本学大学院生のToniti  Waraphan（工学研究科・博士後期課程3年次）さん、総合生命科学部の吉田 徹 研究員、津下 英明 教授らと岩手大学 農学部 鎌田 洋一 教授らの研究グループが新しく見つかったウェルシュ菌の食中毒に関わるバイナリー毒素の構造と機能を明らかにしました。

本研究成果は、2017年2月15日付で、国際誌であるPLOS ONE（online版）に掲載されました。

Crystal structure and structure-based mutagenesis of actin-specific ADP-ribosylating toxin CPILE-a as novel enterotoxin
PLoS One. (2017) 12(2):e0171278. doi: 10.1371/journal.pone.0171278.

Toniti W（京都産業大学）, Yoshida T（京都産業大学）, Tsurumura T（京都産業大学）, Irikura D　（堀場製作所）, Monma C（東京都健康安全研究センター）, Kamata Y（岩手大学）, Tsuge H（京都産業大学）

ウェルシュ菌による食中毒はエントロトキシン（CPE）という毒素によって引き起こされると考えられてきましたが、近年日本で発生した数件の食中毒は、CPE欠損のウェルシュ菌によるものであることが疑われました。新たな原因毒素としてbinary毒素が見つかりC. perfringens iota-like enterotoxin（CPILE)と命名されました。ウェルシュ菌のIota毒素（Ia）との類似性から、CPILEはCPILE-a（アクチン特異的なADP-リボシル化毒素)とCPILE-b（CPILE-aを細胞内に輸送する透過装置）からなると考えられます。今回我々は、CPILE-aの結晶構造を３種類の状態で、つまり基質なし・NAD^＋複合体・NADH複合体、各々で明らかにしました。Iaと構造を比較すると、Iaにはない２つのExtra Protruding Loop（PT-Iと PT-II）が存在することがわかりました（図）。

すでに我々のグループで研究が進んでいる、Iaと基質タンパクのアクチンとの複合体との結晶構造から、CPILE-a-actin複合体のモデルを構築し、アクチン結合部位と思われるアミノ酸の変異体を作成して、その役割を検討しました。Iaは２つのドメインからなり、C末端ドメインにNAD^＋が結合し、この周りの５つのループ（N末端ドメインのloop-I、C末端ドメインのloop-II~V：loop- Vには基質アミノ酸Arg177の認識に関わるARTT-loopの２つのGluも存在する）がアクチンとの結合に関与していることがわかっていましたが、CPILE-aでは、loop-II~IVと領域外のPT-Iの変異体もαアクチンとの結合すなわち活性に影響することがわかりました（図）。
その一方でβ/γアクチンに対する活性を見ると、loop-IVとVの変異体では活性が落ちましたが、その他の部位の変異体では大きく変化が見られませんでした。また、β/γアクチンに対するADP-リボシル化活性は、αアクチンに対する活性のわずか36%でした。この結果は、CPILE-a類似のボツリヌス菌の酵素C2-IIがβ/γアクチンしかADPリボシル化しないこととは対照的です。
このような、構造と機能の基礎研究は、将来的には阻害剤の創薬研究につながります。さらに、同研究グループでは構造が未知の膜結合透過装置CPILE-bの構造と機能の研究を進めています。