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| リゾチーム様ファージリシン | |||||||||
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 連鎖球菌ファージCp-1由来のモジュラーCPL -1エンドリシンとペプチドグリカン類似体の結晶構造。PDBエントリー2j8g。[1] | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 3.2.1.17 | ||||||||
| CAS番号 | 9001-63-2 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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溶解素はエンドリシンまたはムレイン加水分解酵素としても知られ、バクテリオファージが溶菌サイクルの最終段階で宿主の細胞壁を切断するために産生する加水分解酵素である。溶解素は高度に進化した酵素であり、細菌細胞壁の主成分であるペプチドグリカン（ムレイン）の5つの結合のうちの1つを標的とし、溶解細胞から子孫ウイルス粒子を放出することができる。細胞壁を含む古細菌も、特殊な擬似ムレイン切断溶解素によって溶解されるが[2] 、ほとんどの古細菌ウイルスは代替メカニズムを採用している。[3]同様に、すべてのバクテリオファージが溶解素を合成するわけではない。一部の小さな一本鎖DNAおよびRNAファージは、オートリシンなどの宿主の自己溶解メカニズムを活性化する膜タンパク質を生成する。[4]
リシンは2001年にフィシェッティ研究室（下記参照）で初めて治療に使用され、細菌耐性の影響を受けやすい抗生物質と比較してその高い有効性と特異性により、現在では抗菌剤として使用されています。 [5]リシンはバクテリオファージの生存に不可欠であるため、リシンに対する耐性は極めてまれな事象です。治療薬としてのリシンの開発から20年以上経ちますが、突然変異誘発実験によって耐性が強制された場合でも、耐性は観察されていません。
構造
二本鎖DNAファージ溶解素は、サイズ的には25～40kDaの範囲にあることが多い。注目すべき例外は、114kDaの連鎖球菌PlyCエンドリシンである。PlyCは最大かつ最も強力な溶解素であるだけでなく、2つの異なる遺伝子産物であるPlyCAとPlyCBで構成されており、活性構造では各PlyCAに対して8つのPlyCBサブユニットの比率であるため、構造的にもユニークである。[6]
その他のリシンはすべてモノマーで、短いリンカー領域で区切られた 2 つのドメインで構成されています。グラム陽性細菌のリシンの場合、N 末端ドメインはペプチドグリカンの加水分解を触媒し、C 末端ドメインは細胞壁基質に結合します。
触媒ドメイン
触媒ドメインはペプチドグリカン結合の切断を担います。機能的には、リシン触媒ドメインは 5 種類に分けられます。
- エンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼ（エンドグリコシダーゼH、EC 3.2.1.96）
- N-アセチルムラミダーゼ（リゾチーム様、EC 3.2.1.17）
- エンドペプチダーゼ
- N-アセチルムラモイル-L-アラニンアミダーゼ（T7類似体、EC 3.5.1.28）
- γ-D-グルタミニル-L-リジンエンドペプチダーゼ（EC 3.4.14.13）
ペプチドグリカンは、交互にアミノ糖を形成する架橋アミノ酸と糖で構成されています: N-アセチルグルコサミン(NAG) とN-アセチルムラミン酸(NAM)。エンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼ リシンは NAG を切断し、N-アセチルムラミダーゼ リシン (リゾチーム様リシン) は NAM を切断します。エンドペプチダーゼ リシンはアミノ酸間のペプチド結合を切断しますが、N-アセチルムラモイル-L-アラニン アミダーゼ リシン (または単にアミダーゼ リシン) は糖とアミノ酸部分間のアミド結合を加水分解します。最後に、最近発見された γ-D-グルタミニル-L-リジン エンドペプチダーゼ リシンは、D-グルタミンと L-リジン残基間のガンマ結合を切断します。オートリシンの場合と同様に、これらの個々の酵素の切断特異性に関する初期の混乱により、この活性を持たないタンパク質に「リゾチーム」という名前が誤って付けられることがありました。[7]
通常、2つ以上の異なる触媒ドメインが1つの細胞結合ドメインにリンクされています。これは、2つの触媒ドメインを含む多くのブドウ球菌リシンや連鎖球菌PlyCホロ酵素で典型的です。[6] [8]触媒ドメインは、同じクラスのファージリシンで高度に保存されています。[5]
細胞結合ドメイン
細胞結合ドメイン（CBD）は、宿主細菌の細胞壁にある特定の基質（通常は炭水化物）に結合します。触媒ドメインとは対照的に、細胞結合ドメインは可変であるため、特異性が高く、細菌の耐性が低下します。[9]細胞壁基質への結合親和性は高い傾向があり、おそらく遊離酵素を細胞壁断片に隔離し、隣接する宿主細菌に感染するファージの子孫と競合する可能性があるためです。[10]
進化
ファージリシンの進化の主なメカニズムは、モジュールユニットの交換であると提案されており、このプロセスにより、リシン間で異なる触媒ドメインと細胞結合ドメインが交換され、細菌結合と触媒特異性の両方の新たな組み合わせがもたらされたと考えられます。[11]
作用機序
リシン触媒ドメインはペプチドグリカンを局所的に高速で消化し、細胞壁に穴を開けます。架橋ペプチドグリカン細胞壁は、高い内部圧力（3～5気圧）による細菌細胞の自発的な破裂を防ぐ唯一のメカニズムであるため、リシンによる酵素消化は不可逆的に低張溶解を引き起こします。理論的には、ファージリシンの触媒特性により、必要な数の結合を切断して宿主細菌を殺すには単一の酵素で十分ですが、これはまだ証明されていません。[5] Loessnerらによる研究では、切断は通常、宿主細胞壁の局所領域での複数のリシン分子の共同作用によって達成されることが示唆されています。[10]各リシンの細胞壁基質に対する高い結合親和性（IgGの基質に対する親和性に近い）が、複数の分子が必要な理由であると思われます。なぜなら、すべてのリシンは細胞壁に非常に強く結合するため、単独では溶解を引き起こすのに十分な結合を切断できないからです。[10]
細胞壁に到達するには、ファージリシンが細胞膜を通過する必要があります。しかし、通常、細胞膜を通過するためのシグナルペプチドが欠如しています。この問題を解決するために、ファージウイルスはホリンと呼ばれる別のタンパク質を合成します。このタンパク質は細胞膜に結合して穴を開け (名前の由来)、リシンがペプチドグリカンマトリックスに到達できるようにします。典型的なホリンはラムダファージ S タンパク質で、ラムダファージ R タンパク質 (リシン) を補助します。すべてのホリンは細胞膜に埋め込まれ、少なくとも 2 つの膜貫通ヘリカルドメインを含みます。穴を開けるプロセスは、子孫ウイルス粒子が放出される特定の瞬間にホリンがオリゴマー化することで達成されると考えられています。[4] [12]
効能
ファージリシンは一般に種または亜種特異的であり、つまり、それらが生成された細菌に対してのみ有効である。リシンの中には、いくつかの細菌系統群の細胞壁にのみ作用するものもあるが、広範囲に作用するリシンもいくつか見つかっている。[13]同様に、耐熱性リシンもいくつか知られており、バイオテクノロジーでの使用が容易になっている。[14]抗菌剤としての使用に関しては、リシンは主にグラム陽性細菌に対して有効であることがわかっている。グラム陰性細菌は外膜を有しており、細胞外リシン分子がペプチドグリカンを消化するのを防ぐためである。[5]しかし、 OBPgp279などのグラム陰性細菌に対して活性のあるリシンは、潜在的な治療薬として関心を集めている。[15]
免疫反応
抗菌剤としてファージリシンを使用する際の最も問題となる側面の 1 つは、これらの酵素の潜在的な免疫原性です。ほとんどの抗生物質とは異なり、タンパク質は抗体の認識と結合を受けやすいため、細菌感染症の治療にはリシンが効果がない可能性があり、全身免疫反応やサイトカイン ストームを引き起こす危険性さえあります。しかし、免疫学的に豊富なウサギ血清の実験データでは、高免疫血清は肺炎球菌リシン Cpl-1 の活性を遅くしますが、阻害しないことが示されています。[16]
抗菌剤の使用
ファージリシンは、粘膜や血液中に見られる病原性の抗生物質耐性菌を制御するために動物モデルでテストされ、成功を収めています。抗生物質と比較したリシンの主な利点は、細菌耐性が低いだけでなく、標的病原体に対する特異性が高く、宿主の正常な細菌叢に対する活性が低いことです。[5]
2001年に動物の治療に初めて使用されたリシンは、経口投与されたPlyCリシンの単回投与によって、経口的に化膿連鎖球菌に定着したマウスの除菌を行ったという論文で発表されました。[ 17 ]
参照
参考文献
- ^ ペレス＝ドラド I、カンピージョ NE、モンテロッソ B、ヘセク D、リー M、パエス JA、ガルシア P、マルティネス＝リポル M、ガルシア JL、モバシェリー S、メネンデス M、エルモソ JA (2007 年 8 月)。 「モジュラー肺炎球菌ファージエンドリシンCPL-1による細菌細胞壁の分子認識の解明」。Ｊ．Ｂｉｏｌ．化学。282 (34): 24990–9。土井：10.1074/jbc.M704317200。hdl : 10261/12517。PMID 17581815。
- ^ Visweswaran GR、 Dijkstra BW、Kok J (2010年11 月)。「2 つの主要な古細菌擬似ムレインエンドイソペプチダーゼ: PeiW と PeiP」。Archaea。2010 : 480492。doi : 10.1155 / 2010/ 480492。PMC 2989375。PMID 21113291。
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