研究紹介
ヘム獲得タンパク質HasAを用いた人工金属タンパク質
緑膿菌は身の回りに広く分布する常在菌で、通常は病原性を示さないが、免疫力の低下した人にのみ病原性を示す日和見感染菌に分類される。緑膿菌は多くの病原因子を生産して、肺炎、敗血症などを引き起こすため、特に院内感染などで問題となる。また、最近では、抗生物質（抗菌剤）の不適切な使用などにより、複数の抗生物質に対して耐性を持った多剤耐性緑膿菌の出現が問題視されている。緑膿菌の薬剤耐性能の獲得スピードは速く、新しい抗菌剤が開発されても、すぐに耐性を獲得してしまうため、抗菌剤を用いた治療が難しいという大きな問題がある。そのため、世界中で抗菌剤とは異なるメカニズムでの殺菌方法が強く求められている。
緑膿菌は我々人間と同様に生育のために鉄が必須である。そのため、外界から鉄を獲得する様々な機構を発達させている。その1つがヘム獲得機構（Has: heme acquisition system）と呼ばれるもので、この機構はヒトなどの宿主が持っているヘムタンパク質（例えばヘモグロビン）から鉄錯体であるヘムを奪い取って、緑膿菌が取り込み、鉄源として利用する機構で、通常、鉄源が不足した環境で使用される機構である。
ヘム獲得機構の最初の段階は、緑膿菌がapo-HasA（ヘムを持っていない状態）と呼ばれる小型タンパク質を外部に分泌するところから始まる。apo-HasAはヘムとの結合力が強く、宿主のヘムタンパク質からヘムを奪い取り、ヘムが結合した状態holo-HasAとなる。続いて、緑膿菌表面に存在するHasA専用の受容体HasRを用いて、ヘムを緑膿菌内部に送り込み、鉄源として利用する。このヘム獲得機構は緑膿菌が生育するために必要なシステムで、この機構をストップさせてしまうと、緑膿菌は必要な鉄源を確保できず、増殖が停止してしまう。
第1話: ヘム獲得タンパク質HasAへの合成金属錯体の複合化と緑膿菌増殖抑制
HasAはヘムに対する優れた結合力を有しているだけでなく、有機溶媒に対する耐性が高く、さらにヘム結合部が外部に露出しているユニークな特性を持っている。この特性を利用し、我々は天然のヘム以外の様々な合成金属錯体をapo-HasAに捕捉させることに成功した。HasAに捕捉可能な合成錯体はヘムのモデル錯体として幅広く研究されているポルフィリンだけでなく、ヘムよりも大きな平明構造を有するフタロシアニンなど、ヘムとは大きく構造の異なる合成錯体でもHasAと複合化できることを見出した。その中でも、鉄フタロシアニン（FePc）を結合させたHasA (FePc-HasA)は、天然に存在しない人工の合成金属錯体を結合していながら、タンパク質の構造は天然のヘムを結合したholo-HasAとほぼ一致し、holo-HasAと同様に緑膿菌の専用受容体HasRと結合可能である。興味深いことに、FePc-HasAを鉄制限下の緑膿菌に作用させると、緑膿菌の増殖抑制が観測された。これはFePcが天然のヘムよりも大きな構造を有しているため、FePc-HasAからHasRに送り込まれたFePcが途中で通過することが出来ず、緑膿菌のヘム獲得機構をブロックしていると推測している。
詳しくはこちらの論文をご参照ください。
- C. Shirataki, O. Shoji, M. Terada, S. Ozaki, H. Sugimoto, Y. Shiro, Y. Watanabe, "Inhibition of Heme Uptake in Pseudomonas aeruginosa by its Hemophore (HasAp) Bound to Synthetic Metal Complexes" , Angew. Chem. Int. Ed., 53, 2862–2866 (2014). The inside cover of the issue 11.
http://dx.doi.org/10.1002/anie.201307889
第2話: 緑膿菌HasAと5,15-ジフェニルポルフィリン鉄錯体類の複合化
第3話: 緑膿菌HasAと9,10,19,20-テトラフェニルポルフィセン錯体の複合化
第4話: 光増感剤ガリウムフタロシアニンを捕捉したHasAによる緑膿菌の光殺菌
第5話: 緑膿菌HasAと5-oxaporphyrinium cation錯体の複合化