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Clostridium difficile の毒性発現機序に関する研究

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Academic year: 2021

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(1)

Clostridium difficile の毒性発現機序に関する研究

日大生産工(院)○強矢 佳織 日大生産工

神野 英毅

1.

緒論

Clostridium difficile

(C. difficile) は偏性嫌気 性有芽胞グラム陽性桿菌で、抗生物質が誘因と なる下痢症あるいは腸炎の主要な原因菌であり、

院内感染症の主原因菌としても知られている。

C.difficile

の病原因子としては

toxin A

および

toxin B

があり、本菌を毒素産生性で分類すると

両毒素を産生する

toxin A+B+株、toxin B

のみ産 生する

toxin A-B+株、そして毒素非産生のtoxin A-B-株とに分けられる。臨床的に重要な本菌の

毒性発現機序を知ることは非常に意義があると いえる。本研究では両毒素のうち有毒株に共通 の産生毒素である

toxin B

に着目した。

toxin B

は グルコシル転移酵素ドメイン・転移ドメイン・

結合ドメインの

3

領域の働きにより細胞毒性を 発現することが明らかにされている。

UDP-グル

コースの結合に重要とされる

W102,

酵素活性 に必須のアミノ酸モチーフである

D286-V-D288

を含む

N

末端

546

アミノ酸残基にグルコシル転 移酵素ドメイン、C 末端

516

アミノ酸残基の反 復配列部位に標的細胞上のレセプターと結合す る結合ドメイン、そして、グルコシル転移酵素 ドメインと結合ドメインの間に毒素がファゴゾ ームから細胞質へ転移する機能を担う転移ドメ インが存在すると推測されている(Fig. 1)。

本研究では

C. difficile

の毒性発現機序を解明 すべく、大腸菌の系における遺伝子組換え技術 を用いて、毒素タンパクを構築しているフラグ メントの発現を行なった。

2.

実験方法

2-1.

使用菌株

菌体は岐阜大学生命科学総合実験センター嫌 気性菌実験分野より供与された、C.difficile 臨床 分離株

GAI 99093

を使用した。本株は

toxin A,

toxin B

の両毒素を産生する。

2-2.

遺伝子増幅

フェノール・クロロホルム法により抽出した

DNA

を

template

として

Polymerase Chain Reaction

(PCR)法にて遺伝子増幅を行った。UDP-グル コースの結合に重要とされる

W102,

酵素活性 に必須のアミノ酸モチーフである

D286-V-D288

を含む部位を目的部位とした。primer は

vector

の cloning site に適するように設計した(Table 1)。

forward primer(DK tcdB W102-F)は 5’末端に CACC

配列を置き、直後に開始コドン(ATG)、

続いて導入部位の配列となるようにし、reverse

primer

(DK tcdB DVD-R)は導入部位に続き、終 止コドン(TAG)を置き、その相補的な配列と した。これらの

primer

を用いて、アニーリング

温度

63℃にて目的部位を増幅した。

Fig. 1 C.difficile

病原性座位

tcdB

周辺

2-3.

大腸菌への導入

精製した目的部位の増幅産物を

plasmid vector

(pET101/D-TOPO)にサブクローニングし、氷 上で大腸菌(TOP10 competent cells)と混合、ヒ ートショックにて導入した。

ampicillin

を含む

LB

寒天培地に展開し、一晩培養した後に選択し、

コロニーPCR を行い導入の確認をした。コロニ ーPCR には

plasmid vector

の

T7 promoter

由来の

primer

を用いた(Table 2)。また、これらの

primer

を用いて塩基配列解析も行った。

Study on mechanism of toxic manifestation of Clostridium difficile toxins

Kaori SUNEYA and Hideki KOHNO

5’

tcdD 0 1000 2000tcdB3000 4000 5000 6000 7000 tcdE

W102

UDP-グルコース の結合に重要な部位

D286-V-D288

酵素活性に必須の アミノ酸モチーフ

反復配列

標的細胞上のレセプター との結合ドメイン

Table 1

導入部位増幅に用いる

primer

塩基配列

primer 塩基配列

DK tcdB W102-F 5'-CACCATGAATAATAATTTAACTCCAG-3' DK tcdB DVD-R 5'-CTACTCTATAGACTCAAATAAGTCTGGTTG-3'

primer 塩基配列

T7 Forward 5'-TAATACGACTCACTATAGGG-3' T7 Reverse 5'-TAGTTATTGCTCAGCGGTGG-3'

Table 2 T7 promoter

由来の

primer

塩基配列

(2)

2-4. IPTG

による発現誘導

導入が確認されたコロニーから

plasmid

を抽 出した。それを氷上で大腸菌(LB21 competent

cells)と混合し、ヒートショックによりに導入

した。LB 培地にて一晩培養した後、継代し

Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside

(IPTG)によ る発現誘導実験を行なった。IPTG は終濃度

1.0mM

で加え、加えないもの(非誘導)と比較

した。培養液は

1

時間毎に採取し、遠心分離

(16,000×g, 30sec)を行い、ペレットをサンプ ルとした。

2-5.

発現の確認

IPTG

による発現誘導で得られたペレットを

Lysis buffer

にて溶解し、凍結融解を行った。遠

心分離(16,000×g, 1min)にて、上清とペレッ トに分け、それぞれを

SDS-PAGE

にて確認した。

3.

結果および考察

TOP10

への形質転換におけるコロニーPCR で

は plasmid vector の

T7 promoter

由来の

primer

を 用いたため、T7 promoter 周辺の塩基(282bp)

も含めて増幅されている。よって、目的の

W102

および

D286-V-D288

を含む断片(655bp)が組込ま れた場合は

937bp

に、組込まれない場合は

T7

promoter

周辺のみの

282bp

にバンドが検出でき

る。コロニーPCR による増幅産物をアガロース ゲル電気泳動した結果を

Fig. 2

に示す。

Lane1, 2

では増幅が行われなかった。Lane3, 5~7 では

T7

promoter

周辺のみのバンドが確認できた。そし

て、Lane4 では目的のバンドが検出されたことが 確認できる。

また、colony D の塩基配列を解析した結果を

Fig. 3

に示す。

vector

配列に続いて

CACC

配列か ら始まる目的導入部位の配列が確認できた。こ のことからも、目的部位が正しく導入されたこ とが確認できた。

次に、colony D 由来のプラスミドDNA を導入し た大腸菌(BL21)で

IPTG

による発現誘導を行 った。Lysis buffer を加えた凍結融解の後、遠心 分離によってペレットと上清に分け

SDS-PAGE

を行った。

216

アミノ酸残基からなる目的の毒素 タンパクのフラグメントサイズは約

24kDa

であ る。ペレットの

SDS-PAGE

の結果、24kDa 付近 に時間経過とともに濃くなるバンドが確認され た(Fig. 4)。このバンドは非誘導では薄く、ほ とんど確認できない。誘導によって目的のタンパ クが過剰に発現されたものと考えられる。

4.

結論

大腸菌の系における遺伝子組換え技術を用い

て、毒素タンパクを構築しているフラグメント の発現に成功したといえる。そして、同様にし て他部位のフラグメントを発現させ、それらを 比較することにより毒性発現機序の解明が行え ることも分かった。

【参考文献】

1)F.Hofmann et al. , Localization of the glucosyl transferase activity of Clostridium difficile toxin B to the N-terminal part of the holotoxin, Journal of Biological Chemistry, 272, 11074-11078, 1997 2

)

Maja Rupnik et al. , New Types of Toxin A-Negative,

Toxin B-Positive Strains among Clostridium difficile Isolates from Asia, JOURNAL OF CLINICAL MICROBIOLOGY, 41(3), p. 1118–1125, 2003

Vector sequence Inserted gene

(kDa)

25 20

M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Fig. 4 IPTG

による誘導実験

(Lysis ペレット)

1

:誘導

0h 2

:誘導

1h 3

:誘導

2h 4

:誘導

3h 5

:誘導

4h 6

:誘導

5h 7

:非誘導

1h 8

:非誘導

2h 9

:非誘導

3h 10

:非誘導

4h 11

:非誘導

5h M:WIDE-VIEWTM

Prestained Protain Size MarkerⅡ(Wako)

1 2 3 4 5 6 7

M4

603 bp 310 bp 872 bp 1078 bp 1353 bp

937 bp

M4:Marker4

(φX174/Hae Ⅲ digest) 1: colony A 2: colony B 3: colony C 4: colony D 5: colony E 6: colony F 7: colony G

Fig. 2

コロニーPCR による増幅産物のゲル電気泳動結果

Fig. 3 Cloning site

の塩基配列解析結果

図

Table 2  T7 promoter 由来の primer 塩基配列
Fig. 3 Cloning site の塩基配列解析結果

参照

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