病原細菌のIVB型分泌系と宿主細胞内増殖

病 原 細 菌 と外 界 を結 ぶ チ ャネ ル:薬 剤排出ポンプと病原因子分泌装置
病原細菌のⅣB型 分泌系と宿主細胞内増殖
永井宏樹
細菌 プラスミ ドの接合伝達系 を起 源 とす るⅣ型分泌系 は,ア グ ロバ クテ リアのT-DNA伝
達系
に相同性のあるⅣVA型と,レ ジオネ ラのDot/lcm分 泌系 に相 同性 のあるⅣB型 とに分け られ る.
い ずれも病原細 菌か ら宿主細胞 へ病 原因子 を輸送 す るとい う点 で重要 な役割 を果 た して いる
が,両 者の構成蛋 白質 問にアミ ノ酸配列 レベル での相 同性はほとん どみ られない.本 稿 では,
病原細菌のⅣB型 分泌系 がこれ ら細菌の宿主細胞 内増殖 に果 たす役割 につい て,最 近 の知見 を
含めて解説する.
Database Center for Life Science Online Service
Ⅳ型分 泌
レジオネ ラ
コク シエ ラ 接 合
は じめ に
性 に 深 くか か わ っ て い る こ とが 明 らか に され つ つ あ る.
この よ うな Ⅳ 型 分 泌 系 の な か で も,植 物 病 原 菌 で あ る
病 原 細 菌 は,宿 主 細 胞 が 本 来 自 身 の ため に もつ 細 胞 内
機 能 を細 菌 の 目的 に 合 わ せ て 利 用 す る こ と に よ り感 染 を
ア グ ロバ ク テ リ アのT-DNA伝
成 立 させ,さ
さ れ て お り,Ⅳ 型 分 泌 研 究 に お け る ホ ー ル マ ー ク 的役 割
ま ざ ま な病 態 を ひ き起 こ し,あ る い は宿 主
の免 疫 機 構 を ま ぬ が れ て い る.こ
れ ら は病 原 細 菌 と宿 主
を 果 た して きた.実 際,こ
達 系 は も っ と も よ く解 析
れ ま で に 見 い だ され た 多 くの
細 胞 の あ い だ の 緊 密 な相 互 作 用 に よ り実 現 さ れ て い る.
Ⅳ 型 分 泌 系 はT-DNA伝
こ の 細 菌-宿 主 間 相 互 作 用 に お い て 中 心 的 な 役 割 を 果 た
り,こ れ らは ⅣA型 分 泌 系 と も よ ばれ る.こ れ に 対 して,
す もの の ひ とつ が,細
1990年 代 の 終 わ りに か け て 発 見 さ れ た レ ジ オ ネ ラ の
胞 内 プ ロセ ス を つ か さ どる 宿 主 因
子 と相 互 作 用 し機 能 を 発 揮 す る,細
ター[→ 今 月のKeyWords(p.4)]で
長 い 進 化 の 歴 史 の な か で,病
菌 由来 の エ フ ェク
Dot/Ⅰcm分 泌 系,お
あ る.
み つ か っ たDot/Icm分
原 細 菌 は エ フ ェ ク ター な
達 系 と高 い 相 同 性 を 示 し て お
よび コク シエ ラ のゲ ノム解 析 か ら
泌 系 に 非 常 に 相 同性 の 高 い 分 泌
系 は,そ れ ま で に 知 られ て い た ⅣA型 分 泌 系 と は ほ と ん
ど病 原 因 子 を宿 主 細 胞 へ 輸 送 す る た め の 分 泌 系 を 獲 得 し
ど 相 同 性 が み ら れ な い.こ
の グ ル ー プ に 属 す る もの を
て き た.こ の よ うな分 泌 系 で よ く知 られ て い る もの は,
ⅣB型 分 泌 系 と よぶ2,3).本 稿 で は,こ
Ⅲ型 分 泌 系 と Ⅳ型 分 泌 系 で あ る.こ の 特 集 の ほ か の 総 説
み つ か っ て き た経 緯 か ら,そ の 病 原性 にお け る役 割 につ
に も詳 しい よ う に,Ⅲ 型 分 泌 系 は 細 菌 べ ん 毛 系 と起 源 を
い て,最 新 の 研 究 の 現 状 を 含 め て 解 説 した い.
の ⅣB型 分 泌 系 が
と も にす る と考 え られ る の に 対 し,Ⅳ 型 分 泌 系 は グ ラ ム
陰 性 菌 プ ラ ス ミ ドの 接 合 伝 達 系 か ら派 生 して き た1)(田
中 ・笹 川 の稿 図3参 照).こ
Ⅰ.レ
ジ オネ ラのDot/Icm分
質 の 輸 送 系 で あ る と考 え られ て い るの に対 し,Ⅳ 型 分 泌
系 に はDNAを
泌 系:異 形の Ⅳ型 分泌 系
の た め,Ⅲ 型 分 泌 系 が 蛋 白
1.レ ジオネラと宿主細胞内増殖
輸 送す る活 性 を も っ て い る も の も あ る.
さ ら に,Ⅳ 型 分 泌 系 に は 百 日咳 毒 素 の よ う な大 きな 蛋 白
レ ジ オ ネ ラ (Legionella
pneumophila ) は広 く土 壌 ・淡 水
質 複 合 体 を菌 体 外 へ 輸 送 す る もの も知 られ て い る.近 年
環 境 中 に 分 布 す る グ ラ ム 陰性 桿 菌 で あ る.汚 染 され た 温
の研 究 の 進 展 に よ り,Ⅳ 型 分 泌 系 に よ る エ フ ェ ク ター 蛋
泉 水 を吸 引 す る な ど して い っ た ん レ ジ オ ネ ラ が ヒ トの 肺
白 質 の 宿 主 細 胞へ の 輸 送 が,多
胞 へ 到 達 す る と,肺 胞 マ ク ロ フ ァー ジ に感 染 ・増 殖 し,
Hiroki
N agai,
大 阪 大学 微 生 物 病研 究所21世
jp/COE/project/prol5.html
Type IVB secretion systems
44
蛋白質 核酸
くの 病 原 細 菌 に よ る 病 原
of intracellular
酵 素Vol.50No.1(2005)
紀COE研
pathogenic
究室
E-mail : [email protected]
bacteria
http://www.bike
n.osaka-u.ac.
伝 子 か らな る ク ラス ター が レ ジ オ ネ ラ染 色 体 上 で2つ の
領 域 に 分 か れ て 存 在 して い る こ とが 明 らか と な っ た(図
2).こ
れ ら遺 伝 子 は,宿 主 細 胞 内 増 殖 を可 能 にす る オ ル
ガ ネ ラ形 成 に必 要 とい う意 味 か ら, dot (defect in organ-
elle trafficking) あ る い は icm (intracellular
multiplica-
tion) と 名 づ け られ た.一
dot/icm
部 の 例 外 を 除 い て,
遺
伝 子 欠 損 レジ オ ネ ラ株 を含 む フ ァ ゴ ソー ム は 一 様 に通 常
の フ ァ ゴ ソー ム成 熟 経 路 に進 み,野
生 型 レジ オ ネ ラ株 を
含 む フ ァ ゴ ソー ム とは オ ル ガ ネ ラ 形 成 の ご く初 期段 階 か
ら 振 る 舞 い が 異 な っ て い る.
ち,
DotB
dot/icm
遺伝 子 の産物 の う
は ア グ ロ バ ク テ リ アT-DNA
と DotG/IcmE
伝 達 系 のVirB11とVirB10と
の あ い だ で 部分 的 な相 同
性 が み ら れ た こ と か ら, dot/icm
遺伝 子群 が ある種 の Ⅳ
Database Center for Life Science Online Service
型 分 泌 系 蛋 白質 を コ ー ドして お り,そ の 欠 損 株 で は フ ァ
ゴ ソ ー ム の 運 命 を左 右 す る な ん らか の レ ジ オ ネ ラ 由 来 因
子 の 輸 送 が で き な くな る の で は な い か と予 想 され た.
2.Dot/Icm分
図1レ
ジ オネ ラの感 染初 期過 程
レ ジオ ネ ラ は,フ ァ ゴサ イ ト・ シス によ リマ ク ロ フ ァー ジな ど に
取 り込 ま れ た の ち,通 常 の フ ァ ゴ ソー ム 成 熟 経 路 を 逸 脱 して,最
終 的 に は フ ァ ゴ ソー ム を形 態 的 に粗 面 小 胞 体 に よ く似 た オル ガ ネ
ラ に改 変 しそ の な か で増 殖 す る.Dot/Icm分
泌 系 を欠損 する レ ジ
dot/icm
泌 系 とプラ スミ ドの接 合 伝達
遺 伝 子 群 が 分 泌 系 蛋 白 質 を コ ー ドす る と仮 定
す る と,つ ぎの 問題 は何 が 輸 送 さ れ て い るか で あ る.1998
年 に は,レ
ジ オ ネ ラ がRSF1010と
よば れ るプ ラス ミ ド
オ ネ ラ を 含 む フ ァ ゴ ソ ー ム は,通 常 の フ ァゴ ソ ー ム成 熟 経 路 へ 進
を 低 頻 度 な が ら レ ジ オ ネ ラ あ るい は 大 腸 菌 へ 接 合 伝 達 で
み,そ こ では レジ オ ネ ラは ま った く増 殖で き な い.
き る こ とが 示 され た9,10).こ の プ ラ ス ミ ドは 自前 の 伝 達
系 を も たず 宿 主 細 菌 が もつ 伝 達 系 を 利 用 して 菌 か ら菌 へ
最 終 的 に重 篤 な肺 炎 を ひ き起 こ し死 に い た る こ とが あ
と移 動 す る の だ が,レ ジ オ ネラ に よる接 合伝 達 活 性 は一部
る.こ の た め レ ジ オ ネ ラは わ が 国 で も有 名 で あ り,最 近
の dot/icm 変 異 株 で は 欠 損 し て い た.2000年
で は 温 泉 に行 け ば 必 ず レ ジ オ ネ ラ汚 染 検 査 の デ ー タが 掲
P9,R64な
示 され て い る.レ
さ れ11.12),こ れ ら プ ラ ス ミ ド の 接 合 伝 達 系 tra /trb
ジ オ ネ ラは,宿 主 細 胞 が 本 来 もつ 食 作
ど のIncIプ
に はColIb-
ラ ス ミ ドの 塩 基 配 列 が 明 らか に
遺伝
用 に よ り,フ ァ ゴ ソ ー ム に取 り込 まれ た 形 で 宿 主 細 胞 に
子 と dot/icm
入 る(図1).と
ジ オ ネ ラ を含 む フ ァ ゴ ソ ー ム
る こ とが 示 され た(図2).こ
酸 性 化,リ
分 泌 系 は ⅣA型 分 泌 系 とは 異 な る 種 類 の Ⅳ 型 分 泌 系 と し
は,フ
こ ろ が,レ
ァ ゴ ソ ー ム 内pHの
ソ ソー ム との 融 合
遺 伝 子 の 多 くに は弱 い な が ら も相 同性 が あ
れ らの 研 究 に よ り,Dot/Icm
な ど,通 常 の フ ァ ゴ ソ ー ム 成 熟 経 路 か ら逸 脱 し,形 態 的
て機 能 して い る ら しい こ とが わ か っ て き た.し か し,レ
に小 胞 体 に似 た特 殊 な オ ル ガ ネ ラ に変 化 す る.レ ジ オ ネ
ジ オ ネ ラ に よ る プ ラ ス ミ ド伝 達 活 性 が 宿 主 細 胞 内 増 殖 と
ラ は 自 ら を含 む フ ァ ゴ ソ ー ム の 運 命 を積 極 的 に改 変 し,
ど の よ うな か か わ りが あ るか につ い て は 明 らか と はい え
内 部 で増 殖 で きる よ う な オ ル ガ ネ ラ をつ く り出 し て い る
な い.な ぜ な ら,レ ジオ ネ ラ に よ る フ ァ ゴ ソ ー ム の 改 変
の で あ る.
は感 染 後 数 分 以 内 に検 出 され は じ め る 速 い反 応 で あ る の
こ れ を 可 能 にす る メ カ ニ ズ ム を解 明 す る た め,遺 伝 学
に対 して,も
し レジ オ ネ ラ に よ るDNA輸
的 解 析 が 容 易 な レ ジ オ ネ ラ の 利 点 を生 か した研 究 が1990
の 役 目 を もつ と した ら,DNAの
年 代 に行 な わ れ た.米
ら に 核 へ の 輸 送,コ
国 コ ロ ン ビ ア 大 学 のShumanの
グ ル ー プ と タ フ ツ 大 学 のIsbergの
グ ル ー プ は 独 立 に,
宿 主 細 胞 へ の 輸 送,さ
ー ドさ れ て い る 遺 伝 子 の 発 現 な ど
に,分 オ ー ダー 以 上 の 時 間 が か か る は ず だ か らで あ る.
宿 主細胞 内 で増 殖 で きな い レジオ ネ ラ変異株 を分 離 し
少 な く と も,DNAがDot/Icm分
た4∼10).原 因 遺 伝 子 を マ ッ ピ ン グ し た 結 果,約20の
る とは 考 え られ な い.さ
遺
送 が な ん らか
蛋白質 核酸
泌系 の唯一の基 質で あ
ら に,病 原 性 に 必 須 な プ ラ ス ミ
酵 素Vol.50No．1(2005)
45
ドな ど輸 送 基 質 と な り う るDNAは,レ
ジオネ ラでは知
ら れ て い な い.こ の よ う な こ とか ら,多
DNAの
くの 研 究 者 は
輸送活性 が レジオネ ラの宿 主細胞 内増殖 に中心
的 役 割 を果 た して い る とは 考 え て い な い.
ア ゴ サ イ トー シ ス を 停 止 さ せ て もRalFの
輸 送 は影 響 さ
れ な か っ た13b).こ
泌 系 には宿 主
細 胞 と の接 触 直 後 か らエ フ ェ ク ター 蛋 白質 の 輸 送 を行 な
う 能 力 が あ る こ と を 示 し て い る.の
り,現
3.Dot/Icm分
泌 系 によ るエ フ ェクター 蛋 白質 の輸送
ア グ ロバ ク テ リア のT-DNA伝
ド接 合 伝 達 系 は,DNAだ
達系 や 細 菌 の プ ラ ス ミ
け で は な く蛋 白 質 も輸 送 す る
こ とが 知 られ て い る.レ
ジ オ ネ ラ のDot/Icm分
泌系 も
蛋 白質 性 の エ フ ェ ク タ ー を宿 主 細 胞 内 へ 輸 送 して い る の
で は ない か,と
ま で,輸
い うの が 自然 な発 想 で あ る が,ご
Database Center for Life Science Online Service
ク タ ー 蛋 白 質RalFを
か に さ きが け て,最 初 の エ フ ェ
同 定 し た13).RalFは
在 で は10種
ち の 研 究 の進 展 に よ
類 以 上 の 蛋 白 質 がDot/Icm分
泌系 に
よ り 輸 送 さ れ て い る こ と が 証 明 さ れ て お り14∼16),こ の
数 は 今 後 ま だ 増 え て い く と 考 え ら れ る.現
在 で は,エ
フ
ェ ク ター 蛋 白 質 こそ が レ ジ オ ネ ラの 宿 主 細 胞 内増 殖 に 中
心 的 役 割 を 果 た し て い るDot/Icm分
泌系 の 基質 であ る
と 考 え る の が 主 流 で あ る.
く近 年
送 基 質 と な る 蛋 白 質 は 知 ら れ て い な か っ た.
2002年 に 筆 者 らは,ほ
の こ と は,Dot/Icm分
Ⅱ.Ⅳ型分泌系による蛋白質輸送検出のためのレポー
ター系
宿 主 小 胞 体-
ゴ ル ジ体 間 の 膜 輸 送 制 御 の 鍵 と な る 宿 主 蛋 白 質ARFを
近 年 の Ⅳ型 分 泌 お よび レ ジ オ ネ ラ研 究 に お け る大 きな
活性 化 し,小 胞 体 様 の オ ル ガ ネ ラ の 形 成 を助 け て い る.
ブ レー ク ス ル ー に な っ た の が,蛋
の ち の ゲ ノ ム解 析 の 進 展 か ら,RalFに
送 を簡 便 に検 出 で き る レポ ー ター 系 の 確 立 で あ る.こ こ
酷 似 した 蛋 白 質
白質 の 宿 主 細 胞 へ の輸
が別の病原 細菌 (Rickettsia prowasekii) に も存 在 す る こ と
で は 若 干 の 誌 面 を使 っ て,こ
が 判 明 し,ARFを
が もた ら した イ ンパ ク トに つ い て ふ れ た い と思 う.
標 的 と して 宿 主 の 膜 輸 送 系 を修 飾 す
の レポ ー ター系 とそ の確 立
る とい う戦 略 が 広 く病 原 細 菌 で 利 用 され て い る 可 能 性 が
1.Cre-lox系
示 唆 さ れ た-RalFは,レ
ジ オ ネ ラ が 半 分 フ ァ ゴ ソー ム
に取 り込 まれ た よ うな 感 染 後 ご く初 期 の 段 階 で も宿 主 細
胞 へ 輸 送 され て お り,さ
らに,ア
ク チ ン重 合 阻 害 剤 で フ
2000年
に Vergunst
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.50No.1(2005)
グ ロ バ ク テ リ ア で は Cre-
lox 系 が エ フ ェ ク タ ー 蛋 白 質 の 植 物 細 胞 へ の 輸 送 の レ ポ
図2Inclプ
ラ ス ミ ド接 合 伝 達 系 と レ ジ オ ネ ラ お よ び コ ク シ エ ラ の ⅣB型 分 泌 系
レジオ ネ ラのdot/icm遺
伝 子 群 は,領 域 Ⅰと領 域 Ⅱの2つ の 遺伝 子 座 に分 か れ て 存在 す る.
46
ら は,ア
ー タ ー と し て 使 え る こ と を 示 し た(図3a)17)
ー ター 系 で は
.こ
の レポ
,P1フ
ァー ジ の 塩 基 配 列 特 異 的 リ コ ン ビ
ナ ー ゼ で あ るCreと
エ フ ェ クターの 融合 蛋 白質 を ア グ
ロ バ ク テ リ ア で 発 現 さ せ て お く.受
コ ン ビ ナ ー ゼ の 標 的 配 列loxを
け 手 側 と し て は,リ
利 用 し て,Creに
よ る組
2.Cya系
1990年
代 の 半 ば にCornelisの
グ ル ー プ は,ペ
ス ト菌
の Ⅲ型 分 泌 系 に よ る エ フ ェ ク ター 輸 送 を 検 出 す る レポ ー
換 え に 依 存 して 発 現 す る よ う に した 薬 剤 耐 性 遺 伝 子 を も
タ ー と し て 百 日咳 菌 の ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ(Cya)毒
つ ト ラ ン ス ジ ェ ニ ッ ク 植 物 を 利 用 す る.Cre-エ
が 利 用 で き る こ と を 示 し た(図3b)58,19)・
フ ェ ク
素
こ の 毒 素 のN
タ ー 融 合 蛋 白 質 が ト ラ ン ス ジ ェ ニ ッ ク植 物 細 胞 へ 輸 送 さ
末 端 側 半 分 の ドメ イ ン に は ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ 活 性 が
れ る と,そ
あ る の だ が,こ
の リ コ ン ビ ナ ー ゼ 活 性 に よ り薬 剤 耐 性 の 植 物
株 が 出 現 す る の だ が,そ
の 指 標 とす る の で あ る.当
の 頻 度 をエ フェ ク ター 輸 送 活 性
時,こ
れ が Ⅳ 型 分泌 研 究 で 唯
一 確 立 さ れ た レポ ー ター 系 で あ っ た こ と もあ り
ネ ラ のDot/Icm分
せ ず,真
核 細 胞 内 に の み 存 在 す る.し
と輸 送 さ れ た と きの み ア デ ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ 活 性 を も
こで わ か っ た こ と
つ.こ
の 結 果 と し て,宿
で き る の で あ る.筆
が,大
研 究 に よ り,こ
腸 菌 あ る い は レ ジ オ ネ ラ を受 け手 と した細 菌 問 の
蛋 白 質 輸 送 の 検 出 系 と し て は 有 用 で あ る,と
の 系 を 用 い てLuoら
は10種
い う こ とで
類 近 くの
エ フ ェ ク タ ー 候 補 蛋 白 質 を 釣 り あ げ て い る16).た
だ し,
主 細 胞 中 に 蓄 積 す るcAMP量
を 定 量 す る こ と に よ り,分
系 と し て は 感 度 が 低 い こ と も あ り使 い も の に な ら な い
際,こ
た が っ て,Cyaド
泌 系 に よ る蛋 白 質 輸 送 の 検 出 に利 用
ク ロ フ ァー ジ な ど真 核 細 胞 へ の蛋 白 質輸 送 の 検 出
あ っ た,実
ル モ ジ ュ リ ン は細 菌 内 に は存 在
メ イ ン とエ フ ェ ク タ ー と の 融 合 蛋 白 質 は 宿 主 真 核 細 胞 へ
で き な い か と 検 討 が 行 な わ れ た.そ
は,マ
の活 性 には コ フ ァ ク タ ー と し て カ ル モ ジ
ュ リ ン が 必 須 で あ る.カ
ジオ
,レ
Database Center for Life Science Online Service
検 討 す る必 要 が あ る.
泌 系 の 蛋 白 質 輸 送 活性 を測 定
者 らを 含 め た 複 数 の グ ル ー プ に よ る
のCya系
がDot/Icm分
質 輸 送 の レ ポ ー タ ー 系 と し て,驚
泌系 に よる蛋 白
くほ ど高 感 度 で 定 量 性
に す ぐ れ て い る こ と が わ か っ て き た.こ
れ ま で に も,ゲ
ノ ム解 析 な どほ か の 方 法 か らエ フ ェ ク ター で は な い か と
こ れ ら全 部 につ い て 本 当 に真 核 細 胞 へ 輸 送 さ れエ フ ェ ク
推 定 さ れ て い た 蛋 白 質 が あ っ た が,実
タ ー と し て 機 能 す る か ど う か は 確 認 さ れ て お らず,別
送 さ れ て い る か ど う か の 検 証 が 研 究 上 の ボ トル ネ ッ ク に
途
際 に宿 主細 胞 へ 輸
な っ て い た.既
存 の 方 法 な ら数
年 が か りの こ とが,も
のの数週
間 で,し か も確 実 に検 証 で き る
よ う に な っ た わ け で あ る.さ
ら
に は,宿 主 細 胞 へ 輸 送 さ れ る 蛋
白質 を レポ ー ター 系 を使 っ て ラ
イ ブ ラ リー か ら直接 ス ク リー ニ
ン グす る こ と も現 実 的 な課 題 と
な っ た.
3.C末
端分 泌 シグナ ル
レ ポ ー ター 系 の確 立 に よ り容
易 に な っ た こ と の ひ とつ に,分
泌 シ グナ ル の解 析 が あ げ られ
る.分 泌 系 に よ っ て 輸 送 さ れ る
蛋 白質 は,輸 送 基 質 と認 識 さ れ
る た め の,分
泌 シ グナ ル とよ ば
れ る領 域 を もつ.よ
図3Ⅳ
く知 られ て
い る,細 菌 内 膜 や 真 核 細 胞 の 小
型 分 泌 系 に よ る 蛋 白質 輸 送 の レポ ー タ ー 系
胞 体 膜 透 過 の た め の 分泌 シ グ ナ
(a)cre-lox系.(b)Cya系.
蛋白質 核酸
酵 素Vol.50No.1(2005)
47
ル や,Ⅲ
型 分 泌 の た め の 分 泌 シ グ ナ ル は,N末
端側 にあ
2.コ ク シ エ ラdot/ｉcm遺
る こ と が 知 ら れ て い る.Ⅳ
型 分 泌 系 の 分 泌 シ グ ナ ル は,
ア グ ロ バ ク テ リ ア のT-DNA伝
か ら,C末
ジ オ ネ ラRalFのC末
ア ミ ノ 酸 残 基 の 領 域 が,Dot/Icm分
レ ジ オ ネ ラ の 宿 主 細 胞 内 増 殖 に お け るDot/Icm分
端 か ら20
泌 系 に よる輸 送 に
遺 伝子群
系 の 中 心 的 な 機 能 か ら,コ ク シエ ラ の dot/icm
が 分 泌 系 蛋 白 質 を コ ー ド し て い て,コ
泌
ク シ エ ラ で も宿 主
必 要 か つ 十 分 な 情 報 を も っ て い る こ と を 示 し た13b).C
細 胞 内 増 殖 に重 要 な働 き を して い る だ ろ う とい う の は 自
末 端 に 分 泌 シ グ ナ ル が あ る と い う こ と は,基
然 な 発 想 で あ る.し
質 蛋 白質 は
か し な が ら,さ
き に述 べ た よ う に コ
全 長 が 合 成 さ れ な い と輸 送 さ れ な い と い う こ と を 意 味 す
ク シ エ ラ は 完 全 な 寄 生 菌 で あ る.コ
る.RalFのX線
様 分 泌 系 を 欠 損 した 変 異 株 を つ く り こ の 仮 説 を 証 明 す る
結 晶 構 造27)で は 分 泌 シ グ ナ ル 部 位 は 溶
媒 側 に 突 出 し て お り,細
菌 内 で い っ た ん フ ォー ル デ ィ ン
Zamboniら
る.細
ジ オ ネ ラの 対 応 す る dot/icm
菌 に と っ て Ⅳ 型 分 泌 に は,細
じ て,即
菌 細胞 中にエ フェ ク
主 細 胞 との接 触 な ど必 要 に応
時 に こ れ を宿 主 細 胞 中 へ 輸 送 で き る とい う時 間
は 独 立 に,コ
こ で,Zusmanら
ク シ エ ラ の dot/icm
と
遺伝 子 が レ
変 異 株 を 機 能 的 に相 補 で き
る か ど う か を 検 証 し た25,26).こ
の 結 果,い
くつ か の
dot/
遺伝 子 につ い て は相 補 が 確 認 で き た こ と か ら,コ ク
icm
シ エ ラ の dot/icm
的 メ リ ッ トが あ る の で は な い だ ろ う か.
ク シ エ ラ でDot/Icm
と い っ た 研 究 は 現 実 的 で は な い.そ
グ さ れ た 状 態 で も 分 泌 基 質 と して 認 識 さ れ る と 考 え ら れ
タ ー を 蓄 積 し て お い て,宿
Database Center for Life Science Online Service
をコー ドしてい るの か?
達系 の基質蛋 白質の解析
端 側 に あ るの で は な い か と示 唆 され て い
た17,20,21).筆 者 ら は,レ
伝 子群 はや は り分 泌 系 蛋 白 質
遺 伝 子 群 が レ ジ オ ネ ラ のDot/Icm分
泌 系 に 機 能 的 に 近 い 分 泌 系 蛋 白 質 を コー ドして い る ら し
Ⅲ.コ
ク シ エ ラ のDot/lcm様
い こ と が わ か っ て き た.こ
分 泌系
i cm
の 結 果 は,コ
ク シ エ ラ の dot/
遺 伝 子 が コ ー ドす る分 泌 系 蛋 白質 が 確 か に コ ク シエ
ラ で 機 能 し て い る こ とを 証 明 した わ け で は な い が,多
1.レ ジオネ ラ と コク シエ ラ:奇 妙な従 兄弟 関係
コ ク シ エ ラ (Coxiella
burnetii ) はQ熱
知 ら れ る グ ラ ム 陰 性 菌 で あ る.レ
あ る.コ
の病 原菌 と して
主 細 胞 な しで は 培 養
伝 学 的 解 析 を行 な う の は 非 常 に 困 難 で
ク シ エ ラ は,寄
生 菌 に 特 徴 的 な2Mb弱
小 さ な ゲ ノ ム を も ち,4Mb程
とい う
度 の ゲ ノ ム を もつ 大 腸 菌
や レ ジ オ ネ ラ と は こ の 点 で も 大 き く異 な る.少
な る が,レ
の研 究 者 を そ の よ う に考 え させ る だ け の イ ンパ ク トを も
々脱線 と
ジ オ ネ ラ は研 究 に は 比 較 的 安 全 な病 原 菌 で あ
る の に 対 し,コ
っ て い る と い え る.
ジ オ ネ ラ と は 異 な り宿
主 細 胞 に 依 存 す る 寄 生 菌 で あ り,宿
で き な い た め,遺
く
ク シエ ラ は細 菌研 究 者 が扱 う病 原 菌 の な
3.コ クシエ ラ研 究の モデ ルと しての レジオネ ラ
そ れ で は,コ
ク シエ ラ のDot/Icm様
分 泌系 はい った
い どの よ う なエ フ ェ ク ター 蛋 白質 を輸 送 して い る の だ ろ
う か.レ
ジ オ ネ ラな どで確 立 さ れ た レポ ー ター系 を使 っ
て,輸 送 され る 蛋 白質 を 直接 探 索 す る の は,コ
ク シエ ラ
の寄 生 菌 と して の性 質 か ら困 難 で あ る.し か しな が ら,
コ ク シエ ラ のDot/Icm様
分 泌 系 が レ ジ オ ネ ラ の もの と
か で も も っ と も 感 染 リ ス ク の 高 い も の の ひ と つ で あ る.
機 能 的 に 置 き換 え 可 能 で あ る な らば,レ
こ れ ら の 相 違 点 に も か か わ ら ず,レ
え る レ ジオ ネ ラ を代 理 細 菌 と し て使 え る可 能 性 が あ る.
ジ オ ネ ラ とコ ク シエ
ラ は 非 常 に 近 い 関 係 に あ る と 考 え られ て い る.リ
ムRNA配
列 を 使 っ た 分 子 進 化 的 解 析 か ら,コ
ボ ソー
クシエ ラ
言 い換 え れ ば,コ
ポー ター 系 の使
ク シエ ラ蛋 白質 と レポ ー ター との融 合
蛋 白質 をつ く り,そ れ が レ ジ オ ネ ラ のDot/Icm分
泌系
は知 られ て い る細 菌 の なか で は レ ジ オ ネ ラ に もっ と も近
に依 存 して レジ オ ネ ラか ら宿 主 細 胞 へ 輸 送 さ れ る か ど う
い こ とが 示 さ れ て い る22).レ
か を指 標 と し て,コ
ジ オ ネ ラ と 同 様,コ
ク シエ
ク シ エ ラ のDot/Icm様
分泌系 に よ
ラ も宿 主 細 胞 で は 膜 に 囲 ま れ た コ ンパ ー ト メ ン ト中 で 増
り輸 送 され る蛋 白 質 を探 索 で き る の で は な い か.現 在 検
殖 す る.さ
討 され て い る こ の よ う な試 み が う ま くい くよ う で あ れ
ら に,コ
ク シ エ ラ に は レ ジ オ ネ ラ のdot/icm
遺 伝 子 群 と非 常 に 相 同 性 の 高 い 遺 伝 子 群 が 存 在 す る の で
ば,コ
あ る(図2)3,23,24).
と宿 主 との 相 互 作 用 に迫 れ る と い う意 味 で も画期 的 だ と
ク シエ ラ の よ う な 直接 解 析 す る の が 困難 な病 原 菌
い え る だ ろ う.
48
蛋 白質
核酸
酵 素Vol.50No.1(2005)
お わ りに
5)
筆 者 らの 研 究 の ゴ ー ル は,レ
ジ オ ネ ラの よ うな宿 主 細
胞 内 で膜 に囲 ま れ た コ ンパ ー トメ ン ト中 に て増 殖 す る病
原 細 菌 が,ど
の よ う な メ カニ ズ ム で これ を可 能 と し,病
原 性 を発 揮 して い る のか を理 解 す る こ とで あ る.こ の ゴ
ー ル へ 至 るた め の 道 の ひ とつ は ,細 菌 が 宿 主 細 胞 へ 輸 送
して い る エ フ ェ ク ター 蛋 白 質 を リス トア ップ し,こ れ ら
が宿 主 細 胞 内 で どの よ う な機 能 を 果 た して い るか を 明 ら
か にす る こ とで あ る.こ れ ま で 述 べ て き た とお り,ⅣB
型 分 泌 系 を もつ レ ジ オ ネ ラ や コ ク シエ ラ,こ こ で は ふ れ
な か っ た が,ⅣA型
は,よ
分 泌 系 を もつ Brucella
属 細 菌 な どで
う や くこ れ ら Ⅳ型 分 泌 系 に よ り宿 主 細 胞 へ 輸 送 さ
れ る エ フ ェ ク ター 蛋 白 質 が 同 定 され つ つ あ る段 階 に あ
Database Center for Life Science Online Service
る.こ の ス トー リー にお け るつ ぎの 課 題 は,こ れ らの エ
フ ェ ク タ ー蛋 白質 の 宿 主 細 胞 内機 能 を 明 らか にす る こ と
に あ るの は 論 を待 た ない.ま
6)
7)
Purcell, M., Shuman, H. A.: Infect. Immun., 66, 2245-2255
(1998)
8) Segal, G., Shuman, H. A.: Infect. Immun., 65, 5057-5066
(1997)
9) Segal, G., Purcell, M., Shuman, H. A. : Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 95,1669-1674 (1998)
10) Vogel, J. P. et al.: Science, 279, 873-876 (1998)
11) Wilkins, B. M., Thomas, A. T.: Mol. Microbiol., 38, 650657(2000)
12) Komano, T. et al. : Mol. Microbiol., 35,1348-1359 (2000)
13) Nagai, H. et al.: Science, 295, 679-682 (2002)
13b) Nagai, H. et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, in press
14) Conover, G. M. et al. : Mol. Microbiol., 48, 305-321(2003)
15) Chen, J. et al. : Science, 303,1358-1361 (2004)
16) Luo, Z. Q., Isberg, R. R. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101,
た,本 稿 で は ま っ た くふ れ
17)
る こ とが で き な か っ た が,(ⅣB型
系 で は,そ
か,輸
の よ うに 受 け手 側 の細 胞 と相 互 作 用 して い
の よ う な化 学 反 応 で輸 送 が 行 な われ て い る の
送 に は 空 間 的 ・時 間的 な制 御 が あ る の か,あ
ら どの よ うな メ カ ニ ズ ム なの か,な
て い る.こ
18)
るな
ど多 くの 謎 が 残 され
れ らの 問 題 に 答 え て い くこ とは,単
20)
21)
22)
23)
(1999)
Segal, G., Shuman, H. A. : Mol. Microbiol.,
19)
に基 礎 研
究 的 興 味 か らだ け で は な く,た とえ ば,新 世代 の 抗 生 剤
と して の Ⅳ型 分 泌 を 阻 害 す る薬 剤 の 開発 や,Ⅳ 型 分 泌 系
を もつ細 菌 の ワ ク チ ンデ リバ リー ビー クル と して 利 用,
と い っ た 実 用 を 考 え る う え で も重 要 な 今 後 の 課 題 で あ
る.
841-846(2004)
Vergunst, A. C. et al. : Science, 290, 979-982 (2000)
Sory, M. P. et al. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92,119981200(1995)
Sory, M. P., Cornelis, G. R. : Mol. Microbiol., 14, 583-594
(1994)
Vergunst, A. C. et al. : Plant Physiol., 133, 978-988 (2003)
Simone, M. et al. : Mol. Microbiol., 41,1283-1293 (2001)
Maurin, M., Raoult, D. : Clin. Microbiol. Rev., 12, 518-553
の 実 体 で あ る分 泌 装 置 が どの よ う な形 を して
い る の か,ど
る の か,ど
にか ぎ らず)Ⅳ 型 分 泌
Brand, B. C., Sadosky, A. B., Shuman, H. A. : Mol. Microbiol., 14, 797-808 (1994)
Andrews, H. L., Vogel, J. P., Isberg, R. R.: Infect. Immun.,
66,950-958(1998)
24)
25)
26)
27)
33, 669-670
(1999)
Vogel, J. P. : Trends Microbiol., 12,103-105 (2004)
Zusman, T., Yerushalmi, G., Segal, G. : Infect. Immun., 71,
3714-3723(2003)
Zamboni, D. S. et al.: Mol. Microbial., 49, 965-976 (2003)
Amor, J. C. et al. : J. Biol. Chem., published online ahead
of print, 10.1074 jbc. M410820200 (2004)
永 井宏 樹
略 歴:1991年
京 都大 学大 学 院理 学研 究 科 博士 後 期課 程 修
1)
2)
Nagai, H., Roy, C. R.: Cell. Microbiol., 5, 373-383 (2003)
Christie, P. J., Vogel, J. P. : Trends Microbiol., 8, 354-360
了.日 本 学 術 振 興 会 特 別 研 究 員,国 立 遺 伝 学 研 究 所 助 手,
米 国 エ ー ル 大 学 留 学 を 経 て,2004年
よ り大 阪 大 学 微 生 物 病
研 究 所21世
究 テ ー マ:レ
3)
(2000)
Sexton, J. A., Vogel, J. P.: Traffic, 3,178-185 (2002)
Berger, K. H., Merriam, J. J.. Isberg, R. R. : Mol. Microbiol., 14, 809-822 (1994)
細 菌 と宿 主 細 胞 の 相 互 作 用 の 研 究 か ら,生 物 界 に 普遍 的 な 新
4)
紀COE特
任 助 教 授,研
の 宿 主 細 胞 内 増 殖 メ カ ニ ズ ム の 解 明,関
ジオネラ
心 事 ・抱 負:病
原
し い コ ン セ プ トを 見 い だ して い き た い.
蛋 白質
核酸
酵 素Vol.50No.1(2005)
49