ディスパーシン B ( DspB またはDispersinB とも呼ばれる) は、歯周病原菌 Aggregatibacter actinomycetemcomitans のグリコシドヒドロラーゼ です。[ 1 ] バイオフィルム コロニーから付着細胞を放出するためにディスパーシン B を分泌します。この酵素は、バイオフィルム マトリックス中に存在する N-アセチル-D-グルコサミンの直鎖ポリマーの加水分解を触媒します。ポリアセチルグルコサミンは、さまざまなグラム陽性菌およびグラム陰性菌のバイオフィルムの構造的完全性に不可欠であり、Staphylococcus属 で は PIA ( PNAG 、PS/A)、 Escherichia coli [ 2 ] [ 3 ]
ポリ-N-アセチル-D-グルコサミンの構造
生物学的機能 ディスパーシン B は、グラム陰性の口腔細菌であるAggregatibacter actinomycetemcomitansが付着した細菌細胞を剥離して分散させる必要があるときに産生されます。 [ 4 ] A. actinomycetemcomitans は 、非対称のバイオフィルムの葉状コロニーを形成し、そこから単細胞または小さな細菌細胞の塊が放出され、近くの表面に付着して新しいコロニーを形成し、バイオフィルムの拡散を可能にします。[ 2 ] [ 5 ] [ 2 ] [ 6 ] [ 2 ]
酵素の構造 ディスパーシンBの単一ドメイン：TIMバレル（主要なサブ構造）を青色で示す。αヘリックスは円筒で、βストランドは矢印で表す。 ディスパーシン B の三次元構造は、大腸菌 でタンパク質を発現させ、培養物から精製し、非対称単位に 1 分子を含む斜方晶系空間群 C222 1で結晶化することによって決定されました。 [ 2 ] TIM バレル の β/α 構造に折り畳まれる残基 1-60 と残基 91-358 から構成されています。ループ β4 には、酵素の活性部位の一部である高度に保存された 2 つの残基 Asp183 と Glu184 が含まれています。活性部位は、ボウル型のディスパーシン B 分子の中心にある大きな空洞です。酵素分解についてさらに理解するために、ディスパーシン B の活性部位でのオリゴマー基質の結合と切断が研究されました。[ 7 ] HPLCを使用して、異なる 重合度の 基質の加水分解生成物を分析しました。基質の鎖長を長くすると、ディスパーシン B の触媒効率が上昇することが示された。重合度が 5 の基質では、サブサイトを完全に占有するには不十分であった。[ 7 ] カルバメート 基質は、ベンチマーク基質である 4-ニトロフェニル N-アセチル-β-D-グルコサミンと比較して、酵素の活性を向上させることも示された。[ 8 ]
酵素のメカニズム ディスパーシンBの作用機序の提案：E184は青色 で示されている。D183はピンク色 で示されている。E332は図示されていない。
ディスパーシン B は、バイオフィルム マトリックス中に存在するアセチルグルコサミン ポリマーの β-1,6-グリコシド結合を特異的に加水分解する β-ヘキソサミニダーゼです。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 10 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
ディスパーシンBの活性部位：E184は青色 で示されています。D183はピンク色 で示されています。E332は黄色 で示されています。
アプリケーション ディスパーシンBは、ポリ-N- アセチルグルコサミン産生菌によって引き起こされるバイオフィルム関連感染症の治療および予防に有用である可能性がある。ディスパーシンBはS. epidermidisの バイオフィルム形成を阻害したため、バイオフィルム放出酵素は広範囲の活性を示し、潜在的な抗バイオフィルム剤となる可能性があることが示唆される。[ 16 ]
商業開発 ディスパーシン B は、創傷治療用ゲルおよび医療機器コーティングとして商業的に開発されています。ディスパーシン B とトリクロサン の組み合わせでコーティングされた外部および内部カテーテルは、すでに市販されている クロルヘキシジン -スルファジアジン コーティング カテーテルと同様に細菌感染の予防に効果的であることが示されました。これらの知見は、ディスパーシン B が抗生物質と組み合わせると相乗効果を発揮することを裏付けています。[ 7 ] [ 17 ]
参考文献 ↑ Kaplan JB、Ragunath C、Ramasubbu N、Fine DH (2003 年 8 月)。「内因性 β-ヘキソサミニダーゼ活性による Actinobacillus actinomycetemcomitans バイオフィルム細胞の剥離」。J . Bacteriol . 185 (16): 4693–8 . doi : 10.1128/JB.185.16.4693-4698.2003 . PMC 166467. PMID 12896987 . 1 2 3 4 5 PDB : 1YHTRamasubbu N、Thomas LM、Ragunath C、Kaplan JB (2005 年 6 月)。「歯周病原菌 Actinobacillus actinomycetemcomitans 由来のバイオフィルム放出グリコシドヒドロラーゼ、ディスパーシン B の構造解析」。J . Mol. Biol . 349 (3): 475–86 . doi : 10.1016/j.jmb.2005.03.082 . PMID 15878175 . ↑ Mack D、Fischer W、Krokotsch A、Leopold K、Hartmann R、Egge H、Laufs R (1996)。 「黄色ブドウ球菌のバイオフィルム蓄積に関与する細胞間接着因子は、線状β-1,6結合グルコサミノグリカンである：精製および構造解析」 。J . Bacteriol . 178 (1): 175– 183. doi : 10.1128/jb.178.1.175-183.1996 . PMC 177636 . PMID 8550413 . ↑ Blackledge MS、Worthington RJ、Melander C (2013)。 「細菌バイオフィルムと戦うための生物学的着想に基づく 戦略 」 。Curr Opin Pharmacol。13 ( 5 ) : 699–706。doi : 10.1016 / j.coph.2013.07.004。PMC 3795836。PMID 23871261 。 ↑ Kaplan JB、Meyenhofer MF、Fine DH (2003)。 「Actinobacillus actinomycetemcomitans のバイオフィルムの成長と剥離」 。J . Bacteriol . 185 (4): 1399–1404 . doi : 10.1128/JB.185.4.1399-1404.2003 . PMC 142852. PMID 12562811 . ↑ Izano EA、Sadovskaya I、Vinogradov E、Mulks MH、Velliyagounder K、Ragunath C、Kher WB、Ramasubbu N、Jabbouri S、Perry MB、Kaplan JB (2007)。 「 ポリ-N-アセチルグルコサミンはActinobacillus pleuropneumoniaeのバイオフィルム形成と抗生物質耐性を媒介する 」 。Microb Pathog。43 ( 1 ) : 1– 9。doi : 10.1016 / j.micpath.2007.02.004。PMC 1950449。PMID 17412552 。 1 2 3 Fazekas E、Kandra L、Gyémánt G (2012)。「バイオフィルム分解酵素であるDispersinBによって触媒されるβ-1,6-N-アセチルグルコサミンオリゴマー加水分解のモデル」。Carbohydrate Res . 363 : 7–13 . doi : 10.1016/j.carres.2012.09.016 . PMID 23103508 . ↑ Chibba A、Dasgupta S、Yakandawala N、Madhyastha S、Nitz M (2011)。「グリコサミニダーゼの発色性カルバメートおよびアセタール基質」。J . Carbohydr. Chem . 30 ( 7–9 ): 549–558 . doi : 10.1080/07328303.2011.610543 . ISSN 0732-8303 . ↑ Itoh Y, Wang X, Hinnebusch BJ, Preston JF, Romeo T (2005). "β-1,6-N-アセチル-D-グルコサミンの脱重合は多様な細菌バイオフィルムの完全性を破壊する" . J. Bacteriol . 187 (1): 382– 386. doi : 10.1128/JB.187.1.382-387.2005 . PMC 538831 . PMID 15601723 . 1 2 Manuel SG、Ragunath C、Sait HB、Izano EA、Kaplan JB、Ramasubbu N (2007)。 「歯周病原菌由来のバイオフィルム放出β-ヘキソサミニダーゼ であるディスパーシンBの活性部位残基の基質加水 分解 における 役割 」 。FEBS J。274 ( 22 ): 5987–99。doi : 10.1111 / j.1742-4658.2007.06121.x。PMID 17949435 。 ↑ Mark BL、Vocadlo DJ、Knapp S、Triggs-Raine BL、Withers SG、James MN (2001)。 「 細菌 β-ヘキソサミニダーゼにおける基質補助触媒作用の結晶学的証拠」 。J Biol Chem。276 ( 13 ): 10330–10337。doi : 10.1074 /jbc.M011067200。PMID 11124970 。 ↑ Hou Y, Vocadlo DJ, Leung A, Withers SG, Mahuran D (2001). "ヒトβ-ヘキソサミニダーゼBの活性部位におけるGluおよびAsp残基の特性解析" . Biochemistry . 40 (7): 2201– 2209. doi : 10.1021/bi002018s . PMC 2910085 . PMID 11329289 . ↑ Maier T、Strater N、Schuette CG、Klingenstein R、Sandhoff K、Saenger W (2003)「ヒトβ-ヘキソサミニダーゼBのX線結晶構造は、サンドホフ病に関する新たな知見を提供する」 J Mol Biol . 328 (3): 669–681 . doi : 10.1016/s0022-2836(03)00311-5 . PMID 12706724 . ↑ Drouillard S、Armand S、Davies GJ、Vorgias CE、Henrissat B (1997)。 「hem J. 1997 Dec 15;328 ( Pt 3):945-9. Serratia marcescens キトビアーゼは基質アセトアミド基の関与を利用する保持型グリコシダーゼである」 。Biochem . J. 328 ( 3): 945– 949. doi : 10.1042/bj3280945 . PMC 1219008 . PMID 9396742 . ↑ Williams SJ、Mark BL、Vocadlo DJ、James MN、Withers SG (2002)。 「Streptomyces plicatus ヘキソサミニダーゼのアスパラギン酸313は、2-アセトアミド基の配向と遷移状態の安定化により、基質補助触媒作用において重要な役割を果たす」 。J Biol Chem。277 ( 42 ) : 40055–40065。doi : 10.1074 / jbc.M206481200。PMID 12171933 。 ↑ Kaplan JB、Ragunath C、Velliyagounder K、Fine DH、Ramasubbu N (2004)。 「黄色ブドウ球菌バイオフィルムの酵素的剥離」 。Antimicrob . Agents Chemother . 48 (7): 2633– 2636. doi : 10.1128/AAC.48.7.2633-2636.2004 。 PMC 434209 。 PMID 15215120 。 ↑ Darouiche RO、Mansouri MD、Gawande PV、Madhyastha S (2009)。 「トリクロサンとディスパーシン B の 併用による抗菌および抗バイオフィルム効果」 。Journal of Antimicrobial Chemotherapy。64 ( 1): 88–93。doi : 10.1093/ jac / dkp158。PMID 19447791 。
