病原体における毒性を活性化する「スイッチ」を研究している多分野のチームが、赤痢の主な原因である赤痢菌における毒性を制御するタンパク質VirBの働きを特定しました。赤痢菌は世界的に赤痢関連死の主な原因となっており、新しい治療標的が求められています。
ネバダ大学ラスベガス校のヘレン・ウィング博士（Helen Wing）が率いる研究チームによると、VirBは赤痢菌の50以上の毒性遺伝子を活性化する前に、ヌクレオシド三リン酸CTP（ATPのアデニンの代わりにシチジンが結合している）に結合する必要があることが明らかになりました。この研究は、重要なグローバル病原体の毒性メカニズムを解明し、これと類似の毒性メカニズムを持つ他の病原体の新たな治療法の道を開く可能性があります。
この研究は「VirB, a Key Transcriptional Regulator of Shigella Virulence, Requires a CTP Ligand for Its Regulatory Activities（赤痢菌毒性の重要な転写調節因子VirBは、その調節活動にCTPリガンドを必要とする」）」というタイトルでmBio誌に掲載されました。
VirBタンパク質は赤痢菌の大規模な毒性プラスミドによってコードされており、virBが欠けている細胞は非毒性です。VirBは毒性遺伝子を活性化するものの、従来の転写因子のようには働きません。代わりに、ヒストン様核小体構造タンパク質H-NSを取り除くことで遺伝子の無音化を解除します。H-NSはDNAをコーティングし凝縮することで転写を防ぎます。VirBが結合すると、H-NS-DNA複合体を再編成し、DNAを転写のために露出させます。VirBは、H-NSを取り除くことで本質的に遺伝子を解錠します。
VirBは、細胞分裂前の染色体とプラスミドの分離を担うParBタンパク質ファミリーに属しています。VirBの機能をより深く理解するために、研究者らはVirBの構造を関連する遺伝子の構造と比較しました。彼らは、赤痢菌のVirBが、古典的なParBタンパク質から進化してきた高速進化タンパク質グループの一部であることを発見しました。古典的なParBタンパク質はParAと結合して機能しますが、VirBはParAとの結合能を失っています。チームは、ParAとの結合能の喪失が進化的な制約を解放し、祖先のDNA結合能力が新しい機能を果たすために進化することを可能にしたと推測しています。
最近、ParBファミリーのメンバーが、その機能を果たすためにCTPに結合する必要があることが示されました。チームは、VirBもまたCTPに結合することができ、それが毒性機能に不可欠かどうかを判断するための研究を行いました。等温滴定熱量測定を使用して、VirBがCTPに選択的かつ特異的に結合し、他のNTPには結合しないことを示しました。
研究者らは次に、多重配列アライメントを使用して、CTPに結合するVirBの残基を特定しました。彼らは、CTPに結合することが知られている残基に焦点を当て、特にCTPのシトシン塩基に結合するBox I領域の残基（特異性に不可欠）や、CTPの三リン酸モチーフに結合するBox II領域の残基（結合を安定化する）に注目しました。彼らは、古典的なParBタンパク質とVirBの間でBox IとBox IIのいくつかの残基が保存されていることを特定しました。
置換実験により、これらの残基に間違ったアミノ酸がある赤痢菌の変異体は、無音化解除活動を欠いていることが示されました。さらに、コンゴレッド染色を毒性の代理として使用したテストでは、これらの残基がCTP結合に必要であり、CTPに結合できないことがVirBがDNAに結合し、毒性を発生させることを防いでいることが示されました。さらに、CTPはDNA結合に不可欠ですが、VirBはその結合部位を含むDNAが存在しなくてもCTPに結合することができました。
CTP結合ポケットの重要な残基の特定は、この重要な病原体の毒性メカニズムを明らかにし、それを治療する方法の開発につながる可能性があります。さらに、赤痢菌のVirBが毒性遺伝子を活性化するためにCTPに結合する必要があることを示すことで、さまざまな細菌の関連タンパク質も毒性を活性化するためにCTP結合を必要とする可能性が示唆され、ParBスーパーファミリーおよび他の細菌の潜在的な毒性メカニズムについての理解が広がりました。
著：サイエンスライター：キム・ウールコック（Kim Woolcock）
