三芳秀人 農学研究科教授らの研究グループは、米国?レンセラー工科大学と共同で、コレラ菌など一部の病原性細菌のエネルギー代謝に必須の酵素（ナトリウム輸送性NADH－キノン酸化還元酵素、以下、NQR）へ阻害剤が結合している部位を初めて明らかにしました。加えて、酵素が働きかける物質であるキノンと酵素との結合部位も明らかにしました。対象とした酵素とよく似た酵素がヒトのミトコンドリアにも存在するため、病原性細菌の酵素にのみ効果を発揮する殺菌剤は開発が進んでいませんでした。今回の成果で阻害剤と酵素の結合部位が判明したため、今後NQRを標的とする創薬研究の進展が期待されます。
本研究成果は、2017年3月15日にアメリカ生化学?分子生物学会の学会誌「Journal of Biological Chemistry」に掲載され、同誌のEditor’s Picksに選ばれました。
研究者からのコメント
现在、レンセラー工科大学のグループは、オーラシン（これまで知られていた阻害剤よりも约1000倍も强力な阻害剤）を结合させた状态の狈蚕搁の齿线结晶构造解析を进めています。これらの情报と今回の研究成果を组み合わせて、さらに详细な结合部位の构造情报を明らかにすることができれば、狈蚕搁を标的とする创薬研究を具体的に进めることが期待できます。
概要
狈蚕搁は、细菌の细胞膜に存在する电子伝达酵素で、1977年にコレラ菌で初めて発见されました。その后、一部の海洋性细菌や病原性细菌でも発见され、现在では约100种类の细菌でその存在が知られています。狈蚕搁は细胞膜を介してナトリウムを能动输送し、形成されたナトリウムの浓度勾配は、エネルギー（础罢笔）生产や鞭毛运动の駆动力として必须です。そのため、狈蚕搁を阻害する化合物は细菌のエネルギー代谢全般を遮断するため、有望な杀菌剤として期待されます。しかし、ヒトのミトコンドリアにも类似の电子伝达酵素が存在しますので、细菌の狈蚕搁のみを选択的に阻害する化合物の开発が期待されています。そのためには、阻害剤が狈蚕搁のどこに结合するのかを含め、本酵素の基础研究の进展が期待されてきました。
狈蚕搁の基础研究を进展させるにあたって、阻害剤や基质であるキノンがどこに结合するのかを明らかにすることは必须です。2014年にドイツのグループがコレラ菌狈蚕搁の齿线结晶构造をネイチャー誌に発表しましたが、この构造中では阻害剤もキノンも结合していなかったため、これらの结合部位は谜のままでした。また、2017年に米国のグループが阻害剤の结合部位を提案しましたが、结果的にこの情报は间违っていました。
そこで本研究グループは、オーラシンを用いて、结合部位を直接的に调べることができる有机化学的手法（光亲和性标识法）により、阻害剤やキノンの结合部位を初めて明らかにしました。狈蚕搁が働くとき、酵素内を电子が复雑な経路で流れるのですが、その终着点であるキノンの结合部位が明らかになったことにより、电子が流れる全体の経路が完成しました。また、阻害剤の结合部位は、キノン结合部位に隣接する场所にあるものの、両者は重なっていないことがわかりました。他の电子伝达酵素では両者が同一であることが一般的であるため、これが狈蚕搁の特徴であることがわかりました。これらの成果により、薬剤开発（ドラッグデザイン）を进めるための基础的知见が确立しました。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Takeshi Ito, Masatoshi Murai, Satoshi Ninokura, Yuki Kitazumi, Katherine G. Mezic, Brady F. Cress, Mattheos A. G. Koffas, Joel E. Morgan, Blanca Barquera, and Hideto Miyoshi.(2017). Identification of the Binding Sites for Ubiquinone and Inhibitors in the Na+-Pumping NADH-Ubiquinone Oxidoreductase of Vibrio cholerae by Photoaffinity Labeling. Journal of Biological Chemistry, 292, 7727-7742.
