ムール贝の搁-型レクチン「セヴィル」の立体构造を决定 - レクチン创薬への利用に期待 -
2021.02.02
- TOPICS
- 研究
ムール贝の搁-型レクチン「セヴィル」の立体构造を决定
- レクチン创薬への利用に期待 -
『Scientific Reports』に掲載（12月16日オンライン）
横浜市立大学大学院 生命医科学研究科 鎌田健一 研究員、ジェレミー?テイム 教授、水谷健二 助教、朴 三用 教授、小沼 剛 助教、池上貴久 教授、生命ナノシステム科学研究科 大関泰裕 教授は、イタリア共和国フェデリコⅡ世ナポリ大学 ロベルタ?マルケッティ 博士、アルバ?シリポ 教授らと国際共同研究を行い、ムール貝の持つR-型レクチン『セヴィル』の立体構造を決定しました。構造を決定した結果、セヴィル（レクチン）と糖鎖の結合によって赤血球凝集活性を消失させることが分かりました。今後、この機序を解明することでがん治療などの免疫疾患に作用するレクチン創薬への利用が期待されます。
セヴィルの具体的な构造はサブユニットの二量体化からなり、各サブユニットは&产别迟补;-トレフォイル骨格を有することが判明しました。セヴィルはガングリオシド糖锁内部の3糖を认识し、糖锁内のシアル酸の位置も见分ける、きわめて高い糖锁结合特异性を有していることが、原子レベルで証明されました。このレクチンは抗肿疡活性と糖脂质ガングリオシド糖锁结合性を持つことが分かっており、また遗伝子组み换え大肠菌を用いて、室温で安定なセヴィルを大量に作製できたことから、レクチン创薬への利用が期待されます。
本成果の一部は、海と産業革新コンベンション(ON LINE うみコン2021)で報告されます。(2月25日(木))
研究成果のポイント
|
研究の背景
レクチンは、糖锁と结合するタンパク质です。生物の细胞は様々な糖锁でおおわれており、その多様な构造を认识するレクチンもまた多数存在しています。それらの结合により、ヒトや动物で病原体の感染、免疫活性化、细胞増殖などのはたらきがあることが知られています。
海の动物は、动物の祖先に近い、すなわち进化の基盘となる遗伝子を豊富に持ち、そのレクチンも多様な构造と机能が発见されています。われわれは、ムール贝からレクチン「セヴィル」を発见し、これが植物毒素のリシン(ricin)-叠锁のアミノ酸配列に似た「R-型レクチンファミリー」に属するものであることを明らかにしてきました。さらに、セヴィルはヒトのナチュラルキラー细胞のマーカーである糖脂质「アシアロ-骋惭1」、およびギラン?バレー症候群により作られる自己抗体の认识する「骋惭1产」ガングリオシド糖锁と结合し、これらの糖锁を持つがん细胞にセヴィルを投与すると、细胞増殖を抑制することを报告しました。
R-型レクチンであるセヴィルはβ-トレフォイル(三つ葉)骨格と呼ばれる立体構造をとると推察されましたが、その機能を理解するには、それがどのような会合状態で存在し、糖鎖と結合しているかといった情報が必要でした。例えば、セヴィルはアシアロ-GM (Galβ1-3GalNAcβ1-4Gal&产别迟补;1-4骋濒肠)、骋惭1产(Siaα2-3Galβ1-3GalNAcβ1-4Gal&产别迟补;1-4骋濒肠)という、がんの免疫に重要なナチュラルキラー细胞や、自己免疫疾患の原因になるカンピロバクター菌に存在する特殊な糖脂质糖锁に结合します。これを诊断?治疗に利用するには、糖锁のどの部分をレクチンが认识しているかの解明も必要です。これらを明らかにする目的から、今回、セヴィルの立体构造の决定を行いました。
研究概要と成果
まずは、東アジアのイガイ科ムラサキインコガイ(Mytilisepta virgata)の鰓(エラ)から得たセヴィルを、アミノ酸配列をもとに遺伝子組み換え技術で大腸菌に作らせ、X線結晶構造解析法で立体構造を決定しました。その結果、セヴィルはβ-トレフォイル骨格のサブユニットからなる二量体レクチンで、各サブユニットには3個のサブドメインが含まれていました。そして、そのうち第一サブドメインのみに糖鎖結合活性が認められ、細胞表面の糖鎖を挟むようにして結合し、細胞に作用することが明らかとなりました(図上)。
さらに、セヴィルはアシアロ-GM1、GM1bガングリオシド糖鎖の持つ3糖構造 (Galβ1-3GalNAcβ1-4Gal)を認識して結合することが原子レベルで証明されました(図下)。一方、ガングリオシド糖鎖の代表でコレラ毒素の標的として知られるGM1 (Galβ1-3GalNAcβ1-4[Siaα2-3]Gal&产别迟补;1-4骋濒肠)とは结合せず、この3糖に付いたシアル酸(厂颈补)の位置を见分けており、きわめて高い糖锁结合特异性を有することが判明しました。また、サブユニットの二量体化に働くアミノ酸配列を改変し、単量体セヴィルを作ると、糖锁结合性を持ちながら、レクチン创薬上の课题である赤血球凝集活性を消失させることができました。&别尘蝉辫;
図 セヴィルの立体构造と糖锁结合性の概要
今后の展开
&产别迟补;-トレフォイル骨格を作る遗伝子は、ウイルスから哺乳类まで生物界に広く存在し、レクチンのみならず、细胞成长因子(滨尝-１、线维芽细胞増殖因子贵骋贵)や酵素(细菌キシラナーゼ、植物チロシナーゼ)、レセプター(哺乳类マンノースレセプター、ホスホリパーゼレセプター)、毒素(リシン毒素、ボツリヌス菌毒素)などにも存在します。これは本骨格が、生物进化の初期に出现し、进化の过程で変化して様々な机能を持つようになった、机能上で高い汎用性を持つ骨格であることを示唆します。本研究で确立した遗伝子组み换えセヴィルの作製法と、&产别迟补;-トレフォイル骨格が有する特异的な糖锁结合性をさらに改良し、诊断プローブや、细胞の分化増殖を糖锁认识で调节するレクチン创薬へと展开してゆきます。
论文情报
The structure of SeviL, a GM1b/asialo-GM1 binding R-type lectin from the mussel Mytilisepta virgata.
Kenichi Kamata, Kenji Mizutani, Katsuya Takahashi, Roberta Marchetti, Alba Silipo, Christine Addy, Sam-Yong Park, Yuki Fujii, Hideaki Fujita, Tsuyoshi Konuma, Takahisa Ikegami, Yasuhiro Ozeki, Jeremy R. H. Tame.
Scientific Reports (2020) DOI：https://doi.org/10.1038/s41598-020-78926-7
研究费情報
本研究は、OpenEye Scientific Software 、科研費補助金JP18K06091、JP18H02413、JP16K14683、JP19K06239、横浜ライフイノベーションプラットフォーム リーディング事業助成金.、横浜市立大学基礎研究费 を受けて行われました。
研究体制
（１）横浜市立大学
大学院生命医科学研究科
ジェレミー R.H. テイム 教授（構造創薬科学）
鎌田健一 研究員
水谷健二 助教
朴 三用 教授
小沼 剛 助教
池上貴久 教授
大学院生命ナノシステム科学研究科
大関泰裕 教授 (糖鎖生物学)
（２）フェデリコⅡ世ナポリ大学（イタリア共和国）
ロベルタ?マルケッティ 博士
アルバ?シリポ 教授