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

ボツリヌス菌由来ヘマグルチニンの立体構造糖鎖構造の認識に影響している可能性，またはHA1のC末端ドメインはフレキシブルな構造である可能性が考えられる．HAの動的な構造情報として，X線小角散乱（SAXS）を用いた解析により，D型HA1-2は糖鎖を添加すると構造変化が引き起こされるという報告がある．31）6．おわりにHAはボツリヌス神経毒素の経口毒性を顕著に増大させる重要な分子であるが，2），8）複数の分子により構成される巨大な複合体であるため，毒素複合体の中で唯一立体構造が解明されていなかった．われわれは，HAの全複合体を組み換えタンパク質から高純度に再構成させる方法を確立し，タグの検討や抗凍結処理法の改善によりHAの立体構造を3.5 A分解能で決定した．HAの立体構造は3本の脚をもつトリスケリオン様の構造であり，結晶構造からHA1，HA2およびHA3の正確なストイキオメトリーおよび結合様式を決定した．また構造解析と生化学実験の結果により，I）HAは腸管上皮細胞の頭頂部側では脚の先端（HA1のC末端ドメイン）で細胞表面の糖鎖と結合して毒素複合体のトランスロケーションを惹起し，II）基底膜側では脚のつけ根（HA2-3の結合部周辺）でE-カドヘリンに結合して細胞間接着を阻害すること，そしてIII）この2つの活性部位は構造的に独立していることが明らかになった（図7）．図7ボツリヌス神経毒素複合体の腸管上皮細胞への結合模式図．（Schematic model of binding of L toxin tointestinal epithelial cells via HA.）細胞の頭頂部側では脚の先端のHA1のC末端ドメイン（白色破線）により細胞膜上の糖鎖に結合し，基底膜側では脚の付け根のHA2-3結合部（黒色破線）によりE-カドヘリン（PDB ID：3Q2V）に結合する．L毒素の立体構造はHA（PDB ID：3WIN）とM毒素（PDBID：3V0B）の結晶構造およびL毒素の電子顕微鏡像（EMID：2417）から再構成した．日本結晶学会誌第57巻第4号（2015）最近われわれは，A型ボツリヌス神経毒素複合体は，小腸パイエル板に存在し抗原取り込み細胞として知られるM細胞から積極的に取り込まれることを報告した．32）この細胞侵入機構は，HAがM細胞に発現しているグリコプロテイン-2（GP2）と呼ばれるGPIアンカー型タンパク質に結合することで惹起される．今後は，毒素複合体の腸管上皮細胞におけるトランスロケーション機構について，細胞生物学および構造生物学的にアプローチすることによりボツリヌス神経毒素複合体の宿主侵入機構について詳細な解明を目指したい．謝辞本研究を行うにあたり，X線回折実験において助力いただきましたSPring-8 BL44XUの山下栄樹先生ならびにスタッフの皆様にこの場を借りてお礼申し上げます．本研究は兵庫県立大学の月原富武先生の特定領域研究「生体超分子の構造形成と機能制御の原子機構」ならびに奈良先端大の箱嶋敏雄先生の新学術研究「細胞シグナリング複合体によるシグナル検知・伝達・応答の構造的基礎」の科研費の支援の下に執り行うことができました．ここに感謝申し上げます．文献1）櫻井純,本田武司,小熊恵二（編）：細菌毒素ハンドブック（サイエンスフォーラム社）.2）G. Sakaguchi: Pharmacol. Ther. 19, 165（1982）.3）Y. Fujinaga, K. Inoue, S. Watanabe, K. Yokota, Y. Hirai, E.Nagamachi and K. Oguma: Microbiology 143, 3841（1997）.4）Y. Fujinaga, K. Inoue, T. Nomura, J. Sasaki, J. C. Marvaud, M. R.Popoff, S. Kozaki and K. Oguma: FEBS Lett. 467, 179（2000）.5）T. Matsumura, Y. Jin, Y. Kabumoto, Y. Takegahara, K. Oguma, W.L. Lencer and Y. Fujinaga: Cell Miclobiology 10, 355（2008）.6）Y. Jin, Y. Takegahara, Y. Sugawara, T. Matsumura, Y. Fujinaga:Microbiology 155, 35（2009）.7）Y. Sugawara, T. Matsumura, Y. Takegahara, Y. Jin, Y. Tsukasaki, M.Takeichi and Y. Fujinaga: J. Cell Biol. 189, 691（2010）.8）Y. Fujinaga, Y. Sugawara and T. Matsumura: Curr. Top Microbiol.Imunnol. 364, 45（2013）.9）S. Amatsu, Y. Sugawara, T. Matsumura, K. Kitadokoro and Y.Fujinaga: J. Biol. Chem. 288, 35617（2013）.10）D. B. Lacy, W. Tepp, A. C. Cohen, B. R. DasGupta and R. C.Stevens: Nat. Struct. Biol. 5, 898（1998）.11）S. Gu, S. Rumpel, J. Zhou, J. Strotmeier, H. Bigalke, K. Perry, C. B.Shoemaker, A. Rummel and R. Jin: Science 335, 977（2012）.12）Y. Sagane, S. I. Miyashita, K. Miyata, T. Matsumoto, K. Inui, S.Hayashi, T. Suzuki, K. Hasegawa, S. Yajima, A. Yamano, K. Niwaand T. Watanabe: Biochem. Biophys. Res. Commun. 292, 434（2012）.13）K. Inoue, M. Sobhany, T. R. Transue, K. Oguma, L. C. Pedersen andM. Negishi: Microbiology 149, 3361（2003）.14）T. Nakamura, T. Tonozuka, A. Ide, T. Yuzawa, K. Oguma and A.Nishikawa: J. Mol. Biol. 376, 854（2008）.15）T. Nakamura, M. Kotani, T. Tonozuka, A. Ide, K. Oguma and A.Nishikawa: J. Mol. Biol. 385, 1193（2009）.237