ブックタイトル日本結晶学会誌Vol57No4

概要

日本結晶学会誌Vol57No4

日本結晶学会誌57，233-238（2015）最近の研究からボツリヌス菌由来ヘマグルチニンの立体構造大阪大学微生物病研究所感染症国際研究センター阿松翔，菅原庸，藤永由佳子京都工芸繊維大学大学院工芸科学研究科生体分子工学専攻北所健悟Sho AMATSU, Yo SUGAWARA, Yukako FUJINAGA and Kengo KITADOKORO:Crystal Structure of Hemagglutinin from Type B Clostridium BotulinumBotulinum neurotoxins（BoNTs）, which are produced by Clostridium botulinum, are the mostpotent toxins, and cause the highly lethal food poisoning. BoNTs are produced as the assemblies withnon-toxic components. Hemagglutinin（HA）, one of the non-toxic components, has three biologicalactivities: one is protecting BoNT from degradation in gastrointestinal tract, another is binding activityto carbohydrates and the other is disrupting of the epithelial barrier by direct binding to E-cadherin,which are critical for oral toxicity of BoNT. Here, we review the study on the crystal structure of typeB whole HA. This structure reveals whole HA to be a huge triskelion-shaped molecule composed of 12subcomponents, and biochemical data show that these functions of HA are employed at distinct sites.1．はじめにボツリヌス神経毒素（BoNT）は，ボツリヌス菌（Clostridium botulinum）により産生されるタンパク質毒素であり，致死率の高い毒素型食中毒（食餌性ボツリヌス症）を引き起こす．BoNTは宿主の末梢神経終末において，シナプス小胞とシナプス前膜の融合を阻害し，弛緩性麻痺を引き起こす．1）BoNTは無毒成分との巨大なタンパク質複合体として産生され，1）無毒成分は胃や小腸の消化液中でBoNTが分解することを防ぐ．2）無毒成分の1つであるヘマグルチニン（HA）は，BoNTの保護活性，レクチン活性および上皮細胞間バリアを破壊する活性（図1）をもち，2）-8）HAを含む毒素複合体はHAを含まない毒素複合体と比較して経口毒性が顕著に増大することが報告されている．2）本稿では，ボツリヌス神経毒素複合体の経口毒性において重要なタンパク質であるが，毒素複合体で唯一構造が不明であったHA全複合体の立体構造を解明することができた9）ので紹介する．図1ボツリヌス神経毒素複合体と腸管上皮細胞との相互作用の模式図．（Schematic model of interactionbetween botulinum neurotoxin complex and intestinalepithelial cells.）経口摂取した毒素複合体は小腸から吸収される．1）3），4HAはレクチン活性）およびE-カドヘリンに結合して上皮細胞間バリアを破壊す5）-8る活性）を有する．2．ボツリヌス神経毒素複合体について2.1ボツリヌス神経毒素複合体の構造と機能BoNTは宿主の末梢神経終末において，亜鉛プロテアーゼ活性によりSNARE（可溶性NSF接着タンパク質受容体）タンパク質を分解する．SNAREタンパク質の分解によりシナプス小胞とシナプス前膜の融合が阻害され，その結果シナプス小胞に内包されたアセチルコリンが放出されず弛緩性の神経麻痺が引き起こる．1）BoNTは無毒成分と結合してM，LまたはLL（12S，16Sまたは19S）毒素としてボツリヌス菌より産生される．1）無毒成分の1つであるnon-toxic non-HA（NTNHA）は毒素活性がなく，BoNTとのアミノ酸相同性はおよそ30％と低いにもかかわらず，BoNTとNTNHAは相同の立体構造をもつ（図2）．10）-12）NTNHAはBoNTと握手をするように密接に結合してM毒素を形成し，BoNTが消化液中で酸性pHや消化管プロテアーゼにより分解することを防ぐ．2），11）もう1つの無毒成分であるHAはM毒素と結合してL毒素を形成し（図2），BoNTの保護および小腸における毒素の吸収を促進する機能が報告されている．2），8）日本結晶学会誌第57巻第4号（2015）233