ブックタイトル日本結晶学会誌Vol62No2

概要

日本結晶学会誌Vol62No2

日本結晶学会誌62，78-79（2020）最近の研究動向コリネバクテリアのヘム取り込みの仕組み自然科学研究機構生命創成探究センター／分子科学研究所村木則文Norifumi MURAKI: Molecular Mechanism of Heme Transport and Uptake Reaction inCorynebacteria鉄はすべての生物に必須の遷移金属元素である．そのため，ほとんどの生物が鉄を取り込むためのシステムを有していると考えられる．感染症の原因となる病原菌においても，鉄の獲得は生存に必須の機能である．ヒトの体内では遊離の鉄イオンは乏しく，体内の鉄の70％がヘモグロビンなどのヘムタンパク質に含まれている．そこで，病原菌は宿主のヘムタンパク質からヘムを獲得して，細胞内に輸送するために「ヘム取り込み系」を有している．ヘム取り込み系は病原菌の種類によって多様であるため，特定の細菌に選択的に有効な薬剤のターゲットとしても注目されている．ヘム取り込み系は細胞外でヘムを獲得して膜輸送体まで輸送するタンパク質「ヘモフォア」と膜輸送体から構成されている．外膜と内膜という二重膜を有するグラム陰性菌では，ヘモフォアが獲得したヘムは外膜ポーリンに運ばれ，TonB依存輸送体，ABCトランスポーターなどの内膜に局在する膜輸送体を介して細胞内へ輸送される．一方，外膜は有しないが細胞膜の外側に厚い細胞壁をもつグラム陽性菌では，複数のヘモフォアが細胞壁を通って細胞膜の輸送体にヘムを運んでいる．グラム陽性菌は黄色ブドウ球菌に代表されるフィルミクテス門とコリネバクテリアや放線菌を含む放線菌門に大別され，それぞれ異なるヘム取り込み系が知られている．黄色ブドウ球菌のヘム取り込み系はIsdシステムと呼ばれている．Isdシステムでは細胞壁に局在するヘモフォア（IsdH，IsdA，IsdCなど）がABCトランスポーターにヘムを輸送する．1）IsdHがヘモグロビンからヘムを獲得すると，IsdAにヘムを輸送する．その後，ヘムはIsdAからIsdCへとリレーのように輸送され，ABCトランスポーターを介して細胞内へと取り込まれる．Isdシステムには結晶構造解析例も多い．一方，コリネバクテリアのヘム取り込み系についての構造情報は乏しく，ヘムを捉えて運ぶ仕組みは明らかになっていなかった．ここまでに挙げたヘモフォアやヘムトランスポーターの結晶構造に2ついては他稿）に譲り，本稿では著者らが明らかにしたコリネバクテリアのヘム取り込み系の結晶構造に着目して，その構造基盤から既知のヘム取り込み系との機能相図1コリネバクテリアのヘム取り込み系．（Heme uptakesystem in Corynebacteria.）関について議論したい．コリネバクテリアのヘム取り込み系は細胞表層に局在するヘモフォア（HtaA，HtaB）とABCトランスポーター（HmuT，HmuU，HmuV）から構成されている（図1）．3）この系では，HtaAがヘムを獲得して，HtaBにヘムを受け渡す．HtaBはABCトランスポーターのヘム結合コンポーネントであるHmuTにヘムを受け渡し，最終的に細胞内へと輸送すると考えられている．HtaAはN末端ドメインとリンカーによってつながれたC末端ドメイン，細胞膜に局在するための膜貫通領域から構成されている．N末端ドメインとC末端ドメインは互いにアミノ酸配列上の相同性があり，CRドメイン（conserved region domain）と名付けられた．3）HtaBはCRドメインを1つ含んでおり，C末端に膜貫通領域がつづく．CRドメインは放線菌門に広く保存されているが，構造既知のタンパク質との配列相同性はなかった．CRドメインによるヘム取り込みの構造生物学的知見を得るために，著者らはCRドメインに該当するHtaAのN末端ドメイン（HtaA-N）とC末端ドメイン（HtaA-C），HtaBの結晶構造をそれぞれ2.0 A，1.3 A，1.7 A分解能で決定した．4）これら3者のCαのr.m.s.d.は0.68～1.05 Aであり，全体構造はよく一致していた．ここでは，図2aに示したHtaA-Nの全体構造を見ていきたい．CRドメインは11本のβ-strandと2本の短いα-helixから形成されていた．11本のβ-strandはすべて逆平行β-sheet78日本結晶学会誌第62巻第2号（2020）