相補

関 特異的 結 形 い 一方 毒素感 性 依存

内 保存性 高い領域 あ 結 関 い 思わ い 他 本指

相当 β_{1, 2} 毒素 結 要 あ わ 更 立体構造 基 い 網羅 的 変異実験 行い う 結 様式 生体内 環境 近い状態 起 確

左 ． 回 研究 明 ン 毒素 _C-CPE 複 体構造 ン分子 虹色 本

膜貫通 ッ 左巻 束 形 細胞外側 形 β ン 状

ン構造 形 い C-CPE 深緑色 β β 膜貫通 ッ TM3 β 領域 結 い

右 ．掌 C-CPE結 模式 i 毒素結 前 構造 細胞外側 形 β

ン 掌 黒色 う 構造 形 (ii) 毒素結 後 構造 細胞外側 β ン 用い 毒素 C-CPE

結 そ 掌部分 接触 く あ 本 β ン 指 う 毒素 掴

． ン 毒素C-CPE 相互作用部位 (i) 立体構造 ン ボン 虹色 C-CPE 表面 ECS1 相互作用部位 黄緑 ECS2 相互作用部位 サ ン ン 両方 灰色 (ii) ン 点変異体

伴うC-CPE結 能変化 相互作用 残基 ッ ン 大幅 減少 紫色 わ 減少

私 ン ン ン ン15 結晶構造 基 提示

変異 入実験 電子顕微鏡観察 確 い ン 毒素 結

ン わ 毒素結 型 ン ン ン ン

離脱 いく状況 考察 特 ン 形 要 あ 掌

示 領域 一部 ECH 見え く 親指 見立 _ 含 ECS2 領域 毒素 相互作用 伴う構造変化 結 毒素 隣 ン分子 ぶ い

ン 形 阻害 う 推測

回 構造解析 ン ン ン 基本単位 ン 構造 毒

素 複 体 初 明 後 高次 体構造解析 基礎 共 多細胞

生物 恒常性維持 根 あ 機能 い 理解 深 新 研究 結果 期

待 特 ン ン 機能 血液脳関門 血管内皮細胞間隙

物理的 壁 あ 機能制御 脳 薬剤浸透 可能 う ッ

法 開発 期待 本研究 そ う 創薬 貢献 期待

．研究 果要点

 ^{食中毒 原因菌 あ 菌 作 出 毒素 ン ン(CPE) 々 腸内} 皮細胞 傷 痢 引 起 そ 毒素 一部(C-CPE) 皮細胞 内

ン ン Tight Junctions ^{ば 状 細胞接着構造 含}

ン 容体 結 複 体 形 機構 謎 あ 立体構造 基 い 初 明

 ^{皮細胞間隙 機能 担う分子 あ ン そ 間隙 広 毒素C-CPE複}

体 立体構造 世界 初 原子 解明 そ 結果 ン分子 細胞外

部分 利用 指 毒素 掴 う 様式 指紋 証 う 特異的 識結 い

更 毒素 結 伴い本来 立体構造 変化 状 ン ン ン 構造 崩壊 引 起 明

 ^{本 研 究 果 菌 来} 食 中 毒 予 防 薬 設 計 や 血 液 脳 関 門 Blood-Brain

Barrier 通過 う ッ 法 開発 基礎 う 情報 得

謝辞

本 研 究 科 学 研 究 費 補 助 金 基 盤 研 究(S) 課 題 番 号 22227004 基 盤 研 究(A) 課 題 番 号 24247037 ^基盤研究(C) ^課題番号 26440024 ^{新学術領域研究 課題番号} 2413002 ^文部科 学省創薬等支援 術基盤 ッ _JST-CREST 新 産業 術総 開発 機構 _NEDO 医薬基盤研究所 支援 行わ

果掲載 雑

Science ^{発表日 日} 論文

Structural insight into tight junction disassembly by Clostridium perfringens enterotoxin 著者

齊藤恭紀

1,2

鈴木博視

1

谷一

1

西川 希

1

入江克雅

1,2

倉祐輝

3

村淳

3

早智子

3

藤 好則

1,2

1. 古屋大学細胞生理学研究 ン _2. 古屋大学創薬科学研究科 _3. 大阪大学生 機能研 究科 医学系研究科