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『Science』誌に、植物免疫を巧みに回避する病原性細菌の巧妙な生存戦略に関する成果が掲載されました

概要

富山大学附属病院薬剤部の加藤 敦 教授の研究グループは、英国オックスフォード大学を中心とする国際共同研究チームと連携し、植物病原性細菌がイミノ糖※1 の一種であるglycosyrin※2 を産生し、植物免疫において病原体の侵入を感知し、防御応答を誘導する鍵酵素であるβ-ガラクトシダーゼ（BGAL1）※3 の活性を阻害することにより、宿主植物の免疫応答を回避する分子機構を解明しました。

本研究により、植物が分泌するBGAL1 が、植物病原性細菌由来の免疫原性ペプチド※4 の放出を促進する一方で、細菌側はglycosyrin と呼ばれる低分子阻害剤を分泌することで、BGAL1 の酵素活性を抑制するという対抗的な免疫回避機構を有することが明らかとなりました。さらに、glycosyrin は、ピロリジン環に特徴的な安定構造であるgeminal ジオール※5 を有する新規イミノ糖であり、BGAL1 の活性部位におけるガラクトースの結合様式を巧妙に模倣することにより、その活性を阻害していることが明らかとなりました。

これらの研究成果は、米国科学振興協会（AAAS）が発行する科学誌『Science』（4 月17 日付：日本時間4 月18 日）に掲載されました。

用語解説

  1. 1 イミノ糖：イミノ糖は、糖の構造を擬態した水様性アルカロイドの総称であり、糖環内の酸素 原子が窒素原子に置換された化合物群である。多くの場合、グリコシダーゼや糖転 移酵素の競合的阻害剤として作用し、抗ウイルス、抗腫瘍、抗糖尿病作用など、さ まざまな生物活性を示すことから創薬研究において注目されている。
  2. 2 glycosyrin：本研究で解明したglycosyrin は、Pseudomonas syringae 由来の新規なイミノ糖であ り、植物由来のβ-ガラクトシダーゼ（BGAL1）に対して阻害活性を示す低分子阻害 剤である。本化合物は、ピロリジン環を有し、geminal ジオール構造を含む独特の三 次元立体配置を持つ。BGAL1 の基質であるガラクトースの構造と電子的・立体的に 類似することで、基質結合部位に対するミメティクスとして作用し、酵素活性を阻害 する。
  3. 3 β-ガラクトシダーゼ（BGAL1）：BGAL1 はβ-D-ガラクトシド結合を加水分解する加水分解酵素であり、植物では細胞 外に分泌され、病原体由来の糖修飾タンパク質（例：糖鎖化鞭毛）を切断することで、 免疫活性化に寄与する。BGAL ファミリーはGH（glycoside hydrolase）ファミリー のうちGH35 やGH2 に分類されることが多い。
  4. 4 免疫原性ペプチド：免疫原性ペプチドとは、MAMPs（Microbe-Associated Molecular Patterns）やDAMPs （Damage-Associated Molecular Patterns）の一部として、宿主の免疫受容体に認識 され、パターン認識受容体（PRR）を介した自然免疫応答を誘導する短鎖ペプチドで ある。植物免疫では、flg22（鞭毛タンパク質の22 アミノ酸配列）などが代表的。
  5. 5 geminalジオール：同一炭素に2 つの水酸基が結合した構造（R₂C(OH)₂）で、カルボニル化合物の水和 体としても知られる。安定なgem-diol 構造はまれだが、特定の環境下や構造要因（例： ピロリジン環の立体保護）により安定化される場合がある。本研究では、glycosyrin の高い水和安定性と立体選択的な結合が、BGAL1 との模倣的相互作用を可能にして いる。

研究内容の詳細

植物免疫を巧みに回避する病原性細菌の巧妙な生存戦略を解明 〜イミノ糖glycosyrin の発見が植物病害防除と生産性向上に道を拓く〜[PDF, 772KB]

論文詳細

論文名

Bacterial pathogen deploys iminosugar glycosyrin to manipulate plant glycobiology

著者

Nattapong Sanguankiattichai1,2, Balakumaran Chandrasekar1, Yuewen Sheng3, Nathan Hardenbrook4, Werner W. A. Tabak5, Margit Drapal6, Farnusch Kaschani7, Clemens Grünwald-Gruber8, Daniel Krahn9, Pierre Buscaill1, Suzuka Yamamoto10, Atsushi Kato10, Robert Nash11, George Fleet12, Richard Strasser13, Paul D. Fraser6, Markus Kaiser5, Peijun Zhang3,4, Gail M. Preston1, Renier A. L. van der Hoorn1
1Department of Biology, University of Oxford, Oxford, UK.
2Department of Microbiology, Faculty of Science, Mahidol University, Bangkok, Thailand.
3Diamond Light Source, Harwell Science and Innovation Campus, Didcot, UK.
4Division of Structural Biology, Wellcome Trust Centre for Human Genetics, University of Oxford, Oxford, UK.
5ZMB Chemical Biology, Faculty of Biology, University of Duisburg-Essen, Essen, Germany.
6Department of Biological Sciences, Royal Holloway University of London, Egham, UK.
7Analytics Core Facility Essen (ACE), Chemical Biology, Faculty of Biology, Universität Duisburg-Essen, ZMB, Essen, Germany.
8Core Facility Mass Spectrometry, BOKU University, Vienna, Austria.
9Leibniz Institut für analytische Wissenschaften ISAS e.V., Dortmund, Germany.
10Department of Hospital Pharmacy, University of Toyama, Toyama, Japan.
11Institute of Biological, Environmental and Rural Sciences/Phytoquest Limited, Aberystwyth, UK.
12Chemistry Research Laboratory, Department of Chemistry, University of Oxford, Oxford, UK.
13Institute of Plant Biotechnology and Cell Biology, Department of Biotechnology and Food Science, BOKU University, Vienna, Austria.

掲載誌

Science（2024年4月17日）

DOI

10.1126/science.adp2433

お問い合わせ先】

富山大学 附属病院薬剤部
薬学部 臨床薬剤学研究室　
教授・薬剤部長　加藤 敦（かとう あつし）

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