主な研究課題

黄色ブドウ球菌の2成分性毒素γ-ヘモリジンの膜孔構造形成機構の解明
[PNAS 108, 17314-17319 (2011)]

　黄色ブドウ球菌は，ホスト細胞の血球を崩壊させるための，様々な膜孔形成毒素蛋白質を分泌する．黄色ブドウ球菌の膜孔形成毒素は，単一の分子で構成されるα-ヘモリジンと， 2つの成分から構成される2成分性毒素に分類される．いずれの分子も可溶性の単量体として発現され，ターゲット細胞の表面で会合した後，多量体の膜孔を形成する（図1）．これまでに，α-ヘモリジンの7量体の膜孔構造と2成分性毒素の単量体構造の立体構造がX線結晶構造解析により明らかにされてきたが，2成分性毒素の膜孔構造は未知であった．本研究では，2成分性毒素の1つである，γ?ヘモリジン（Hlg2とLukFから構成される）の膜孔構造を2.5Aの分解能で決定し，2成分性毒素の膜孔形成機構の詳細を明らかにした．このモデルは，過去20年におよび蓄積されてきた黄色ブドウ球菌2成分性毒素の生化学的研究を適切に説明するものである．

図1．2成分性毒素による膜孔の形成

【γ-ヘモリジンの膜孔構造】LukFとHlg2が4分子ずつ，交互に円状に配置した8量体構造を形成していた（図2）．単量体中では折り畳まれていたステム領域が伸び（図3），2成分が交互に配置してβ-バレル型の膜貫通領域を形成していた．膜孔の直径は25.5A，膜外領域の直径は114Aであった．8量体中には，2種類の分子接触界面（Hlg2-LukFの界面（Interface 1）とLukF-Hlg2の界面（Interface 2））が存在していたが，それぞれの接触面積は1068A2，831A2と大きく異なっていた．

図2．明らかになったγ?ヘモリジンの膜孔構造

図3．単量体と膜孔中での各成分の構造の比較

【提案された膜孔形成機構】今回明らかになった膜孔構造と，既知の単量体構造，さらに，これまでに報告されてきた生化学的データをもとに，2成分性毒素の膜孔形成機構を提案した（図4）．まず，LukFが赤血球膜上に結合する（状態1）．このとき，LukFはInterface 1を上に向けるように，膜に対して斜めに結合する．次に，上に向けられたInterface 1にHlg2が結合する（状態2）．形成された2量体は向きを変えて，LukFとHlg2の底部で膜に結合する（状態3）．2量体同士が会合し，pre-poreと呼ばれる膜孔中間体を形成する（状態4）．Pre-poreの状態では，ステム領域は新調せず，膜孔は形成されない．最後に，ステム領域が大きく構造変化し，膜孔が形成される（状態5）．

図4．提案されたγ?ヘモリジンの膜孔形成機構

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