研究者詳細

顔写真

ヨネヤマ ヒロシ
米山 裕
Hiroshi Yoneyama
所属
大学院農学研究科 生物生産科学専攻 生殖技術開発講座 Repro-SOLEIL
職名
教授
学位
  • 博士(医学) (東海大学)

所属学協会 10

  • 日本細菌学会

  • 緑膿菌感染症研究会

  • 薬剤耐性菌研究会

  • 日本ゲノム微生物学会

  • ブドウ球菌研究会

  • アメリカ微生物学会

  • 東北畜産学会

  • 日本畜産学会

  • 日本生物工学会

  • 日本農芸化学会

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研究キーワード 3

  • 薬剤耐性

  • 抗生物質

  • 微生物

研究分野 2

  • ライフサイエンス / 応用微生物学 /

  • ライフサイエンス / 細菌学 /

論文 48

  1. Expression of an antimicrobial peptide persulcatusin fused with calmodulin in rice cultured cells. 国際誌

    Gaku Fujita, So Shimoda, Minako Itagaki, Takuto Yahara, Ryuta Tobe, Hiroshi Yoneyama, Yukihiro Ito

    Transgenic research 34 (1) 30-30 2025年6月16日

    DOI: 10.1007/s11248-025-00449-6  

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    Antimicrobial proteins and peptides are potential alternatives to antibiotics. Persulcatusin is an antimicrobial peptide found in the taiga tick Ixodes persulcatus. We constructed fusion genes that encode, from the N-terminus to the C-terminus, a signal sequence of rice α-amylase 3D, mouse calmodulin, a target sequence of TEV protease of tobacco etch virus, and persulcatusin with or without a His tag at the N-terminus of the mature fusion protein. These fusion genes were then introduced into rice. Western blot analysis detected persulcatusin fusion proteins in transgenic calli, suspension cells, and their culture medium. Antimicrobial activity against Staphylococcus aureus was detected in the protein extracts prepared from the transgenic callus but not from the non-transgenic wild-type callus, and TEV protease treatment to release persulcatusin from the fusion protein enhanced antimicrobial activity. The growth of the transgenic rice plants was unaffected. Our results indicate that functional persulcatusin can be produced in rice cells. This provides a basis for the mass production of persulcatusin for therapeutic use against bacterial infectious diseases in humans and livestock.

  2. Identification of Genes Associated with Resistance to Persulcatusin, a Tick Defensin from Ixodes persulcatus. 国際誌

    So Shimoda, Junya Ito, Tasuke Ando, Ryuta Tobe, Kiyotaka Nakagawa, Hiroshi Yoneyama

    Microorganisms 12 (2) 2024年2月19日

    DOI: 10.3390/microorganisms12020412  

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    Antimicrobial peptides (AMPs) are present in a wide range of plants, animals, and microorganisms. Since AMPs are characterized by their effectiveness against emergent antibiotic-resistant bacteria, they are attracting attention as next-generation antimicrobial compounds that could solve the problem of drug-resistant bacteria. Persulcatusin (IP), an antibacterial peptide derived from the hard tick Ixodes persulcatus, shows high antibacterial activity against various Gram- positive bacteria as well as multidrug-resistant bacteria. However, reports on the antibacterial action and resistance mechanisms of IP are scarce. In this study, we spontaneously generated mutants showing increased a minimum inhibitory concentration (MIC) of IP and analyzed their cross-resistance to other AMPs and antibiotics. We also used fluorescent probes to investigate the target of IP activity by evaluating IP-induced damage to the bacterial cytoplasmic membrane. Our findings suggest that the antimicrobial activity of IP on bacterial cytoplasmic membranes occurs via a mechanism of action different from that of known AMPs. Furthermore, we screened for mutants with high susceptibility to IP using a transposon mutant library and identified 16 genes involved in IP resistance. Our results indicate that IP, like other AMPs, depolarizes the bacterial cytoplasmic membrane, but it may also alter membrane structure and inhibit cell-wall synthesis.

  3. Identification of four genes responsible for antimicrobial resistance of MEL-B against S. aureus

    Shinya Yamauchi, So Shimoda, Akio Kawahara, Tomohiro Sugahara, Shuhei Yamamoto, Masao Kitabayashi, Atsushi Sogabe, Christine A. Jansen, Ryuta Tobe, Ryota Hirakawa, Jahidul Islam, Mutsumi Furukawa, Hiroshi Yoneyama, Tomonori Nochi

    Biochemical and Biophysical Research Communications 149566-149566 2024年1月

    出版者・発行元: Elsevier BV

    DOI: 10.1016/j.bbrc.2024.149566  

    ISSN:0006-291X

  4. Importance of transmembrane helix 4 of l-alanine exporter AlaE in oligomer formation and substrate export activity in Escherichia coli

    Kohei Ihara, Seryoung Kim, Tasuke Ando, Hiroshi Yoneyama

    Microbiology 168 (3) 2022年3月11日

    出版者・発行元: Microbiology Society

    DOI: 10.1099/mic.0.001147  

    ISSN:1350-0872

    eISSN:1465-2080

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    AlaE is the smallest amino acid exporter identified in <italic> <named-content content-type="species"> <ext-link xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" ext-link-type="uri" xlink:href="http://doi.org/10.1601/nm.3093" xlink:type="simple">Escherichia coli</ext-link> </named-content> </italic>. It exports <sc>l</sc>-alanine using the proton motive force and plays a pivotal role in maintaining intracellular <sc>l</sc>-alanine homeostasis by acting as a safety valve. However, our understanding of the molecular mechanisms of substrate export by AlaE is still limited because structural information is lacking. Due to its small size (149 amino acid residues), it has been speculated that AlaE functions by forming an oligomer. In this study, we performed chemical cross-linking and pull-down assays and showed that AlaE indeed generates homo-oligomers as a functional unit. Previous random mutagenesis experiments identified three loss-of-function AlaE point mutations in the predicted transmembrane helix 4 (TM4) region, two of which are present in the GxxxG motif. When alanine-scanning mutagenesis was applied to the TM4 region, the AlaE derivatives that had amino acid substitutions around the GxxxG motif showed low <sc>l</sc>-alanine export activities, indicating that the GxxxG motif in TM4 plays an important role in substrate export. However, these AlaE variants with low activity could still form oligomers. We therefore concluded that AlaE forms homo-oligomers and that the GxxxG motif in the TM4 region plays an essential role in AlaE activity but is not involved in AlaE oligomer formation.

  5. Roles of mannosylerythritol lipid-B components in antimicrobial activity against bovine mastitis-causing Staphylococcus aureus

    Shinya Yamauchi, Mutsumi Furukawa, Akio Kawahara, Tomohiro Sugahara, Shuhei Yamamoto, Masao Kitabayashi, Atsushi Sogabe, So Shimoda, Eiji Hata, Kouichi Watanabe, Hiroshi Yoneyama, Hisashi Aso, Tomonori Nochi

    World Journal of Microbiology and Biotechnology 38 (3) 2022年3月

    出版者・発行元: Springer Science and Business Media LLC

    DOI: 10.1007/s11274-022-03243-2  

    ISSN:0959-3993

    eISSN:1573-0972

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    <title>Abstract</title>Mannosylerythritol lipid-B (MEL-B), which comprises ester-bonded hydrophilic ME and hydrophobic fatty acids, is a bio-surfactant with various unique properties, including antimicrobial activity against most gram-positive bacteria. The gram-positive <italic>Staphylococcus aureus</italic> is a causative pathogen of dairy cattle mastitis, which results in considerable economic loss in the dairy industry. Here, we demonstrate the efficacy of MEL-B as a disinfectant against bovine-derived <italic>S. aureus</italic> and elucidate a mechanism of action of MEL-B in the inhibition of bacterial growth. The growth of bovine mastitis causative <italic>S. aureus</italic> BM1006 was inhibited when cultured with MEL-B above 10 ppm. The activity of MEL-B required fatty acids (i.e., caprylic and myristoleic acids) as ME, the component of MEL-B lacking fatty acids, did not inhibit the growth of <italic>S. aureus</italic> even at high concentrations. Importantly, ME-bound fatty acids effectively inhibited the growth of <italic>S. aureus</italic> when compared with free fatty acids. Specifically, the concentrations of ME-bound fatty acids and free caprylic and myristoleic acids required to inhibit the growth of <italic>S. aureus</italic> were 10, 1442, and 226 ppm, respectively. The involvement of ME in the antimicrobial activity of MEL-B was confirmed by digestion of MEL-B with alkali, which dissociated ME and fatty acids. These results indicated that a mechanism of action of MEL-B in inhibiting the growth of <italic>S. aureus</italic> could be explained by the effective transporting of antimicrobial fatty acids to the bacterial surface via hydrophilic ME.

  6. Development of a rational framework for the therapeutic efficacy of fecal microbiota transplantation for calf diarrhea treatment. 国際誌

    Jahidul Islam, Masae Tanimizu, Yu Shimizu, Yoshiaki Goto, Natsuki Ohtani, Kentaro Sugiyama, Eriko Tatezaki, Masumi Sato, Eiji Makino, Toru Shimada, Chise Ueda, Ayumi Matsuo, Yoshihisa Suyama, Yoshifumi Sakai, Mutsumi Furukawa, Katsuki Usami, Hiroshi Yoneyama, Hisashi Aso, Hidekazu Tanaka, Tomonori Nochi

    Microbiome 10 (1) 31-31 2022年2月21日

    DOI: 10.1186/s40168-021-01217-4  

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    BACKGROUND: Establishing fecal microbiota transplantation (FMT) to prevent multifactorial diarrhea in calves is challenging because of the differences in farm management practices, the lack of optimal donors, and recipient selection. In this study, the underlying factors of successful and unsuccessful FMT treatment cases are elucidated, and the potential markers for predicting successful FMT are identified using fecal metagenomics via 16S rRNA gene sequencing, fecal metabolomics via capillary electrophoresis time-of-flight mass spectrometry, and machine learning approaches. RESULTS: Specifically, 20 FMT treatment cases, in which feces from healthy donors were intrarectally transferred into recipient diarrheal calves, were conducted with a success rate of 70%. Selenomonas was identified as a microorganism genus that showed significant donor-recipient compatibility in successful FMT treatments. A strong positive correlation between the microbiome and metabolome data, which is a prerequisite factor for FMT success, was confirmed by Procrustes analysis in successful FMT (r = 0.7439, P = 0.0001). Additionally, weighted gene correlation network analysis confirmed the positively or negatively correlated pairs of bacterial taxa (family Veillonellaceae) and metabolomic features (i.e., amino acids and short-chain fatty acids) responsible for FMT success. Further analysis aimed at establishing criteria for donor selection identified the genus Sporobacter as a potential biomarker in successful donor selection. Low levels of metabolites, such as glycerol 3-phosphate, dihydroxyacetone phosphate, and isoamylamine, in the donor or recipients prior to FMT, are predicted to facilitate FMT. CONCLUSIONS: Overall, we provide the first substantial evidence of the factors related to FMT success or failure; these findings could improve the design of future microbial therapeutics for treating diarrhea in calves. Video abstract.

  7. L-Alanine Prototrophic Suppressors Emerge from L-Alanine Auxotroph through Stress-Induced Mutagenesis in Escherichia coli. 国際誌

    Harutaka Mishima, Hirokazu Watanabe, Kei Uchigasaki, So Shimoda, Shota Seki, Toshitaka Kumagai, Tomonori Nochi, Tasuke Ando, Hiroshi Yoneyama

    Microorganisms 9 (3) 2021年2月25日

    DOI: 10.3390/microorganisms9030472  

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    In Escherichia coli, L-alanine is synthesized by three isozymes: YfbQ, YfdZ, and AvtA. When an E. coli L-alanine auxotrophic isogenic mutant lacking the three isozymes was grown on L-alanine-deficient minimal agar medium, L-alanine prototrophic mutants emerged considerably more frequently than by spontaneous mutation; the emergence frequency increased over time, and, in an L-alanine-supplemented minimal medium, correlated inversely with L-alanine concentration, indicating that the mutants were derived through stress-induced mutagenesis. Whole-genome analysis of 40 independent L-alanine prototrophic mutants identified 16 and 18 clones harboring point mutation(s) in pyruvate dehydrogenase complex and phosphotransacetylase-acetate kinase pathway, which respectively produce acetyl coenzyme A and acetate from pyruvate. When two point mutations identified in L-alanine prototrophic mutants, in pta (D656A) and aceE (G147D), were individually introduced into the original L-alanine auxotroph, the isogenic mutants exhibited almost identical growth recovery as the respective cognate mutants. Each original- and isogenic-clone pair carrying the pta or aceE mutation showed extremely low phosphotransacetylase or pyruvate dehydrogenase activity, respectively. Lastly, extracellularly-added pyruvate, which dose-dependently supported L-alanine auxotroph growth, relieved the L-alanine starvation stress, preventing the emergence of L-alanine prototrophic mutants. Thus, L-alanine starvation-provoked stress-induced mutagenesis in the L-alanine auxotroph could lead to intracellular pyruvate increase, which eventually induces L-alanine prototrophy.

  8. L-Alanine Exporter, AlaE, of Escherichia coli Functions as a Safety Valve to Enhance Survival under Feast Conditions. 国際誌

    Satoshi Katsube, Tasuke Ando, Hiroshi Yoneyama

    International journal of molecular sciences 20 (19) 2019年10月7日

    DOI: 10.3390/ijms20194942  

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    The intracellular level of amino acids is determined by the balance between their anabolic and catabolic pathways. L-alanine is anabolized by three L-alanine synthesizing enzymes and catabolized by two racemases and D-amino acid dehydrogenase (DadA). In addition, its level is regulated by L-alanine movement across the inner membrane. We identified the novel gene alaE, encoding an L-alanine exporter. To elucidate the physiological function of L-Alanine exporter, AlaE, we determined the susceptibility of alaE-, dadA-, and alaE/dadA-deficient mutants, derived from the wild-type strain MG1655, to L-alanyl-L-alanine (Ala-Ala), which shows toxicity to the L-alanine-nonmetabolizing variant lacking alaE. The dadA-deficient mutant has a similar minimum inhibitory concentration (MIC) (>1.25 mg/mL) to that observed in MG1655. However, alaE- and alaE/dadA-deficient mutants had MICs of 0.04 and 0.0025 mg/mL, respectively. The results suggested that the efficacy of AlaE to relieve stress caused by toxic intracellular accumulation of L-alanine was higher than that of DadA. Consistent with this, the intracellular level of alanine in the alaE-mutant was much higher than that in MG1655 and the dadA-mutant. We, therefore, conclude that AlaE functions as a 'safety-valve' to prevent the toxic level accumulation of intracellular L-alanine under a peptide-rich environment, such as within the animal intestine.

  9. Intestinal Clostridium species lower host susceptibility to enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 infection. 国際誌

    Yukako Koyanagi, Rie Suzuki, Kohei Ihara, Hikaru Miyagi, Hiroshi Isogai, Hiroshi Yoneyama, Emiko Isogai

    Pathogens and disease 77 (4) 2019年6月1日

    DOI: 10.1093/femspd/ftz036  

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    Susceptibility to enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) infection varies among humans. The intestinal microbiota seems to play an essential role in host defense against EHEC; thus, we hypothesized that indigenous bacteria, such as Clostridium ramosum and Clostridium perfringens, could influence the susceptibility to EHEC infection. To evaluate the effect of indigenous bacteria on EHEC infection, germ-free mice were precolonized with each indigenous bacterium, and then infected with EHEC O157:H7. Precolonization with C. ramosum or C. perfringens completely prevented death from EHEC infection througout a test period. Precolonization with C. ramosum also reduced the level of secreted Shiga toxin (Stx) 2 and prevented histopathological changes in the kidneys in a similar way to precolonization with Bifidobacterium longum, which is used as a model for preventing EHEC infection. In contrast, the mice precolonized with C. perfringens showed mild renal injuries. When evaluated using an in vitro co-culturing system, again C. ramosum inhibited the growth and Stx production of EHEC more potently than C. perfringens. These results indicate that C. ramosum and C. perfringens suppressed EHEC infection; however, the extent of their preventive effects differed. Therefore, the susceptibility to EHEC infection and its severity can depend on the functional bacteria present in the intestinal microbiota of individuals.

  10. Inhibition of enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 infection in a gnotobiotic mouse model with pre-colonization by Bacteroides strains. 国際誌

    Kazuki Saito, Rie Suzuki, Yukako Koyanagi, Hiroshi Isogai, Hiroshi Yoneyama, Emiko Isogai

    Biomedical reports 10 (3) 175-182 2019年3月

    DOI: 10.3892/br.2019.1193  

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    Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) O157:H7 has been known to cause outbreaks of hemorrhagic colitis and hemolytic uremic syndrome. We previously demonstrated that intestinal flora contribute to the prevention of EHEC infection in a mouse model. However, it has not yet been determined whether Bacteroides, a predominant genus in the human intestine, contributes to the prevention of EHEC infection. The aim of the present study was to investigate the effect of Bacteroides fragilis (B. fragilis) and Bacteroides vulgatus (B. vulgatus) on EHEC O157:H7 infection in vivo using gnotobiotic mice. These strains were inoculated into germ-free mice to create a gnotobiotic mouse model. EHEC was inoculated into the mice, which were then monitored for 7 days for any change in symptoms. The mice that had been pre-colonized with the Bacteroides strains did not develop lethal EHEC infection, although several inflammatory symptoms were observed in the B. vulgatus pre-colonized group. However, no inflammatory symptoms were identified in the B. fragilis pre-colonized group. Moreover, B. fragilis exerted an inhibitory effect on enterocyte-like cell apoptosis. B. fragilis protected HT29 cells from apoptosis caused by Shiga toxin. In conclusion, the findings of the present study demonstrated that colonization by Bacteroides strains can inhibit EHEC infection.

  11. Intestinal Bacteria as Powerful Trapping Lifeforms for the Elimination of Radioactive Cesium. 国際誌

    Kazuki Saito, Kengo Kuroda, Rie Suzuki, Yasushi Kino, Tsutomu Sekine, Hisashi Shinoda, Hideaki Yamashiro, Tomokazu Fukuda, Jin Kobayashi, Yasuyuki Abe, Junko Nishimura, Yusuke Urushihara, Hiroshi Yoneyama, Manabu Fukumoto, Emiko Isogai

    Frontiers in veterinary science 6 70-70 2019年

    DOI: 10.3389/fvets.2019.00070  

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    In March 2011, an accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant led to major problems, including the release of radionuclides such as Cesium (Cs)-137 into the environment. Ever since this accident, Cs-137 in foods has become a serious problem. In this study, we determined the concentration of Cs-137 in the feces, urine, and ruminal contents of cattle and demonstrated the possibility of its elimination from the body by intestinal bacteria. The results revealed a high Cs-137 concentration in the feces; in fact, this concentration was higher than that in skeletal muscles and other samples from several animals. Furthermore, intestinal bacteria were able to trap Cs-137, showing an uptake ratio within the range of 38-81% in vitro. This uptake appeared to be mediated through the sodium-potassium (Na+-K+) ion pump in the bacterial cell membrane. This inference was drawn based on the fact that the uptake ratio of Cs-137 was decreased in media with high potassium concentration. In addition, it was demonstrated that intestinal bacteria hindered the trapping of Cs-137 by the animal. Cattle feces showed high concentration of Cs-137 and intestinal bacteria trapped Cs-137. This study is the first report showing that intestinal bacteria contribute to the elimination of Cs-137 from the body.

  12. Identification of a novel mechanism of action of bovine IgG antibodies specific for Staphylococcus aureus. 国際誌

    Mutsumi Furukawa, Hiroshi Yoneyama, Eiji Hata, Hidetomo Iwano, Hidetoshi Higuchi, Tasuke Ando, Mika Sato, Tomohito Hayashi, Yoshio Kiku, Yuya Nagasawa, Kanae Niimi, Katsuki Usami, Kumiko Ito, Kouichi Watanabe, Tomonori Nochi, Hisashi Aso

    Veterinary research 49 (1) 22-22 2018年2月26日

    DOI: 10.1186/s13567-018-0517-y  

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    Staphylococcus aureus is a major pathogen that causes subclinical mastitis associated with huge economic losses to the dairy industry. A few vaccines for bovine mastitis are available, and they are expected to induce the production of S. aureus-specific antibodies that prevent bacterial adherence to host cells or promote opsonization by phagocytes. However, the efficacy of such vaccines are still under debate; therefore, further research focusing on improving the current vaccines by seeking additional mechanisms of action is required to reduce economic losses due to mastitis in the dairy industry. Here, we generated S. aureus-specific bovine IgG antibodies (anti-S. aureus) that directly inhibited bacterial growth in vitro. Inhibition depended on specificity for anti-S. aureus, not the interaction between Protein A and the fragment crystallizable region of the IgG antibodies or bacterial agglutination. An in vitro culture study using S. aureus strain JE2 and its deletion mutant JE2ΔSrtA, which lacks the gene encoding sortase A, revealed that the effect of anti-S. aureus was sortase-A-independent. Sortase A is involved in the synthesis of cell-wall-associated proteins. Thus, other surface molecules, such as membrane proteins, cell surface polysaccharides, or both, may trigger the inhibition of bacterial growth by anti-S. aureus. Together, our findings contribute insights into developing new strategies to further improve the available mastitis vaccine by designing a novel antigen on the surface of S. aureus to induce inhibitory signals that prevent bacterial growth.

  13. Cloning and characterization of the glutamate dehydrogenase gene in Streptococcus bovis. 国際誌

    Tasuke Ando, Yoko Sugawara, Ryohei Nishio, Miho Murakami, Emiko Isogai, Hiroshi Yoneyama

    Animal science journal = Nihon chikusan Gakkaiho 88 (7) 1027-1033 2017年7月

    DOI: 10.1111/asj.12748  

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    Streptococcus bovis, an etiologic agent of rumen acidosis in cattle, is a rumen bacterium that can grow in a chemically defined medium containing ammonia as a sole source of nitrogen. To understand its ability to assimilate inorganic ammonia, we focused on the function of glutamate dehydrogenase. In order to identify the gene encoding this enzyme, we first amplified an internal region of the gene by using degenerate primers corresponding to hexameric family I and NAD(P)+ binding motifs. Subsequently, inverse PCR was used to identify the whole gene, comprising an open reading frame of 1350 bp that encodes 449 amino acid residues that appear to have the substrate binding site of glutamate dehydrogenase observed in other organisms. Upon introduction of a recombinant plasmid harboring the gene into an Escherichia coli glutamate auxotroph lacking glutamate dehydrogenase and glutamate synthase, the transformants gained the ability to grow on minimal medium without glutamate supplementation. When cell extracts of the transformant were resolved by blue native polyacrylamide gel electrophoresis followed by activity staining, a single protein band appeared that corresponded to the size of S. bovis glutamate dehydrogenase. Based on these results, we concluded that the gene obtained encodes glutamate dehydrogenase in S. bovis.

  14. Expression of the alaE gene is positively regulated by the global regulator Lrp in response to intracellular accumulation of l-alanine in Escherichia coli.

    Kohei Ihara, Kazuki Sato, Hatsuhiro Hori, Yumiko Makino, Shuji Shigenobu, Tasuke Ando, Emiko Isogai, Hiroshi Yoneyama

    Journal of bioscience and bioengineering 123 (4) 444-450 2017年4月

    DOI: 10.1016/j.jbiosc.2016.11.015  

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    The alaE gene in Escherichia coli encodes an l-alanine exporter that catalyzes the active export of l-alanine using proton electrochemical potential. In our previous study, alaE expression was shown to increase in the presence of l-alanyl-l-alanine (Ala-Ala). In this study, the global regulator leucine-responsive regulatory protein (Lrp) was identified as an activator of the alaE gene. A promoter less β-galactosidase gene was fused to an alaE upstream region (240 nucleotides). Cells that were lacZ-deficient and harbored this reporter plasmid showed significant induction of β-galactosidase activity (approximately 17-fold) in the presence of 6 mM l-alanine, l-leucine, and Ala-Ala. However, a reporter plasmid possessing a smaller alaE upstream region (180 nucleotides) yielded transformants with strikingly low enzyme activity under the same conditions. In contrast, lrp-deficient cells showed almost no β-galactosidase induction, indicating that Lrp positively regulates alaE expression. We next performed an electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and a DNase I footprinting assay using purified hexahistidine-tagged Lrp (Lrp-His). Consequently, we found that Lrp-His binds to the alaE upstream region spanning nucleotide -161 to -83 with a physiologically relevant affinity (apparent KD, 288.7 ± 83.8 nM). Furthermore, the binding affinity of Lrp-His toward its cis-element was increased by l-alanine and l-leucine, but not by Ala-Ala and d-alanine. Based on these results, we concluded that the gene expression of the alaE is regulated by Lrp in response to intracellular levels of l-alanine, which eventually leads to intracellular homeostasis of l-alanine concentrations.

  15. 黄色ブドウ球菌特異的IgG抗体はSortase A非依存的に細胞増殖を阻害する(S. aureus-specific IgG antibodies inhibit the bacterial growth in a Sortase A independent manner)

    古川 睦実, 米山 裕, 秦 英司, 安藤 太助, 林 智人, 菊 佳男, 長澤 裕哉, 渡邊 康一, 麻生 久, 野地 智法

    日本細菌学雑誌 72 (1) 65-65 2017年2月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN:0021-4930

    eISSN:1882-4110

  16. Impact of charged amino acid substitution in the transmembrane domain of L-alanine exporter, AlaE, of Escherichia coli on the L-alanine export. 国際誌

    Seryoung Kim, Kohei Ihara, Satoshi Katsube, Tasuke Ando, Emiko Isogai, Hiroshi Yoneyama

    Archives of microbiology 199 (1) 105-114 2017年1月

    DOI: 10.1007/s00203-016-1279-4  

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    The Escherichia coli alaE gene encodes the L-alanine exporter, AlaE, that catalyzes active export of L-alanine using proton electrochemical potential. The transporter comprises only 149 amino acid residues and four predicted transmembrane domains (TMs), which contain three charged amino acid residues. The AlaE-deficient L-alanine non-metabolizing cells (ΔalaE cells) appeared hypersusceptible to L-alanyl-L-alanine showing a minimum inhibitory concentration (MIC) of 2.5 µg/ml for the dipeptide due to a toxic accumulation of L-alanine. To elucidate the mechanism by which AlaE exports L-alanine, we replaced charged amino acid residues in the TMs, glutamic acid-30 (TM-I), arginine-45 (TM-II), and aspartic acid-84 (TM-III) with their respective charge-conserved amino acid or a net neutral cysteine. The ΔalaE cells producing R45K or R45C appeared hypersusceptible to the dipeptide, indicating that arginine-45 is essential for AlaE activity. MIC of the dipeptide in the ΔalaE cells expressing E30D and E30C was 156 µg/ml and >10,000 µg/ml, respectively, thereby suggesting that a negative charge at this position is not essential. The ΔalaE cells expressing D84E or D84C showed an MIC >10,000 and 78 µg/ml, respectively, implying that a negative charge is required at this position. These results were generally consistent with that of the L-alanine accumulation experiments in intact cells. We therefore concluded that charged amino acid residues (R45 and D84) in the AlaE transmembrane domain play a pivotal role in L-alanine export. Replacement of three cysteine residues at C22, C28 (both in TM-I), and C135 (C-terminal region) with alanine showed only a marginal effect on L-alanine export.

  17. Antimicrobial activity of tea catechin against canine oral bacteria and the functional mechanisms.

    Lanlan Bai, Shiaki Takagi, Tasuke Ando, Hiroshi Yoneyama, Kumiko Ito, Hiroyuki Mizugai, Emiko Isogai

    The Journal of veterinary medical science 78 (9) 1439-1445 2016年10月1日

    eISSN:1347-7439

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    Epigallocatechin gallate (EGCG) is the major polyphenolic compound of green tea. Polyphenolic compounds were extracted from the leaf of Camellia sinensis (Japanese green tea), and the minimum inhibitory concentration against canine oral bacteria was measured. Subsequently, we investigated the inhibitory effects of polyphenolic compounds and EGCG on the growth of canine oral bacteria. EGCG showed antimicrobial activity against a model bacterium, Streptococcus mutans. Our results indicate that EGCG can inhibit the growth and biofilm formation of S. mutans and that EGCG does not interact with streptococcal lipoteichoic acid (LTA). Furthermore, our findings suggest that EGCG interacts with other component(s) of the bacterial membrane aside from streptococcal LTA to inhibit biofilm formation and damage biofilms.

  18. Secretion of d-alanine by Escherichia coli. 国際誌

    Satoshi Katsube, Kazuki Sato, Tasuke Ando, Emiko Isogai, Hiroshi Yoneyama

    Microbiology (Reading, England) 162 (7) 1243-1252 2016年7月

    DOI: 10.1099/mic.0.000305  

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    Escherichia coli has an l-alanine export system that protects the cells from toxic accumulation of intracellular l-alanine in the presence of l-alanyl-l-alanine (l-Ala-l-Ala). When a DadA-deficient strain was incubated with 6.0 mM l-Ala-l-Ala, we detected l-alanine and d-alanine using high-performance liquid chromatography (HPLC) analysis at a level of 7.0 mM and 3.0 mM, respectively, after 48 h incubation. Treatment of the culture supernatant with d-amino acid oxidase resulted in the disappearance of a signal corresponding to d-alanine. Additionally, the culture supernatant enabled a d-alanine auxotroph to grow without d-alanine supplementation, confirming that the signal detected by HPLC was authentic d-alanine. Upon introduction of an expression vector harbouring the alanine racemase genes, alr or dadX, the extracellular level of d-alanine increased to 11.5 mM and 8.5 mM, respectively, under similar conditions, suggesting that increased metabolic flow from l-alanine to d-alanine enhanced d-alanine secretion. When high-density DadA-deficient cells preloaded with l-Ala-l-Ala were treated with 20 µM carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone (CCCP), secretion of both l-alanine and d-alanine was enhanced ~twofold compared with that in cells without CCCP treatment. In contrast, the ATPase inhibitor dicyclohexylcarbodiimide did not exert such an effect on the l-alanine and d-alanine secretion. Furthermore, inverted membrane vesicles prepared from DadA-deficient cells lacking the l-alanine exporter AlaE accumulated [3H]D-alanine in an energy-dependent manner. This energy-dependent accumulation of [3H]D-alanine was strongly inhibited by CCCP. These results indicate that E. coli has a transport system(s) that exports d-alanine and that this function is most likely modulated by proton electrochemical potential.

  19. Survival, proliferation and cell cycle of swine fibroblast after infection with Salmonella enterica 査読有り

    Masuda M, Guo Y, Kuroda K, Xu J, Yoneyama H, Fukuda T, Hango’mbe BM, Okuno K, Nishimura J, Isogai E

    Adv Microbiol 2016年

    DOI: 10.4236/aim.2016.613088  

  20. Mannose-Binding Lectin Inhibits the Motility of Pathogenic Salmonella by Affecting the Driving Forces of Motility and the Chemotactic Response. 国際誌

    Jun Xu, Shuichi Nakamura, Md Shafiqul Islam, Yijie Guo, Kohei Ihara, Rintaro Tomioka, Mizuki Masuda, Hiroshi Yoneyama, Emiko Isogai

    PloS one 11 (4) e0154165 2016年

    DOI: 10.1371/journal.pone.0154165  

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    Mannose-binding lectin (MBL) is a key pattern recognition molecule in the lectin pathway of the complement system, an important component of innate immunity. MBL functions as an opsonin which enhances the sequential immune process such as phagocytosis. We here report an inhibitory effect of MBL on the motility of pathogenic bacteria, which occurs by affecting the energy source required for motility and the signaling pathway of chemotaxis. When Salmonella cells were treated with a physiological concentration of MBL, their motile fraction and free-swimming speed decreased. Rotation assays of a single flagellum showed that the flagellar rotation rate was significantly reduced by the addition of MBL. Measurements of the intracellular pH and membrane potential revealed that MBL affected a driving force for the Salmonella flagellum, the electrochemical potential difference of protons. We also found that MBL treatment increased the reversal frequency of Salmonella flagellar rotation, which interfered with the relative positive chemotaxis toward an attractive substrate. We thus propose that the motility inhibition effect of MBL may be secondarily involved in the attack against pathogens, potentially facilitating the primary role of MBL in the complement system.

  21. Characterization of the l-alanine exporter AlaE of Escherichia coli and its potential role in protecting cells from a toxic-level accumulation of l-alanine and its derivatives. 国際誌

    Seryoung Kim, Kohei Ihara, Satoshi Katsube, Hatsuhiro Hori, Tasuke Ando, Emiko Isogai, Hiroshi Yoneyama

    MicrobiologyOpen 4 (4) 632-43 2015年8月

    DOI: 10.1002/mbo3.269  

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    We previously reported that the alaE gene of Escherichia coli encodes the l-alanine exporter AlaE. The objective of this study was to elucidate the mechanism of the AlaE exporter. The minimum inhibitory concentration of l-alanine and l-alanyl-l-alanine in alaE-deficient l-alanine-nonmetabolizing cells MLA301ΔalaE was 4- and >4000-fold lower, respectively, than in the alaE-positive parent cells MLA301, suggesting that AlaE functions as an efflux pump to avoid a toxic-level accumulation of intracellular l-alanine and its derivatives. Furthermore, the growth of the alaE-deficient mutant derived from the l-alanine-metabolizing strain was strongly inhibited in the presence of a physiological level of l-alanyl-l-alanine. Intact MLA301ΔalaE and MLA301ΔalaE/pAlaE cells producing plasmid-borne AlaE, accumulated approximately 200% and 50%, respectively, of the [(3) H]l-alanine detected in MLA301 cells, suggesting that AlaE exports l-alanine. When 200 mmol/L l-alanine-loaded inverted membrane vesicles prepared from MLA301ΔalaE/pAlaE were placed in a solution containing 200 mmol/L or 0.34 μmol/L l-alanine, energy-dependent [(3) H]l-alanine accumulation occurred under either condition. This energy-dependent uphill accumulation of [(3) H]l-alanine was strongly inhibited in the presence of carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone but not by dicyclohexylcarbodiimide, suggesting that the AlaE-mediated l-alanine extrusion was driven by proton motive force. Based on these results, physiological roles of the l-alanine exporter are discussed.

  22. Development of a novel antimicrobial screening system targeting the pyoverdine-mediated iron acquisition system and xenobiotic efflux pumps. 国際誌

    Kazuki Sato, Kenichi Ushioda, Keiji Akiba, Yoshimi Matsumoto, Hideaki Maseda, Tasuke Ando, Emiko Isogai, Taiji Nakae, Hiroshi Yoneyama

    Molecules (Basel, Switzerland) 20 (5) 7790-806 2015年4月29日

    DOI: 10.3390/molecules20057790  

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    The iron acquisition systems in Pseudomonas aeruginosa are inducible in response to low-iron conditions and important for growth of this organism under iron limitation. OprM is the essential outer membrane subunit of the MexAB-OprM xenobiotic efflux pump. We designed and constructed a new model antimicrobial screening system targeting both the iron-uptake system and xenobiotic efflux pumps. The oprM gene was placed immediately downstream of the ferri-pyoverdine receptor gene, fpvA, in the host lacking chromosomal oprM and the expression of oprM was monitored by an antibiotic susceptibility test under iron depleted and replete conditions. The recombinant cells showed wild-type susceptibility to pump substrate antibiotics, e.g., aztreonam, under iron limitation and became supersusceptible to them under iron repletion, suggesting that expression of oprM is under control of the iron acquisition system. Upon screening of a chemical library comprising 2952 compounds using this strain, a compound-ethyl 2-(1-acetylpiperidine-4-carboxamido)-4,5,6,7-tetrahydrobenzo[b]thiophene-3-carboxylate-was found to enhance the efficacy of aztreonam under iron limitation, suggesting that the compound inhibits either the iron acquisition system or the MexAB-OprM efflux pump. This compound was subsequently found to inhibit the growth of wild-type cells in the presence of sublethal amounts of aztreonam, regardless of the presence or absence of dipyridyl, an iron-chelator. The compound was eventually identified to block the function of the MexAB-OprM efflux pump, showing the validity of this new method.

  23. Leptospiral lipopolysaccharide stimulates the expression of toll-like receptor 2 and cytokines in pig fibroblasts. 国際誌

    Yijie Guo, Tomokazu Fukuda, Kenichiro Donai, Kengo Kuroda, Mizuki Masuda, Shuichi Nakamura, Hiroshi Yoneyama, Emiko Isogai

    Animal science journal = Nihon chikusan Gakkaiho 86 (2) 238-44 2015年2月

    DOI: 10.1111/asj.12254  

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    Pigs throughout the world are afflicted with leptospirosis, causing serious economic losses and potential hazards to human health. Although it has been known that leptospiral lipopolysaccharide (L-LPS) is involved in an immunological reaction between an antigen and a host cell, little is known about how the immune system of pigs can respond to L-LPS. Here, we stimulated pig fibroblasts by L-LPS and then quantitatively measured gene and protein expression levels of two toll-like receptors (TLRs), TLR2 and TLR4, by real-time PCR and Western blotting. As a result, expression of TLR2 was found to be significantly up-regulated within 24 h after L-LPS stimulation whereas induction of TLR4 expression was relatively weak. We also revealed that of myeloid differentiation primary response gene 88 (MyD88), interleukin 6 (IL-6) and IL-8 gene expressions were markedly up-regulated by L-LPS stimulation. These results may suggest that the pig cell can activate TLR2 rather than TLR4 by L-LPS stimulation, thereby inducing expression of cytokines.

  24. Interaction between Leptospiral Lipopolysaccharide and Toll-like Receptor 2 in Pig Fibroblast Cell Line, and Inhibitory Effect of Antibody against Leptospiral Lipopolysaccharide on Interaction. 国際誌

    Yijie Guo, Tomokazu Fukuda, Shuichi Nakamura, Lanlan Bai, Jun Xu, Kengo Kuroda, Rintaro Tomioka, Hiroshi Yoneyama, Emiko Isogai

    Asian-Australasian journal of animal sciences 28 (2) 273-9 2015年2月

    DOI: 10.5713/ajas.14.0440  

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    Leptospiral lipopolysaccharide (L-LPS) has shown potency in activating toll-like receptor 2 (TLR2) in pig fibroblasts (PEFs_NCC1), and causes the expression of proinflammatory cytokines. However, the stimulation by L-LPS was weak eliciting the function of TLR2 sufficiently in pig innate immunity responses during Leptospira infection. In this study, the immune response of pig embryonic fibroblast cell line (PEFs_SV40) was investigated and was found to be the high immune response, thus TLR2 is the predominate receptor of L-LPS in pig cells. Further, we found a strategy using the antibody against L-LPS, to prevent L-LPS interaction with TLR2 in pig cells which could impact on immune activation.

  25. Mannose-binding lectin impairs Leptospira activity through the inhibitory effect on the motility of cell. 国際誌

    Jun Xu, Yijie Guo, Shuichi Nakamura, Md Shafiqul Islam, Rintaro Tomioka, Hiroshi Yoneyama, Emiko Isogai

    Microbiological research 171 21-5 2015年2月

    DOI: 10.1016/j.micres.2014.12.010  

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    Mannose-binding lectin (MBL) plays key role in lectin pathway of innate immunity, and shows the ability of triggering opsonization intermediately. Substantial increase in the serum level of MBL has been confirmed during leptospirosis, which caused by a pathogenic spirochete, Leptospira. Leptospira has a fascinating locomotion pattern, which simultaneously gyrating and swimming forward, such motility enables that Leptospira is difficult to be captured by immune cells if without any assistance. In this study, the effect of mannose-binding lectin to Leptospira was quantitatively investigated by measuring some kinematic parameters, to discover the mechanism behind MBL-mediated immune responses during leptospiral infection. The results showed that mannose-binding lectin is capable of inhibiting the motility of Leptospira by transforming free swimming cells to tumbled rotating cells, resulted in the increase number of rotating cells. Otherwise, decrease in rotation rate of rotating cell has been observed. However, the swimming speed of swimming Leptospira cells showed no observable change under the effect of MBL. The inhibitory effect were only valid in a relatively short period, Leptospira cells regained their original motility after 2 h. This raises an interesting topic that Leptospira is somehow able to escape from the inhibitory effect of MBL by dragging such unfavorable molecules toward to the cell end and eventually throwing it out. The inhibitory effect of MBL on the motility of Leptospira is expected to provide a new insight into lectin pathway.

  26. Design and study of the efflux function of the EGFP fused MexAB-OprM membrane transporter in Pseudomonas aeruginosa using fluorescence spectroscopy. 国際誌

    Feng Ding, Kerry J Lee, Ardeschir Vahedi-Faridi, Hiroshi Yoneyama, Christopher J Osgood, Xiao-Hong Nancy Xu

    The Analyst 139 (12) 3088-96 2014年6月21日

    DOI: 10.1039/c4an00108g  

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    Multidrug membrane transporters (efflux pumps) can selectively extrude a variety of structurally and functionally diverse substrates (e.g., chemotoxics, antibiotics), leading to multidrug resistance (MDR) and ineffective treatment of a wide variety of diseases. In this study, we have designed and constructed a fusion gene (egfp-mexB) of N-terminal mexB with C-terminal egfp, inserted it into a plasmid vector (pMMB67EH), and successfully expressed it in the ΔMexB (MexB deletion) strain of Pseudomonas aeruginosa to create a new strain that expresses MexA-(EGFP-MexB)-OprM. We characterized the fusion gene using gel electrophoresis and DNA sequencing, and determined its expression in live cells by measuring the fluorescence of EGFP in single live cells using fluorescence microscopy. Efflux function of the new strain was studied by measuring its accumulation kinetics of ethidium bromide (EtBr, a pump substrate) using fluorescence spectroscopy, which was compared with cells (WT, ΔMexM, ΔABM, and nalB1) with various expression levels of MexAB-OprM. The new strain shows 6-fold lower accumulation rates of EtBr (15 μM) than ΔABM, 4-fold lower than ΔMexB, but only 1.1-fold higher than WT. As the EtBr concentration increases to 40 μM, the new strain has nearly the same accumulation rate of EtBr as ΔMexB, but 1.4-fold higher than WT. We observed the nearly same level of inhibitory effect of CCCP (carbonyl cyanide-m-chlorophenylhydrazone) on the efflux of EtBr by the new strain and WT. Antibiotic susceptibility study shows that the minimum inhibitory concentrations (MICs) of aztreonam (AZT) and chloramphenicol (CP) for the new strain are 6-fold or 3-fold lower than WT, respectively, and 2-fold higher than those of ΔMexB. Taken together, the results suggest that the fusion protein partially retains the efflux function of MexAB-OprM. The modeled structure of the fusion protein shows that the position and orientation of the N-terminal fused EGFP domain may either partially block the translocation pore or restrict the movement of the individual pump domains, which may lead to partially restricted efflux activity.

  27. 大腸菌およびStreptococcus属細菌のギ酸生成とその代謝機構 査読有り

    西村 順子, 米山 裕, 磯貝 恵美子, 川井 泰, 齋藤 忠夫

    ミルクサイエンス 63 (1) 19-26 2014年4月

    出版者・発行元: 日本酪農科学会

    DOI: 10.11465/milk.63.19  

    ISSN:1343-0289

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    ヨーグルトは,通常Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricusとStreptococcus thermophlilusという2種類の乳酸菌による共培養により製造されている。WHO/FAOのコーデックス委員会では,国際規格として「ヨーグルトはL. bulgaricusおよびS. thermophilusの両菌の乳酸発酵作用により乳及び脱脂粉乳などの乳製品から作られるもの」と規定している。この2菌種を同時に乳発酵に用いるのには,大きな理由がある。すなわち,乳中でこれら2菌種による「共生関係」が構築されており,初めに生育の早いS. thermophilusがギ酸,ピルビン酸,葉酸,二酸化炭素をL. bulgaricusに供給し,その後生育の遅いL. bulgaricusが菌体外プロテアーゼやペプチダーゼを生産し,乳中のカゼインやホエータンパク質から生成したペプチドやアミノ酸をS. thermophilusが利用してさらなる生育を促進している。S. thermophilusからL. bulgaricusへ供給される「ギ酸」は,L. bulgaricusは自ら生合成することができない生育に必須な物質であるため,環境からのギ酸供給が不足するとL. bulgaricusの生育制限が生じる。つまり,S. thermophilusからのギ酸生成機序の知見を深めることは,今後の発酵乳製造の展開を考える上で,非常に重要となると考えられる。Suzukiらは,ギ酸はL. bulgaricusのde novoプリン合成に利用され,ギ酸不足によって菌体の異常伸長が生じることを報告している。

  28. A bovine myeloid antimicrobial peptide (BMAP-28) kills methicillin-resistant Staphylococcus aureus but promotes adherence of the bacteria. 国際誌

    Shiaki Takagi, Lanlan Bai, Tomomitsu Ozeki, Hikaru Miyagi, Kengo Kuroda, Shunji Hayashi, Hiroshi Yoneyama, Tasuke Ando, Emiko Isogai

    Animal science journal = Nihon chikusan Gakkaiho 85 (3) 342-6 2014年3月

    DOI: 10.1111/asj.12109  

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    The cathelicidin family is one of the several families of antimicrobial peptides (AMPs). A bovine myeloid antimicrobial peptide (BMAP-28) belongs to this family. Recently, the emergence of drug-resistant bacteria such as methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) has become a big problem. AMPs are expected to be leading compounds of new antibiotics against drug-resistant bacteria. In this study, we focused on the activity of BMAP-28 against bacterial cell surfaces. First, we observed morphological change of MRSA caused by BMAP-28 using a scanning probe microscope. We also studied activities of BMAP-28 against adherence of S. aureus to fibronectin, collagen type I, collagen type IV. We confirmed whether BMAP-28 can bind to lipoteichoic acid (LTA) of S. aureus. BMAP-28 was indicated as damaging the cell surface of MRSA. In a particular range of concentrations, BMAP-28 promoted adherence of S. aureus against fibronectin and collagens. It was revealed that BMAP-28 and LTA of S. aureus bound with each other. Our study showed the potential of BMAP-28 which can damage MRSA and interact with LTA of S. aureus but promote its adherence in some concentrations. This study provides new points of which to take notice when we use AMPs as medicines.

  29. Susceptibility difference between methicillin-susceptible and methicillin-resistant Staphylococcus aureus to a bovine myeloid antimicrobial peptide (BMAP-28). 国際誌

    Shiaki Takagi, Junko Nishimura, Lanlan Bai, Hikaru Miyagi, Kengo Kuroda, Shunji Hayashi, Hiroshi Yoneyama, Tasuke Ando, Hiroshi Isogai, Emiko Isogai

    Animal science journal = Nihon chikusan Gakkaiho 85 (2) 174-9 2014年2月

    DOI: 10.1111/asj.12098  

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    A bovine myeloid antimicrobial peptide antimicrobial peptide (BMAP-28) is a member of the cathelicidin family and acts as a component of innate immunity. There are few reports of susceptibility difference of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and susceptible strains (MSSA) against BMAP-28. This study aims to clarify how a few amino acid substitutions of BMAP-28 are related to its antimicrobial activity using four analog peptides of BMAP-28. We also compared cellular fatty acid components of MSSA and MRSA using gas chromatography. We found that a few amino acid substitutions of BMAP-28 do not change antimicrobial activity. It was also revealed that the percentage of cis-11-eicosenoic acid in total detected fatty acids of MRSA was significantly higher than that of MSSA. In addition, the percentage of palmitic acid in total detected fatty acids of MRSA tended to be lower than that of MSSA. Our results will provide new information to deal with the question of differences in bacterial susceptibility against BMAP-28.

  30. Prevention of enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 infection by bacteria composed with intestinal flora

    Rie Suzuki, Emiko Isogai, Hiroshi Yoneyama, Yukako Koyanagi, Junko Nishimura, Hiroshi Isogai

    INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR MEDICINE 34 S24-S24 2014年

    ISSN:1107-3756

    eISSN:1791-244X

  31. Ceragenin CSA-13 induces cell cycle arrest and antiproliferative effects in wild-type and p53 null mutant HCT116 colon cancer cells. 国際誌

    Kengo Kuroda, Tomokazu Fukuda, Kazuhiko Okumura, Hiroshi Yoneyama, Hiroshi Isogai, Paul B Savage, Emiko Isogai

    Anti-cancer drugs 24 (8) 826-34 2013年9月

    DOI: 10.1097/CAD.0b013e3283634dd0  

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    Antimicrobial peptides of the cathelicidin family play a central role in the host defense system. Our group has reported previously that cathelicidin-related or cathelicidin-modified antimicrobial peptides, such as FF/CAP-18, have antiproliferative effects on the squamous cell carcinoma cell line SAS-H1 and colon cancer-derived cell line HCT116. Ceragenin CSA-13, which mimics the hydrophobic and cationic morphology of cathelicidin-related peptides, was developed to reduce synthetic costs and resolve stability issues in the presence of proteases. In this study, we evaluated the antiproliferative effect of CSA-13 on HCT116 cells. We evaluated the effects of CSA-13 in HCT116 cells by measuring cell growth, detecting apoptosis, analyzing the cell cycle, and examining mitochondrial membrane depolarization. Treatment with CSA-13 suppressed HCT116 cell proliferation in a dose-dependent manner, increasing the incidence of apoptosis detected by the binding of Annexin V. Furthermore, cell cycle analysis showed that the cell cycle of CSA-13-treated wild-type and p53 null mutant HCT116 cells was arrested at the G1/S phase, indicating that CSA-13 affects the cell cycle by a p53-independent pathway. Our study showed that CSA-13 exerts an antiproliferative effect in cancer cells similar to that of FF/CAP-18, suggesting that membrane-permeabilizing capability is the common underlying mechanism for anticancer and antimicrobial effects of CSA-13 and anitimicrobial peptides.

  32. The inhibition effect of antiserum on the motility of Leptospira. 国際誌

    Yijie Guo, Shuichi Nakamura, Tasuke Ando, Hiroshi Yoneyama, Seishi Kudo, Emiko Isogai

    Current microbiology 66 (4) 359-64 2013年4月

    DOI: 10.1007/s00284-012-0281-6  

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    Leptospires are a group of bacteria with a unique ultrastructure and a fascinating swimming behavior that cause a number of emerging and re-emerging diseases worldwide called leptospirosis. The unusual form of motility is thought to play a critical role in the infection process. However, the inhibition mechanism of antiserum on the motility of Leptospira to attenuate the infection efficiency is unknown. In this study, effect of antiserum on motility was quantitatively investigated by swimming speed. Relatively low concentration of antiserum was found to inhibit leptospiral motility, suggesting that the basic immunization can affect the infection efficiency. Recovery of motility a few hours later after the addition of antiserum was observed. This raises a hypothesis that Leptospira carries surface molecules bound with antibodies toward the cell end to escape and recovers the motility.

  33. Biofilm Formation by Streptococcus mutans and Related Bacteria 査読有り

    Junko Nishimura, Tadao Saito, Hiroshi Yoneyama, Lan Lan Bai, Kazuhiko Okumura, Emiko Isogai

    Advances in Microbiology (2) 208-215 2012年9月

    DOI: 10.4236/aim.2012.23025  

  34. Anti-proliferative effect of an analogue of the LL-37 peptide in the colon cancer derived cell line HCT116 p53+/+ and p53-/-. 国際誌

    Kengo Kuroda, Tomokazu Fukuda, Hiroshi Yoneyama, Masafumi Katayama, Hiroshi Isogai, Kazuhiko Okumura, Emiko Isogai

    Oncology reports 28 (3) 829-34 2012年9月

    DOI: 10.3892/or.2012.1876  

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    Antimicrobial peptides of the cathelicidin family are found in many mammalian species, and are focused on various effects other than antimicrobial action. In this study, we evaluated the anti-proliferative effect of an analogue peptide, FF/CAP18, derived from an endogenous cathelicidin family member against the colon cancer cell line HCT116. FF/CAP18 significantly decreased the proliferation of HCT116 cells in a dose-dependent fashion. Furthermore, the treatment of HCT116 with FF/CAP18 caused loss of mitochondrial membrane potential, and resulted in the immunoreactivity to the single-strand DNA antibody, suggesting the early stage of apoptosis. Interestingly, the anti-proliferative effect of FF/CAP18 was constant regardless of the genotype of p53 (wild-type and p53 mutant type HCT116 cells). Therefore, the signaling pathway of p53 is not involved in the growth suppression effect of the cathelicidin analogue peptide. These results indicate that the treatment of certain types of cancer cells with FF/CAP18 may increase the sensitivity of the chemotherapeutic reagents, which might relate to the reduction of the side effects.

  35. Antimicrobial activity of a bovine myeloid antimicrobial peptide (BMAP-28) against methicillin-susceptible and methicillin-resistant Staphylococcus aureus. 国際誌

    Shiaki Takagi, Shunji Hayashi, Koichi Takahashi, Hiroshi Isogai, Lanlan Bai, Hiroshi Yoneyama, Tasuke Ando, Kumiko Ito, Emiko Isogai

    Animal science journal = Nihon chikusan Gakkaiho 83 (6) 482-6 2012年6月

    DOI: 10.1111/j.1740-0929.2011.00979.x  

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    A bovine myeloid antimicrobial peptide (BMAP-28) is a member of the cathelicidin family which is included in the innate immune system of mammals. Recently, there have been many studies about antimicrobial peptides. This study aims to clarify whether BMAP-28 has bactericidal activity against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and compares its activity against methicillin-susceptible S. aureus (MSSA) and MRSA. We found that the peptide was effective in killing MRSA (minimal inhibitory concentration (MIC) range; 5-20 µg/mL). It was also revealed that MSSA (MIC range; 1.25-20 µg/mL) had two levels of susceptibility to BMAP-28. We also examined the effect of BMAP-28 on bacterial shape to visually show its activity. After exposure to the peptide, both MSSA and MRSA cells showed the morphological changes on their surfaces. Our results indicate that BMAP-28 is a promising candidate for medicine against drug-resistant bacteria.

  36. Inducible L-alanine exporter encoded by the novel gene ygaW (alaE) in Escherichia coli. 国際誌

    Hatsuhiro Hori, Hiroshi Yoneyama, Ryuta Tobe, Tasuke Ando, Emiko Isogai, Ryoichi Katsumata

    Applied and environmental microbiology 77 (12) 4027-34 2011年6月

    DOI: 10.1128/AEM.00003-11  

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    We previously isolated a mutant hypersensitive to L-alanyl-L-alanine from a non-L-alanine-metabolizing Escherichia coli strain and found that it lacked an inducible l-alanine export system. Consequently, this mutant showed a significant accumulation of intracellular L-alanine and a reduction in the L-alanine export rate compared to the parent strain. When the mutant was used as a host to clone a gene(s) that complements the dipeptide-hypersensitive phenotype, two uncharacterized genes, ygaW and ytfF, and two characterized genes, yddG and yeaS, were identified. Overexpression of each gene in the mutant resulted in a decrease in the intracellular l-alanine level and enhancement of the L-alanine export rate in the presence of the dipeptide, suggesting that their products function as exporters of L-alanine. Since ygaW exhibited the most striking impact on both the intra- and the extracellular L-alanine levels among the four genes identified, we disrupted the ygaW gene in the non-L-alanine-metabolizing strain. The resulting isogenic mutant showed the same intra- and extracellular L-alanine levels as observed in the dipeptide-hypersensitive mutant obtained by chemical mutagenesis. When each gene was overexpressed in the wild-type strain, which does not intrinsically excrete alanine, only the ygaW gene conferred on the cells the ability to excrete alanine. In addition, expression of the ygaW gene was induced in the presence of the dipeptide. On the basis of these results, we concluded that YgaW is likely to be the physiologically most relevant exporter for L-alanine in E. coli and proposed that the gene be redesignated alaE for alanine export.

  37. Identification of an L-alanine export system in Escherichia coli and isolation and characterization of export-deficient mutants. 国際誌

    Hatsuhiro Hori, Tasuke Ando, Emiko Isogai, Hiroshi Yoneyama, Ryoichi Katsumata

    FEMS microbiology letters 316 (2) 83-9 2011年3月

    DOI: 10.1111/j.1574-6968.2010.02196.x  

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    An Escherichia coli strain that exhibits a double auxotrophy for L-alanine and D-alanine was constructed. During growth in the presence of the dipeptide L-alanyl-L-alanine (Ala-Ala), this was fully consumed with concomitant extracellular accumulation of l-alanine in a twofold molar concentration compared with the dipeptide. This finding indicates that the strain not only can hardly degrade L-alanine but has an export system(s) for L-alanine. To obtain access to the system, we chemically mutagenized the L-alanine-nonmetabolizing strain and isolated mutants with increased Ala-Ala sensitivity. Two such mutants accumulated L-alanine up to 150-190 mM in the cytoplasm with a reduced rate of L-alanine export relative to the parent strain in the presence of Ala-Ala. Furthermore, when chloramphenicol was added together with Ala-Ala, the parent strain accumulated L-alanine in the cytoplasm to a level similar to that observed in the mutants in the absence of chloramphenicol. In contrast, the intracellular l-alanine level in the mutants did not change irrespective of chloramphenicol treatment. From these results, we conclude that E. coli has an inducible l-alanine export carrier, together with a second, as yet unidentified, mechanism of alanine export.

  38. Isolation of a mutant auxotrophic for L-alanine and identification of three major aminotransferases that synthesize L-alanine in Escherichia coli. 国際誌

    Hiroshi Yoneyama, Hatsuhiro Hori, Sang-Jo Lim, Tatsuya Murata, Tasuke Ando, Emiko Isogai, Ryoichi Katsumata

    Bioscience, biotechnology, and biochemistry 75 (5) 930-8 2011年

    eISSN:1347-6947

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    For Escherichia coli, it has been assumed that L-alanine is synthesized by alanine-valine transaminase (AvtA) in conjunction with an unknown alanine aminotransferase(s). We isolated alanine auxotrophs from a prototrophic double mutant deficient in AvtA and YfbQ, a novel alanine aminotransferase, by chemical mutagenesis. A shotgun cloning experiment identified two genes, uncharacterized yfdZ and serC, that complemented the alanine auxotrophy. When the yfdZ- or serC-mutation was introduced into the double mutant, one triple mutant (avtA yfbQ yfdZ) showed alanine auxotrophy, and another (avtA yfbQ serC), prototrophy. In addition, we found that four independent alanine auxotrophs possessed a point mutation in yfdZ but not in serC. We also found that yfdZ expression was induced in minimal medium. Furthermore, yfbQ-bearing plasmid conferred the ability to excrete alanine on the mutant lacking D-amino acid dehydrogenase-encoding gene, dadA. From these results, we concluded that E. coli synthesizes L-alanine by means of three aminotransferases, YfbQ, YfdZ, and AvtA.

  39. Tat pathway-mediated translocation of the sec pathway substrate protein MexA, an inner membrane component of the MexAB-OprM xenobiotic extrusion pump in Pseudomonas aeruginosa. 国際誌

    Hiroshi Yoneyama, Keiji Akiba, Hatsuhiro Hori, Tasuke Ando, Taiji Nakae

    Antimicrobial agents and chemotherapy 54 (4) 1492-7 2010年4月

    DOI: 10.1128/AAC.01495-09  

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    Pseudomonas aeruginosa is equipped with the Sec and Tat protein secretion systems, which translocate the xenobiotic transporter MexAB-OprM and the pathogenic factor phospholipase C (PlcH), respectively. When the signal sequence of MexA was replaced with that of PlcH, the hybrid protein was successfully expressed and recovered from the periplasmic fraction, suggesting that the hybrid protein had been translocated across the inner membrane. MexA-deficient cells harboring the plasmid carrying the plcH-mexA fusion gene showed antibiotic resistance comparable to that of the wild-type cells. This result suggested that MexA secreted via the Tat machinery was properly assembled and functioned as a subunit of the MexAB-OprM efflux pump. A mutation was introduced into the chromosomal tatC gene encoding an inner membrane component of the Tat protein secretion machinery in mexA-deficient cells, and they were transformed with the plasmid carrying the plcH-mexA fusion gene. The transformants showed antibiotic susceptibility comparable to that of mexA-deficient cells, indicating that the hybrid protein was not transported to the periplasm. Whole-cell lysate of the mexA-tatC double mutant harboring the plcH-mexA plasmid produced mainly unprocessed PlcH-MexA. The periplasmic fraction showed no detectable anti-MexA antibody-reactive material. On the basis of these results, we concluded that MexA could be translocated across the inner membrane through the Tat pathway and assembled with its cognate partners, MexB and OprM, and that this complex machinery was fully functional. This hybrid protein translocation system has the potential to be a powerful screening tool for antimicrobial agents targeting the Tat system, which is not present in mammalian cells.

  40. Membrane topology of aspartate:alanine antiporter AspT from Comamonas testosteroni. 国際誌

    Takashi Fujiki, Kei Nanatani, Kei Nishitani, Kyoko Yagi, Fumito Ohnishi, Hiroshi Yoneyama, Takafumi Uchida, Tasuku Nakajima, Keietsu Abea

    Journal of biochemistry 141 (1) 85-91 2007年1月

    ISSN:0021-924X

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    We cloned the aspT gene encoding the L-aspartate:L-alanine antiporter AspTCt in Comamonas testosteroni genomic DNA. Analysis of the nucleotide sequence revealed that C. testosteroni has an asp operon containing aspT upstream of the l-aspartate 4-decarboxylase gene, and that the gene order of the asp operon of C. testosteroni is the inverse of that of Tetragenococcus halophilus. We used proteoliposomes to confirm the transport processes of AspTCt. To elucidate the two-dimensional structure of AspTCt, we analysed its membrane topology by means of alkaline phosphatase (PhoA) and beta-lactamase (BlaM) fusion methods. The fusion analyses revealed that AspTCt has seven transmembrane segments (TMs), a large cytoplasmic loop containing approximately 200 amino acid residues between TM4 and TM5, a cytoplasmic N-terminus, and a periplasmic C-terminus. These results suggest that the orientation of the N-terminus of AspTCt differs from that of tetragenococcal AspT, even though these two AspT orthologues catalyse the same transport reactions.

  41. Antibiotic resistance in bacteria and its future for novel antibiotic development. 国際誌

    Hiroshi Yoneyama, Ryoichi Katsumata

    Bioscience, biotechnology, and biochemistry 70 (5) 1060-75 2006年5月

    ISSN:0916-8451

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    Since the first introduction of the sulfa drugs and penicillin into clinical use, large numbers of antibiotics have been developed and hence contributed to human health. But extensive use of antibiotics has raised a serious public health problem due to multiantibiotic resistant bacterial pathogens that inevitably develop resistance to every new drug launched in the clinic. Consequently, there is a pressing need to develop new antibiotics to keep pace with bacterial resistance. Recent advances in microbial genomics and X-ray crystallography provide opportunities to identify novel antibacterial targets for the development of new classes of antibiotics and to design more potent antimicrobial compounds derived from existing antibiotics respectively. To prevent and control infectious diseases caused by multiantibiotic resistant bacteria, we need to understand more about the molecular aspects of the pathogens' physiology and to pursue ways to prolong the life of precious antibiotics.

  42. Membrane topology of the electrogenic aspartate-alanine antiporter AspT of Tetragenococcus halophilus. 国際誌

    Kei Nanatani, Fumito Ohonishi, Hiroshi Yoneyama, Tasuku Nakajima, Keietsu Abe

    Biochemical and biophysical research communications 328 (1) 20-6 2005年3月4日

    ISSN:0006-291X

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    AspT is an electrogenic aspartate:alanine exchange protein that represents the vectorial component of a proton-motive metabolic cycle found in some strains of Tetragenococcus halophilus. AspT is the sole member of a new family, the Aspartate: Alanine Exchanger (AAE) family, in secondary transporters, according to the computational classification proposed by Saier et al. (http://www.biology.ucsd.edu/~msaier/transport/). We analyzed the topology of AspT biochemically, by using fusion methods in combination with alkaline phosphatase or beta-lactamase. These results suggested that AspT has a unique topology; 8 TMS, a large cytoplasmic loop (183 amino acids) between TMS5 and TMS6, and N- and C-termini that both face the periplasm. These results demonstrated a unique 2D-structure of AspT as the novel AAE family.

  43. Crystal structure of the drug discharge outer membrane protein, OprM, of Pseudomonas aeruginosa: dual modes of membrane anchoring and occluded cavity end. 国際誌

    Hiroyuki Akama, Misa Kanemaki, Masato Yoshimura, Tomitake Tsukihara, Tomoe Kashiwagi, Hiroshi Yoneyama, Shin-ichiro Narita, Atsushi Nakagawa, Taiji Nakae

    The Journal of biological chemistry 279 (51) 52816-9 2004年12月17日

    ISSN:0021-9258

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    The OprM lipoprotein of Pseudomonas aeruginosa is a member of the MexAB-OprM xenobiotic-antibiotic transporter subunits that is assumed to serve as the drug discharge duct across the outer membrane. The channel structure must differ from that of the porin-type open pore because the protein facilitates the exit of antibiotics but not the entry. For better understanding of the structure-function linkage of this important pump subunit, we studied the x-ray crystallographic structure of OprM at the 2.56-angstroms resolution. The overall structure exhibited trimeric assembly of the OprM monomer that consisted mainly of two domains: the membrane-anchoring beta-barrel and the cavity-forming alpha-barrel. OprM anchors the outer membrane by two modes of membrane insertions. One is via the covalently attached NH(2)-terminal fatty acids and the other is the beta-barrel structure consensus on the outer membrane-spanning proteins. The beta-barrel had a pore opening with a diameter of about 6-8 angstroms, which is not large enough to accommodate the exit of any antibiotics. The periplasmic alpha-barrel was about 100 angstroms long formed mainly by a bundle of alpha-helices that formed a solvent-filled cavity of about 25,000 angstroms(3). The proximal end of the cavity was tightly sealed, thereby not permitting the entry of any molecule. The result of this structure was that the resting state of OprM had a small outer membrane pore and a tightly closed periplasmic end, which sounds plausible because the protein should not allow free access of antibiotics. However, these observations raised another unsolved problem about the mechanism of opening of the OprM cavity ends. The crystal structure offers possible mechanisms of pore opening and pump assembly.

  44. Crystal structure of the membrane fusion protein, MexA, of the multidrug transporter in Pseudomonas aeruginosa. 国際誌

    Hiroyuki Akama, Takanori Matsuura, Sachiko Kashiwagi, Hiroshi Yoneyama, Shin-Ichiro Narita, Tomitake Tsukihara, Atsushi Nakagawa, Taiji Nakae

    The Journal of biological chemistry 279 (25) 25939-42 2004年6月18日

    ISSN:0021-9258

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    The MexAB-OprM efflux pump of Pseudomonas aeruginosa is central to multidrug resistance of this organism, which infects immunocompromised hospital patients. The MexA, MexB, and OprM subunits were assumed to function as the membrane fusion protein, the body of the transporter, and the outer membrane channel protein, respectively. For better understanding of this important xenobiotic transporter, we show the x-ray crystallographic structure of MexA at a resolution of 2.40 A. The global MexA structure showed unforeseen new features with a spiral assembly of six and seven protomers that were joined together at one end by a pseudo 2-fold image. The protomer showed a new protein structure with a tandem arrangement consisting of at least three domains and presumably one more. The rod domain had a long hairpin of twisted coiled-coil that extended to one end. The second domain adjacent to the rod alpha-helical domain was globular and constructed by a cluster of eight short beta-sheets. The third domain located distal to the alpha-helical rod was globular and composed of seven short beta-sheets and one short alpha-helix. The 13-mer was shaped like a woven rattan cylinder with a large internal tubular space and widely opened flared ends. The 6-mer and 7-mer had a funnel-like structure consisting of a tubular rod at one side and a widely opened flared funnel top at the other side. Based on these results, we constructed a model of the MexAB-OprM pump assembly. The three pairs of MexA dimers interacted with the periplasmic alpha-barrel domain of OprM via the alpha-helical hairpin, the second domain interacted with both MexB and OprM at their contact site, and the third and disordered domains probably interacted with the distal domain of MexB. In this fashion, the MexA subunit connected MexB and OprM, indicating that MexA is the membrane bridge protein.

  45. Function of the MexB efflux-transporter divided into two halves. 国際誌

    Shima Eda, Hiroshi Yoneyama, Taiji Nakae

    Biochemistry 42 (23) 7238-44 2003年6月17日

    ISSN:0006-2960

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    The MexA-MexB-OprM efflux pump exports structurally and functionally diverse xenobiotics and confers multi-drug resistance on Pseudomonas aeruginosa cells. The MexB transporter traverses the inner membrane twelve times, bears two large periplasmic domains and has two homologous tandem repeats. To test whether two homologous halves of MexB function independently or interdependently, the protein was divided medially into two halves, each consisting of six amino- and carboxyl-proximal transmembrane segments. When two halves of MexB were coexpressed from independent open reading frames, the cells lacking chromosomal mexB exhibited restored antibiotic resistance at a level close to that in the cells producing a full-length MexB. In contrast, MexB protein containing either an amino- or carboxyl-half fragment failed to transport antibiotics. To test whether the amino- and carboxyl-proximal halves were present in a complex, we purified the histidine-tagged carboxyl-proximal half molecule using nickel-chelate chromatography from the cells that coexpressed two halves. The results showed that the nonhistidine-tagged amino-proximal half was co-purified with the carboxyl-proximal half, thereby indicating that the amino-proximal half fragment was tightly associated with the carboxyl-proximal half molecule. These findings suggest that the presence of both amino- and carboxyl-halves of MexB in a complex is essential for transport activity.

  46. Secondary-site mutation restores the transport defect caused by the transmembrane domain mutation of the xenobiotic transporter MexB in Pseudomonas aeruginosa. 国際誌

    Hiroshi Yoneyama, Hideaki Maseda, Taka-aki Yamabayashi Ta, Shotaro Izumi, Taiji Nakae

    Biochemical and biophysical research communications 292 (2) 513-8 2002年3月29日

    ISSN:0006-291X

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    It has been suggested that the MexB subunit of the MexAB-OprM efflux transporter of Pseudomonas aeruginosa exports xenobiotics in an energy-dependent manner. To investigate the role of the transmembrane segments (TMS) of MexB in the transporter activity, we isolated 24 spontaneous mutants showing hypersusceptibility to antibiotics. Among them, three mutations were located at TMS-3, TMS-4, and TMS-10 having amino acid substitution Leu376vPro, Gly397vVal, and Val928vGly, respectively. A secondary mutation, which suppressed the defect caused by the Val928vGly mutation in TMS-10, was found at the 403rd amino acid residue in TMS-4 with a change of glycine to serine, suggesting that TMS-4 and TMS-10 may be in close proximity. This result provided strong support for the recent notion that negatively charged residues in TMS-4 might form a salt-bridge with a positive charge in TMS-10 (Guan, L., and Nakae, T. (2001) J. Bacteriol. 183, 1734-1739). The transporter function impaired by the Gly397vVal mutation in TMS-4 was recovered by the secondary mutation, Gln998vHis, in the loop between TMS-11 and TMS-12, thereby suggesting that TMS-4 and TMS-11 or TMS-12 might also be in close proximity. Thus, it is most likely that TMS-4, TMS-10, and TMS-11 or TMS-12 are packed close three dimensionally.

  47. High-level fluoroquinolone resistance in Pseudomonas aeruginosa due to interplay of the MexAB-OprM efflux pump and the DNA gyrase mutation. 国際誌

    Akira Nakajima, Yohko Sugimoto, Hiroshi Yoneyama, Taiji Nakae

    Microbiology and immunology 46 (6) 391-5 2002年

    ISSN:0385-5600

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    Fluoroquinolone resistance in Pseudomonas aeruginosa is mainly attributable to the constitutive expression of the xenobiotic efflux pump and mutation in DNA gyrase or topoisomerase IV. We constructed cells with a double-mutation in gyrA and mexR encoding DNA gyrase and repressor for the mexAB-oprM operon, respectively. The mutant showed 1,024 times higher fluoroquinolone resistance than cells lacking the MexAB-OprM. Cells with a single mutation in gyrA and producing a wild-type level of the MexAB-OprM efflux pump showed 128 times higher fluoroquinolone resistance than cells lacking the MexAB-OprM. In contrast, a single mutation in gyrA or mexR caused only 4 and 64 times higher resistance, respectively. These findings manifested the interplay between the MexAB-OprM efflux pump and the target mutation in fluoroquinolone resistance.

  48. Multiantibiotic resistance caused by active drug extrusion in hospital pathogens. 国際誌

    Taiji Nakae, Eisaku Yoshihara, Hiroshi Yoneyama

    Journal of infection and chemotherapy : official journal of the Japan Society of Chemotherapy 3 (4) 173-183 1997年

    DOI: 10.1007/BF02490031  

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    All living organisms from bacteria to mammals extrude noxious compounds to the external medium. When exposed to antibiotics, bacteria actively extrude intracellular antibiotic and develop resistance to the drug. Nosocomial Staphylococcus aureaus, Pseudomonas aeruginosa and other bacteria are resistant to a broad range of antibiotics and to structurally and functionally diverse chemotherapeutic agents and disinfectants. For this reason nosocomial infections are especially hard to treat in immunocompromised patients who may be infected by low-virulence bacteria. Extrusion-related antibiotic resistance in P. aeruginosa arises by the expression of Mex-extrusion pumps, including genetically distinct mexA-mexB-oprM, mexC-mexD-oprj, and mexE-mexF-oprN systems, each encoding two inner membrane proteins and one outer membrane protein. S. aureus becomes resistant to fluoroquinolone by expressing NorA extrusion proteins and to disinfectants by expressing Qac extrusion proteins. The drug extrusion machinery may be classified into several categories according to the number of transmembrane segments it exhibits. The proteins that belong to a major facilitator super family have 12 or 14 transmembrane segments. The extrusion proteins with molecular weight of 12,000 to 15,000 span the membrane 4 times and are collectively called small multidrug resistance proteins. The extrusion proteins that transport substrate across the inner and outer membrane of gram-negative bacteria are in the resistance nodulation cell division family.

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MISC 39

  1. ウシ乳房炎由来の黄色ブドウ球菌が特異的に分泌する凝乳因子の誘導機構

    金森萌, 間嶋朱里, 下田蒼, 松田敬一, 栗原達夫, 金子淳, 米山裕, 田仲哲也, 戸部隆太

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2025 2025年

    ISSN: 2186-7976

  2. 黄色ブドウ球菌(SA)の死菌接種によって産生されるポリクローナル抗体はSAに対する増殖阻害効果を有する

    古川 睦実, 米山 裕, 秦 英司, 岩野 英知, 樋口 豪紀, 安藤 太助, 佐藤 美佳, 林 智人, 菊 佳男, 長澤 裕哉, 新實 香奈枝, 宇佐美 克紀, 佐々木 志保, 伊藤 駿, 渡邊 康一, 麻生 久, 野地 智法

    家畜感染症学会誌 5 (4) 181-181 2016年12月

    出版者・発行元: 家畜感染症学会誌編集委員会

    ISSN: 2186-7208

  3. 新規感染症治療薬の探索 細菌の病原性を標的とする多剤排出ポンプを利用した新規スクリーニング系の構築

    米山 裕

    緑膿菌感染症研究会講演記録 50回 45-51 2016年12月

    出版者・発行元: 緑膿菌感染症研究会

    ISSN: 1340-6477

  4. 黄色ブドウ球菌のin vitroでの増殖阻害を可能にするウシポリクローナル抗体の作製

    古川睦実, 米山裕, 秦英司, 岩野英知, 樋口豪紀, 安藤太助, 佐藤美佳, 林智人, 菊佳男, 長澤裕哉, 新實香奈枝, 宇佐美克紀, 佐々木志保, 伊藤駿, 渡邊康一, 麻生久, 野地智法

    東北畜産学会報 66 (2) 27-27 2016年8月12日

    出版者・発行元: 東北畜産学会

    ISSN: 1341-626X

  5. トランスポゾン挿入変異法を用いたウシ乳房炎関連病原因子の解明に向けた基盤研究

    佐藤美佳, 勝部哲, 野地智法, 林智人, 秦英司, 菊佳男, 安藤太助, 麻生久, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本畜産学会大会講演要旨 119th 115-115 2015年3月28日

    出版者・発行元: (公社)日本畜産学会

    ISSN: 1342-4688

  6. 多剤排出ポンプを利用した新規標的に対する評価系の開発とスクリーニングの試み

    米山 裕, 佐藤 一樹, 潮田 兼一, 秋葉 敬斉, 安藤 太助, 磯貝 恵美子

    緑膿菌感染症研究会講演記録 48回 39-41 2014年12月

    出版者・発行元: 緑膿菌感染症研究会

    ISSN: 1340-6477

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    緑膿菌の多剤排出ポンプMexAB-OprMの外膜サブユニットOprM欠損株(ΔOprM)は各種抗菌剤に高感受性を示した。このΔOprM株の鉄取り込み系構成因子のピオベルジン受容体遺伝子fpvA直下に野生型oprM遺伝子を挿入した組み換え株PAMO1を構築した。野生株、ΔOprM株、PAMO1株のアズトレオナムに対する感受性は、アズトレオナムのMICは鉄過剰条件下でそれぞれ4μg/ml、0.25μg/ml、0.25μg/ml、鉄欠乏条件下で4μg/ml、0.25μg/ml、2μg/mlであった。緑膿菌野生株の生育を抑制しないレベルのアズトレオナムと鉄キレーターのジピリジルを添加したミューラーヒントン培地に、PAMO1株を混在した新規スクリーニング系を構築して約3000種類の化合物ライブラリーをスクリーニングし、PAMO1の生育を抑制する一つの化合物を認め、野生株にてこの化合物の活性を評価し、ジピリジル存在の有無に関わらず、即ち鉄過剰・欠乏の両条件下で野生株の生育抑制を認めた。

  7. 緑膿菌の鉄獲得に関連したシグナル伝達系を標的とするリード化合物の探索

    米山 裕, 潮田 兼一, 磯貝 恵美子

    日本細菌学雑誌 69 (1) 133-133 2014年2月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  8. Salmonella Enteritidisのブタ線維芽細胞侵入とその応答

    増田 みづ紀, 福田 智一, 黒田 健吾, 安藤 太助, 米山 裕, 磯貝 恵美子

    日本畜産学会大会講演要旨集 117回 64-64 2013年9月

    出版者・発行元: (公社)日本畜産学会

    ISSN: 1342-4688

  9. 豚の線維芽細胞中Toll様受容体認識レプトスピラリポ多糖(Toll like receptor recognition of leptospiral lipopolysaccharide in swine fibroblasts)

    Guo Yijie, 磯貝 恵美子, 福田 智一, 米山 裕, 安藤 太助, 黒田 健吾, 高木 志秋, 鈴木 理絵

    日本細菌学雑誌 68 (1) 193-193 2013年2月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  10. ウシ抗菌ペプチドBMAP-28のホモロジーモデリングによる構造解析と抗腫瘍活性

    黒田 健吾, 磯貝 恵美子, 高木 志秋, 加藤 裕樹, 福田 智一, 米山 裕, 安藤 太助, 中井 裕, 福田 康弘

    日本畜産学会大会講演要旨集 115回 247-247 2012年3月

    出版者・発行元: (公社)日本畜産学会

    ISSN: 1342-4688

  11. 多剤排出ポンプを利用した病原因子を標的とするモデル評価系の開発

    米山 裕, 秋葉 敬斉, 堀 初弘, 安藤 太助, 中江 太治, 磯貝 恵美子

    緑膿菌感染症研究会講演記録 45回 43-48 2011年12月

    出版者・発行元: 緑膿菌感染症研究会

    ISSN: 1340-6477

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    緑膿菌の病原因子の分泌に関与する新規タンパク質分泌系であるTwin-Arginine translocation(Tat)系に注目し、緑膿菌の多剤排出ポンプ(MexAB-OprM)を構成する内膜サブユニットであるMexAをレポーターとして用いる新しい評価系の開発を試みた。Tat系のシグナル配列をもつキメラMexAは機能的な発現をし、Tat系に依存して内膜をトランスロケートすることが証明された。本評価系はTat系阻害剤の高感度かつ簡便なスクリーニング系であることが明らかとなった。

  12. Membrane topology of aspartate: alanine antiporter AspT from Comamonas testosterone (vol 141, pg 85, 2007)

    Takashi Fujiki, Kei Nanatani, Kei Nishitani, Kyoko Yagi, Fumito Ohnishi, Hiroshi Yoneyama, Takafumi Uchida, Tasuku Nakajima, Keietsu Abe

    JOURNAL OF BIOCHEMISTRY 141 (5) 767-767 2007年5月

    DOI: 10.1093/jb/mvm079  

    ISSN: 0021-924X

  13. 緑膿菌におけるDNA gyrase変異とMexABMポンプとの連携によるフルオロキノロン剤耐性

    中嶋 輝, 杉本 曜子, 米山 裕, 中江 太治

    日本細菌学雑誌 56 (1) 292-292 2001年2月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  14. 緑膿菌の薬剤排出ポンプの内膜サブユニットMexAのトポロジー解析

    米山 裕, 中江 太治

    日本農芸化学会誌 73 (臨増) 89-89 1999年3月

    出版者・発行元: (公社)日本農芸化学会

    ISSN: 0002-1407

    eISSN: 1883-6844

  15. 緑膿菌の薬剤排出ポンプMexE,F-OprNの機能解析

    間世田 英明, 米山 裕, 中江 太治

    日本農芸化学会誌 73 (臨増) 89-89 1999年3月

    出版者・発行元: (公社)日本農芸化学会

    ISSN: 0002-1407

    eISSN: 1883-6844

  16. nalB変異型多剤耐性緑膿菌はmexRの変異のみに起因するのか?

    斉藤 孝二郎, 米山 裕, 中江 太治

    日本細菌学雑誌 54 (1) 273-273 1999年2月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  17. 緑膿菌の薬剤排出ポンプMexBの膜上二次元構造

    官 蘭, 米山 裕, 中江 太治

    日本細菌学雑誌 54 (1) 274-274 1999年2月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  18. 緑膿菌排出ポンプMexE,F-OprNの排出基質の同定とその基質認識に関わるサブユニットの決定

    間世田 英明, 米山 裕, 中江 太治

    日本細菌学雑誌 54 (1) 275-275 1999年2月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  19. トランスポータ 緑膿菌の薬剤排出ポンプMexBの膜上二次元構造

    官 蘭, Ehrman Michael, 米山 裕, 中江 太治

    生化学 70 (8) 720-720 1998年8月

    出版者・発行元: (公社)日本生化学会

    ISSN: 0037-1017

  20. nalB変異型多剤耐性緑膿菌はmexRの変異のみに起因するのか?

    斉藤 孝二郎, 米山 裕, 中江 太治

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 27回 25-26 1998年8月

    出版者・発行元: 薬剤耐性菌研究会

    ISSN: 1347-8109

  21. 緑膿菌の薬剤排出ポンプのサブユニットMexAのトポロジー解析

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 53 (1) 171-171 1998年2月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  22. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するMexA,MexB及びOprM欠失変異株の薬剤感受性

    米山 裕, 後藤 直正, 西野 武志

    緑膿菌感染症研究会講演記録 31回 107-110 1997年12月

    出版者・発行元: 緑膿菌感染症研究会

    ISSN: 1340-6477

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    緑膿菌における薬剤排出機構には,mexオペロンのコードする3種類のサブユニットタンパク質,MexA,MexB及びOprMが形成する複合体の関与が考えられている.サブユニットの一つのタンパク質のみを欠失した変異株,更に全ての組み合わせにおける二重及び三重欠失変異株を作成しそれらの変異株の薬剤感受性を調べた.サザンブロット解析及びウエスタンブロット解析により,変異株では標的サブユニットのみを欠失していることを確認した.OprM欠失を含む二重変異株及び三重変異株では,キノロン剤,クロラムフェニコール,及びゲンタマイシンに対する薬剤感受性が親株に比べて4-16倍高く,MexAないしMexB,又はその両方を欠失した変異株の薬剤感受性は親株の2-4倍であった.β-ラクタム剤に対してこれらの変異株は構造に依存して感受性が上昇していた.OprJによるOprM欠損の機能的な相補は部分的であった

  23. 緑膿菌外膜での各種抗生物質の透過経路

    中江 太治, 北原 尚志, 米山 裕

    緑膿菌感染症研究会講演記録 31回 115-117 1997年12月

    出版者・発行元: 緑膿菌感染症研究会

    ISSN: 1340-6477

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    β-ラクタマーゼ遺伝子を有するプラスミドを導入した緑膿菌を用いて,イミペネムとセファロチンの透過速度を37℃及び17℃で測定し,それらの透過率を比較した.17℃の透過率を37℃の透過率で割った値(透過率比)はイミペネムでは1.0で,イミペネムの透過は検定温度に影響を受けないことが明らかとなった.これに対しセファロチンの透過率比は0.4で,17℃でのセファロチンの透過速度は37℃に比べて著しく低下することが明らかとなった.OprD欠損株におけるイミペネムの透過率比は0.2-0.4,セファロチンでは0.4-0.6であった.17℃でのテトラサイクリン,キノロン剤及びクロラムフェニコールの細胞内蓄積量は,37℃に比べてかなりゆっくりと上昇した.イミペネムは主としてOprDポーリンを介して透過することが既に明らかであるが,セファロチンと同様にテトラサイクリン,キノロン剤,クロラムフェニコールの抗生物質は脂質二重層を透過していると考えられた

  24. 緑膿菌の薬剤排出ポンプのサブユニットMexAのトポロジー解析

    米山 裕

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 26回 34-35 1997年8月

    出版者・発行元: 薬剤耐性菌研究会

    ISSN: 1347-8109

  25. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するMexA,MexB及びOprM欠失変異株の薬剤感受性

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 52 (1) 250-250 1997年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  26. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するMexA,MexB及びOprM欠失変異株の作成

    米山 裕

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 25回 46-47 1996年8月

    出版者・発行元: 薬剤耐性菌研究会

    ISSN: 1347-8109

  27. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するサブユニット欠損株の性状

    米山 裕

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 25回 48-49 1996年8月

    出版者・発行元: 薬剤耐性菌研究会

    ISSN: 1347-8109

  28. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するMexA及びMexB欠失変異株の薬剤感受性

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 51 (1) 190-190 1996年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  29. 緑膿菌ポーリンOprC,D2,E1及びFの薬剤透過性への関与

    米山 裕

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 24回 14-15 1995年8月

    出版者・発行元: 薬剤耐性菌研究会

    ISSN: 1347-8109

  30. 抗生物質の透過経路としての緑膿菌ポーリンの役割

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 50 (1) 180-180 1995年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  31. 緑膿菌外膜の透過孔形成蛋白質(protein C)の構造と生理機能

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 49 (1) 89-89 1994年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  32. 緑膿菌のイミペネム耐性の分子機構

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 48 (1) 122-122 1993年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  33. 緑膿菌ポーリン(protein D2)のクローン化とイミペネム耐性の分子

    米山 裕

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 21回 40-41 1992年8月

    出版者・発行元: 薬剤耐性菌研究会

    ISSN: 1347-8109

  34. 緑膿菌ポーリン蛋白質(protein D2)の構造と機能

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 47 (1) 154-154 1992年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  35. 緑膿菌のポーリン蛋白質(protein D2)遺伝子のクローニング

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 46 (1) 386-386 1991年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  36. 緑膿菌のアミノ糖抗生物質に対する耐性機構

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 45 (1) 376-376 1990年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  37. アミノ糖抗生物質の緑膿菌外膜傷害作用

    米山 裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集 昭和62年度 62-62 1987年3月

    出版者・発行元: (公社)日本農芸化学会

  38. 緑膿菌外膜の排除限界は分子量350以下190以上の糖質に等しい

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 41 (1) 221-221 1986年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

  39. 緑膿菌外膜の排除限界はショ糖(分子量342)より小さい

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 41 (1) 220-220 1986年1月

    出版者・発行元: 日本細菌学会

    ISSN: 0021-4930

    eISSN: 1882-4110

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講演・口頭発表等 40

  1. 大腸菌のアミノ酸飢餓および薬剤ストレス応答間の情報伝達クロストーク

    橋本美優, KIM Seryoung, 間世田英明, 安藤太助, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2019年

  2. 大腸菌のD-アラニン飢餓ストレス応答に及ぼす菌密度の影響

    山川雄大, 梅宮真知, 佐藤一樹, 大内寿一, 堀初弘, 安藤太助, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2019年

  3. 新規アラニン排出輸送体YtfFの膜貫通領域内荷電アミノ酸の役割

    勝部哲, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2018年

  4. 大腸菌のD-アラニン排出輸送体の同定

    酒井啓一郎, 勝部哲, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2018年

  5. 大腸菌のアラニン要求変異株に由来する薬剤耐性菌の出現頻度に及ぼす影響評価

    橋本美優, KIMU Seryoung, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2018年

  6. 大腸菌はL-アラニン排出輸送体AlaEと新規排出輸送体YtfFによってL-アラニンを排出する

    勝部哲, KIM Seryoung, 齊藤康平, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2017年

  7. 大腸菌のL-アラニン排出輸送体AlaEの構造と機能解析

    伊原航平, KIM Seryoung, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2017年

  8. 黄色ブドウ球菌の2つのアラニンラセマーゼ遺伝子欠損変異株の作製とその性状解析

    那須野俊, 米山竜太, 佐藤美佳, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本細菌学雑誌(Web) 2017年

  9. 新規感染症治療薬の探索 細菌の病原性を標的とする多剤排出ポンプを利用した新規スクリーニング系の構築

    米山 裕

    緑膿菌感染症研究会講演記録 2016年12月

  10. 細菌の病原性を標的とする多剤排出ポンプを利用した新規スクリーニング系の構築

    米山裕

    緑膿菌感染症研究会講演記録 2016年

  11. 鉄代謝系を標的とする薬剤のスクリーニング

    米山裕

    緑膿菌感染症研究会プログラム・抄録集 2016年

  12. 大腸菌の新規L-アラニン排出輸送体YtfFの機能解析

    勝部哲, 金世怜, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会東北支部大会プログラム・講演要旨集 2016年

  13. アミノ酸排出輸送体YtfFの基質排出メカニズムに関する研究

    勝部哲, KIM Seryoung, 齊藤康平, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2016年

  14. 大腸菌のL-アラニン排出輸送体AlaEはロイシン応答性調節タンパク質(Lrp)により制御される

    伊原航平, 勝部哲, 佐藤一樹, 堀初弘, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会大会講演要旨集(Web) 2016年

  15. 大腸菌はエネルギー依存的なD-アラニン排出システムをもつ

    勝部哲, 佐藤一樹, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会東北支部大会プログラム・講演要旨集 2016年

  16. 新規排出輸送体YtfFはβ/L-アラニン能動輸送体である

    勝部哲, 齊藤康平, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会東北支部大会プログラム・講演要旨集 2015年

  17. 大腸菌のL-アラニン排出輸送体AlaEの機能解析

    金世怜, 伊原航平, 勝部哲, 堀初弘, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    トランスポーター研究会年会抄録集 2015年

  18. 大腸菌の新規アミノ酸排出輸送体YtfFの生理的な基質の探索

    勝部哲, 金世怜, 齊藤康平, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    トランスポーター研究会年会抄録集 2015年

  19. L-Ala要求性大腸菌変異株に由来するサプレッサー変異の解析

    三嶋玄隆, 渡邊裕一, 内ヶ崎啓, 関翔太, 熊谷俊高, 町田雅之, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本農芸化学会東北支部大会プログラム・講演要旨集 2015年

  20. D-アラニン飢餓ストレスによる大腸菌の積極的細胞死

    米山裕, 梅宮真知, 佐藤一樹, 安藤太助, 磯貝恵美子

    日本畜産学会大会講演要旨 2015年

  21. 多剤排出ポンプを利用した新規標的に対する評価系の開発とスクリーニングの試み

    米山 裕, 佐藤 一樹, 潮田 兼一, 秋葉 敬斉, 安藤 太助, 磯貝 恵美子

    緑膿菌感染症研究会講演記録 2014年12月

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    緑膿菌の多剤排出ポンプMexAB-OprMの外膜サブユニットOprM欠損株(ΔOprM)は各種抗菌剤に高感受性を示した。このΔOprM株の鉄取り込み系構成因子のピオベルジン受容体遺伝子fpvA直下に野生型oprM遺伝子を挿入した組み換え株PAMO1を構築した。野生株、ΔOprM株、PAMO1株のアズトレオナムに対する感受性は、アズトレオナムのMICは鉄過剰条件下でそれぞれ4μg/ml、0.25μg/ml、0.25μg/ml、鉄欠乏条件下で4μg/ml、0.25μg/ml、2μg/mlであった。緑膿菌野生株の生育を抑制しないレベルのアズトレオナムと鉄キレーターのジピリジルを添加したミューラーヒントン培地に、PAMO1株を混在した新規スクリーニング系を構築して約3000種類の化合物ライブラリーをスクリーニングし、PAMO1の生育を抑制する一つの化合物を認め、野生株にてこの化合物の活性を評価し、ジピリジル存在の有無に関わらず、即ち鉄過剰・欠乏の両条件下で野生株の生育抑制を認めた。

  22. 緑膿菌の鉄獲得に関連したシグナル伝達系を標的とするリード化合物の探索

    米山 裕, 潮田 兼一, 磯貝 恵美子

    日本細菌学雑誌 2014年2月

  23. 大腸菌におけるD-アラニン排出システムの探索

    勝部哲, 佐藤一樹, 安藤太助, 磯貝恵美子, 米山裕

    日本生物工学会大会講演要旨集 2014年

  24. 多剤排出ポンプを利用した病原因子を標的とするモデル評価系の開発

    米山 裕, 秋葉 敬斉, 堀 初弘, 安藤 太助, 中江 太治, 磯貝 恵美子

    緑膿菌感染症研究会講演記録 2011年12月

    詳細を見る 詳細を閉じる

    緑膿菌の病原因子の分泌に関与する新規タンパク質分泌系であるTwin-Arginine translocation(Tat)系に注目し、緑膿菌の多剤排出ポンプ(MexAB-OprM)を構成する内膜サブユニットであるMexAをレポーターとして用いる新しい評価系の開発を試みた。Tat系のシグナル配列をもつキメラMexAは機能的な発現をし、Tat系に依存して内膜をトランスロケートすることが証明された。本評価系はTat系阻害剤の高感度かつ簡便なスクリーニング系であることが明らかとなった。

  25. 緑膿菌におけるDNA gyrase変異とMexABMポンプとの連携によるフルオロキノロン剤耐性

    中嶋 輝, 杉本 曜子, 米山 裕, 中江 太治

    日本細菌学雑誌 2001年2月

  26. 緑膿菌の薬剤排出ポンプMexE,F-OprNの機能解析

    間世田 英明, 米山 裕, 中江 太治

    日本農芸化学会誌 1999年3月

  27. 緑膿菌の薬剤排出ポンプの内膜サブユニットMexAのトポロジー解析

    米山 裕, 中江 太治

    日本農芸化学会誌 1999年3月

  28. 緑膿菌排出ポンプMexE,F-OprNの排出基質の同定とその基質認識に関わるサブユニットの決定

    間世田 英明, 米山 裕, 中江 太治

    日本細菌学雑誌 1999年2月

  29. 緑膿菌の薬剤排出ポンプMexBの膜上二次元構造

    官 蘭, 米山 裕, 中江 太治

    日本細菌学雑誌 1999年2月

  30. nalB変異型多剤耐性緑膿菌はmexRの変異のみに起因するのか?

    斉藤 孝二郎, 米山 裕, 中江 太治

    日本細菌学雑誌 1999年2月

  31. nalB変異型多剤耐性緑膿菌はmexRの変異のみに起因するのか?

    斉藤 孝二郎, 米山 裕, 中江 太治

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 1998年8月

  32. トランスポータ 緑膿菌の薬剤排出ポンプMexBの膜上二次元構造

    官 蘭, Ehrman Michael, 米山 裕, 中江 太治

    生化学 1998年8月

  33. 緑膿菌の薬剤排出ポンプのサブユニットMexAのトポロジー解析

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 1998年2月

  34. 緑膿菌外膜での各種抗生物質の透過経路

    中江 太治, 北原 尚志, 米山 裕

    緑膿菌感染症研究会講演記録 1997年12月

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    β-ラクタマーゼ遺伝子を有するプラスミドを導入した緑膿菌を用いて,イミペネムとセファロチンの透過速度を37℃及び17℃で測定し,それらの透過率を比較した.17℃の透過率を37℃の透過率で割った値(透過率比)はイミペネムでは1.0で,イミペネムの透過は検定温度に影響を受けないことが明らかとなった.これに対しセファロチンの透過率比は0.4で,17℃でのセファロチンの透過速度は37℃に比べて著しく低下することが明らかとなった.OprD欠損株におけるイミペネムの透過率比は0.2-0.4,セファロチンでは0.4-0.6であった.17℃でのテトラサイクリン,キノロン剤及びクロラムフェニコールの細胞内蓄積量は,37℃に比べてかなりゆっくりと上昇した.イミペネムは主としてOprDポーリンを介して透過することが既に明らかであるが,セファロチンと同様にテトラサイクリン,キノロン剤,クロラムフェニコールの抗生物質は脂質二重層を透過していると考えられた

  35. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するMexA,MexB及びOprM欠失変異株の薬剤感受性

    米山 裕, 後藤 直正, 西野 武志

    緑膿菌感染症研究会講演記録 1997年12月

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    緑膿菌における薬剤排出機構には,mexオペロンのコードする3種類のサブユニットタンパク質,MexA,MexB及びOprMが形成する複合体の関与が考えられている.サブユニットの一つのタンパク質のみを欠失した変異株,更に全ての組み合わせにおける二重及び三重欠失変異株を作成しそれらの変異株の薬剤感受性を調べた.サザンブロット解析及びウエスタンブロット解析により,変異株では標的サブユニットのみを欠失していることを確認した.OprM欠失を含む二重変異株及び三重変異株では,キノロン剤,クロラムフェニコール,及びゲンタマイシンに対する薬剤感受性が親株に比べて4-16倍高く,MexAないしMexB,又はその両方を欠失した変異株の薬剤感受性は親株の2-4倍であった.β-ラクタム剤に対してこれらの変異株は構造に依存して感受性が上昇していた.OprJによるOprM欠損の機能的な相補は部分的であった

  36. 緑膿菌の薬剤排出ポンプのサブユニットMexAのトポロジー解析

    米山 裕

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 1997年8月

  37. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するMexA,MexB及びOprM欠失変異株の薬剤感受性

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 1997年1月

  38. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するサブユニット欠損株の性状

    米山 裕

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 1996年8月

  39. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するMexA,MexB及びOprM欠失変異株の作成

    米山 裕

    薬剤耐性菌シンポジウム講演記録 1996年8月

  40. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するMexA及びMexB欠失変異株の薬剤感受性

    米山 裕

    日本細菌学雑誌 1996年1月

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共同研究・競争的資金等の研究課題 30

  1. 乳腺における免疫機能の包括的理解を目的とした形質細胞のクラスタリング

    野地 智法, 北澤 春樹, 米山 裕, 古川 睦実, 戸村 道夫, 楠本 豊

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関:Tohoku University

    2022年4月1日 ~ 2026年3月31日

  2. 生理活性ペプチドおよび抗菌タンパク質を用いた家畜感染症に対する新規防除戦略の構築

    米山 裕, 伊藤 幸博, 榎本 賢

    2022年4月1日 ~ 2025年3月31日

  3. 暑熱ニワトリの摂食低下機構の解明:腸管バリア機能破綻を起点とした脳摂食抑制の検証

    喜久里 基, 村井 篤嗣, 橘 哲也, 米山 裕, 小島 創一

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2020年4月1日 ~ 2023年3月31日

  4. 抗菌タンパク質・ペプチドを用いた家畜感染症の新規防除戦略の開発を目指した基盤研究

    米山 裕, 野地 智法, 伊藤 幸博, 榎本 賢

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2019年4月1日 ~ 2022年3月31日

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    家畜生産現場で頻発する牛乳房炎は罹患しやすく極めて治りにくい疾病のため世界的に家畜の最難治疾病の一つとされ、その経済的損失は甚大である。乳房炎の治療法として抗生物質投与が一般的であるが、起因菌の中でも黄色ブドウ球菌は抗生物質投与によって一旦治癒しても再発を繰り返し根治することが困難である。一方、近代の集約的家畜生産システムは治療とは別に飼料に低濃度添加する抗生物質に依存しており、それが選択圧として作用し薬剤耐性菌出現の温床となりうることから公衆衛生上大きな問題となっている。本研究では抗生物質に代わる家畜感染症の新規防除戦略の開発を目指し、2つの研究課題に取り組み以下の結果を得た。1)ランダムな7ペプチドからなるファージライブラリーを用い前年度に選抜した候補ヘプタペプチドは標的である黄色ブドウ球菌に対する特異性が期待するほど高くないことが分かった。そこで、ランダムな12ペプチドファージライブラリーを用い、パニング操作条件を検討し選抜した結果、標的としたSA5株への結合能が高い候補ドデカペプチド3種類の取得に成功した。2)昨年度取得したイネのRAmy3A分泌シグナルを付加した組換え型遺伝子を導入した再分化個体の破砕試料のタンパク質レベルでのリゾスタフィン発現を評価したが検出することはできなかったので、イネRAmy3D分泌シグナルを用いた組換え型遺伝子を導入したイネを取得した。3)この形質転換イネでのリゾスタフィン発現をウェスタンブロット解析した結果、カルス破砕試料中にリゾスタフィンタンパク質の発現が認められた。4)リゾスタフィンの安定性に及ぼす宿主であるイネ(日本晴)培養液の影響を検証するために、市販リゾスタフィンと日本晴植え継ぎ12日後の培養液を混合し28℃、3日間保温した結果、リゾスタフィンの分解が認められ、リゾスタフィン不安定化の要因としてプロテアーゼの関与が示唆された。

  5. 抗生物質使用量削減と耐性菌出現リスク低減を意図した天然物由来ミサイル抗菌剤の開発

    榎本 賢, 米山 裕

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2019年4月1日 ~ 2022年3月31日

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    薬剤耐性菌発生の主要因として抗生物質の過剰使用が挙げられる。抗生物質の使用対象でもっとも多いのはヒトではなく家畜であり,その用途は治療目的のみにとどまらず,健康な家畜の生育促進を目的とした飼料添加にまで及ぶ。これにより,畜産現場では抗生物質が過剰に使用され,薬剤耐性菌発生の温床になっている。飼料添加剤としてもっとも汎用される抗生物質の1つがmonensinである。このものを特定の病原菌に特異的に輸送することができれば,他の菌に対する選択圧を下げることができるので,薬剤耐性菌発生リスクの低減が期待できる。そこで,本研究では,家畜感染症起因菌としてもっとも代表的な黄色ブドウ球菌に特異的なペプチドをmonensinを連結することで,薬剤耐性菌出現リスクの低い,新規抗菌剤の開発を目指した。 黄色ブドウ球菌を特異的に認識するペプチドについては,共同研究者が見出した候補配列を使用することにし,固相法によってその合成を完了した。 一方,monensinの変換については,既知の構造活性相関を参考に26位ヒドロキシ基をカルボン酸誘導体に変換し,この部位を足がかりにペプチドと連結することにした。市販のmonensinナトリウム塩を出発原料に,10工程の変換で末端アルキン部位を有するmonensin誘導体を取得した。 また,本コンセプトへの応用を念頭に入れ,hetiamacin等のいくつかの生物活性天然物の合成研究も進めた。

  6. 生体イメージングを駆使した生殖サイクル特有の免疫微生物ダイナミクスの完全解明

    野地 智法, 北澤 春樹, 米山 裕, 戸村 道夫, 楠本 豊, 守屋 大樹, 麻生 久, 渡邊 康一

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関:Tohoku University

    2018年4月1日 ~ 2022年3月31日

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    授乳期の乳腺に遊走する免疫細胞(特にIgA産生細胞)の由来を特定すべく、T細胞およびB細胞を欠く免疫不全マウス(SCID)マウスの授乳期の乳腺に、野生型マウスのパイエル板、鼠経リンパ節もしくは腸間膜リンパ節より単離した免疫細胞を移入し、その後の移入細胞の乳腺への遊走を評価した。その結果、パイエル板由来の免疫細胞をSCIDマウスに移入した場合に限り、乳腺でのIgA産生が認められ、パイエル板が乳腺免疫の発達に極めて重要な臓器であることが示された(結果1)。免疫細胞が乳腺に遊走する際には、授乳期の乳腺から高産生されるCCL28を介した細胞遊走メカニズムが欠かせない。CCL28の受容体はCCR10であり、CCR10欠損マウスの乳腺にはIgA産生が認められないことから、パイエル板より乳腺に遊走するIgA産生細胞は、パイエル板でCCR10発現を獲得していると推測される。そこで、CCR10+/+マウスおよびCCR10-/-マウスのパイエル板より、免疫細胞をそれぞれ単離し、それらを授乳期のSCIDマウスに移入した結果、CCR10+/+マウスをドナーとした場合に限り、乳腺でのIgA産生が確認された。このことは、乳腺免疫の発達に、パイエル板でのCCR10発現が重要であることを示していた(結果2)。これまでの実験は、細胞供給用のマウス(ドナー)と移入用の免疫不全マウス(レシピエント)からなる、異なる系統のマウスを用いた細胞移入試験であったが、乳腺への免疫細胞遊走を同一個体で明らかにすべく、光変換タンパク質であるKikGR発現マウスのパイエル板に紫外線を照射した結果、パイエル板でKikune-Green(緑色)からKikune-Red(赤色)に光変換した赤色を呈するIgA産生細胞が、乳腺で検出された。本結果は、パイエル板から乳腺への細胞遊走を、同一個体で実証した世界初の研究成果であった(結果3)。

  7. 昆虫由来抗菌ペプチドを用いた新規乳房炎防除法の開発を目指した基盤研究

    米山 裕, 安藤 太助

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究種目:Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究機関:Tohoku University

    2019年6月28日 ~ 2021年3月31日

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    家畜生産のために使用される抗生物質の量は人の医療用としての用途よりも多く、この過剰な家畜への抗生物質の使用は薬剤耐性菌出現の温床となることから、その使用量の低減化は畜産業の持続的な発展のみならず、人類社会のために解決しなければならない喫緊の課題である。本研究では、酪農現場で最も経済的損失の大きい乳房炎の新規防除法の開発を目指し、既存の抗生物質に比べ耐性菌出現頻度の非常に低い抗菌ペプチドに注目し、中でもメチシリン耐性黄色ブドウ球菌に有効なマダニ由来抗菌ペプチドの微生物を宿主とした高発現系の構築を初年度に実施した。マダニペプチドpersulcatusinの野生型遺伝子を、タバコエッチウイルスのプロテアーゼTEVの基質認識配列をコードするDNA配列を介してマウスのカルモデュリン遺伝子と融合させたキメラ遺伝子を構築し、この組換え型遺伝子を組み込んだ高発現ベクターを大腸菌に導入した形質転換体の作出に成功した。次いで、融合タンパク質の発現誘導を行った後、細胞を破砕して得た可溶性画分のタンパク質試料をSDS-PAGE電気泳動解析した結果、予想される分子量(24.4 kDa)に相当するタンパク質の高発現が認められた。その後、Ni-NTAレジンを用いたアフィニティー精製を行った結果、一段階の精製ステップで融合タンパク質の部分精製に成功した。さらに、取得した部分精製サンプルをTEVプロテアーゼ処理したところ、基質認識部位の切断は未だ不十分であったが、電気泳動解析の結果、persulcatusinの分子量に相当する4,200 Daのペプチドが遊離していることが明らかとなった。

  8. 乳腸相関の実態解明と腸管から乳腺への遠隔制御技術の確立

    野地 智法, 菅原 準一, 米山 裕, 北澤 春樹, 麻生 久, 渡邊 康一

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究種目:Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    研究機関:Tohoku University

    2017年6月30日 ~ 2020年3月31日

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    本研究を通して、ヒトやウシ、マウスといった哺乳動物の乳汁中には、多種の細菌からなる微生物環境が形成されていることが示された。また、その微生物環境は動物種によって大きく異なっていた。研究者らは、これらの微生物環境は、特に、授乳期の母子免疫に大きな影響を与えることを明らかにしているが、妊娠期および授乳期の乳酸菌(CRL1505株)投与による乳腺免疫の賦活化効果は実証されなかった。抗生物質を用いた微生物攪乱により、母子移行免疫が疲弊する事実を考慮すると、本研究で得られた成果は、乳汁IgA産生を促す、特に腸内に生息する微生物の存在を強く示唆するものであった。

  9. 有機酸生産の効率化へ向けた有機酸排出トランスポーターの構造と機能の解析

    七谷 圭, 米山 裕, 石谷 隆一朗

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tohoku University

    2016年4月1日 ~ 2019年3月31日

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    有機酸の菌体外への排出強化による微生物を用いた有機酸生産の効率化を最終目標とした。本研究では、有機酸排出トランスポーターの構造と機能メカニズムに明らかにするため、構造解析ならびに生化学的解析を実施した。はじめに、有機酸排出トランスポーターの結晶構造解析に向けて、有機酸トランスポーターとそのホモログ遺伝子を好熱菌等からクローニングした。各ホモログについて大腸菌を用いた発現と熱安定性の解析を実施した。発現に成功したホモログについて、精製系を構築し、精製タンパク質を用いて、タンパク質の結晶化スクリーニングを実施した。その結果、微細な結晶を得ることに成功した。

  10. トランスポゾン挿入黄色ブドウ球菌ライブラリーを用いた新規乳房炎予防治療戦略の構築

    米山 裕, 野地 智法, 秦 英司, 林 智人

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関:Tohoku University

    2015年4月1日 ~ 2018年3月31日

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    畜産領域で経済的損失の甚大なウシ乳房炎の予防・治療戦略の構築は喫緊の課題である。乳房炎起因菌の中でも黄色ブドウ球菌は根治が困難であることからその対策が求められている。そこで、これまで欠けていたウシ乳房炎由来黄色ブドウ球菌の基礎微生物学的研究を行うため、ウシ由来株におけるトランスポゾン挿入変異ライブラリーを構築するための条件検討を行い、頻度は低いがトランスポゾンがウシ乳房炎由来株のゲノムに転移していることを検証した。また、ヒト由来株を対象とした先行研究から本菌の病原因子であるsortaseに注目し、ウシ由来株のsortaseを相同組み換えで破壊したアイソジェニック変異株の構築に成功した。

  11. 多剤耐性菌出現頻度の低減化を目指したストレス誘導性突然変異の分子メカニズムの解明

    米山 裕

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究種目:Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    研究機関:Tohoku University

    2012年4月1日 ~ 2015年3月31日

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    アラニン(Ala)要求性大腸菌変異株を100~0.1 ug/mlのAla添加最少培地で培養し対数後期に達した細胞集団に占めるAla非要求性サプレッサー変異株の割合を調べた結果、サプレッサーの出現頻度は添加したAla量に依存して低下した。また、培養開始後経時的にサプレッサーの出現をモニターした結果、培養開始約30時間後からサプレッサーの出現が観察された。以上より、Ala飢餓ストレスを感知した細胞が、未知のシグナル伝達系を介して細胞内の代謝変化を起こた結果、突然変異が蓄積し最終的にAla飢餓環境下で選択されることによってサプレッサー変異株が出現したものと考えられた。

  12. 抗緑膿菌活性を有する新規抗菌剤の開発

    米山 裕

    2012年 ~ 2013年

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    本研究において、緑膿菌の鉄欠乏条件に応答するシグナル伝達系を標的とした新規リード化合物を探索するためのスクリーニング系の開発に成功したことを検証し、実際に化合物ライブラリー約3,000種類をスクリーニングした。その結果、一つのヒット化合物を見いだした。本スクリーニング系は緑膿菌の鉄獲得に関連したシグナル伝達系を遮断する化合物に加え、レポーターとして用いた本菌のMexAB-OprM多剤排出ポンプ阻害剤も原理的に評価の対象となる。そこで、ヒットした化合物の活性を詳細に検討したところ、本化合物の標的はMexAB-OprMポンプであることが明らかとなった。今後はより広範な化合物ライブラリーのスクリーニングに向け外部研究機関との連携を模索し、多剤排出ポンプ阻害剤も含め新規な活性化合物の探索を進めて行く予定である。

  13. 次世代型L-アラニン発酵生産を目指したL-アラニン排出輸送体の発現制御機構の解明

    米山 裕

    2011年 ~ 2012年

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    本研究はL-Alaの発酵生産の促進を目指し、大腸菌の新規なL-Ala排出輸送体YgaWの発現制御機構の詳細を解明することを目的としている。本研究においてygaW遺伝子上流域に存在すると考えられる制御領域を同定するためにβ-ガラクトシダーゼを利用したレポーターアッセイ系を構築し評価した結果、ygaW遺伝子の開始コドンより180 bp~240 bp上流に制御因子の結合部位と考えられるシスエレメントが存在することが明らかとなった。さらに、大腸菌のグローバルレギュレーターに注目しygaW遺伝子の発現におよぼす影響を検討した結果、ygaW遺伝子の発現が一つの因子の欠損によって上昇したことから、ygaW遺伝子の発現はこの因子によって負の制御を受けることが明らかとなった。

  14. 緑膿菌の多剤排出ポンプを利用した新規標的に対する抗菌剤のスクリーニング系の開発

    米山 裕

    2008年 ~ 2010年

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    近年、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌、多剤耐性緑膿菌に加え、多剤耐性アシネトバクターやNDM-1産生型の多剤耐性腸内細菌が出現し社会衛生上大きな問題となっている。これらの多剤耐性菌による感染症の脅威に対抗するためには新規抗菌剤の継続的な研究開発が求められている。本研究では、最近見いだされた細菌界に広く保存されているが、動物細胞にはない新規なタンパク分泌系であるTAT系を標的とするハイスループットスクリーニング系を構築するために、緑膿菌の多剤排出ポンプ(MexAB-OprM)の機能をレポーターとする新規な評価系を構築した。ジェネラルなタンパク分泌系であるSec系を介して分泌されるポンプのサブユニットであるMexAのシグナル配列を、TAT系を介して分泌される緑膿菌の病原因子であるホスホリパーゼ(PlcH)のシグナル配列と交換したキメラmexA遺伝子を構築して、染色体上のmexA遺伝子が欠損した宿主細胞に導入した。宿主はポンプが機能しないため指標薬剤であるアズトレオナム(AZT)に高感受性を示すが、キメラmexAをもつ形質転換体はAZTに対し、野生株レベルの耐性度を獲得した。さらに、このキメラmexAの機能的発現がTAT系に依存するか否か評価するために、mexA欠損株にTAT系のコンポーネントであるtatC遺伝子の破壊を導入した二重変異株を作製した。この二重変異株にキメラmexAを導入した形質転換体のAZTに対する感受性はmexA欠損株と同様高感受性であり耐性度が回復しないことから、レポーターとして用いたMexAB-OprMポンプの機能発現がTAT系に完全に依存することが明らかとなった。以上より、本研究で構築した評価系は新規標的であるTAT分泌系に対するハイスループットスクリーニング系として機能することが明らかとなった。

  15. 緑膿菌の新規タンパク質分泌系を標的とした抗菌剤のスクリーニング系の開発

    米山 裕

    2009年 ~ 2009年

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    メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)や多剤耐性緑膿菌等の出現による細菌感染症の脅威に対抗するためには、新規骨格を有する抗菌剤及び新規標的を狙った新薬の研究開発が喫緊の課題である。最近、緑膿菌の病原因子の機能発現に、普遍的なタンパク質分泌系とは異なる分泌系が関わることが明らかとなった。本研究では、この新しい分泌系を標的とした従来の評価系とは異なる抗菌剤の新規スクリーニング系の開発を行う。

  16. 異物薬物排出ポンプの構造機能と多剤耐性

    中江 太治, 成田 新一郎, 米山 裕, 良原 栄策

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tokai University

    2000年 ~ 2002年

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    院内感染の主要な起因菌である緑膿菌は複数の抗生物質に対し耐性を示す。その主たる原因はこの菌がMexAB-OprMなどの抗生物質排出蛋白を発現することにある。この問題を解決に向けた年度内の研究から得られた成果は主として次のような事柄である。1、MexAB-OprMポンプのMexA及びOprMサブユニットの膜トポロジーを決定する実験を行った。その結果、MexAは内膜に結合したリポプロテインで蛋白部分はペリプラズムに露出しているという結果を得た,またOprMは外膜に脂肪酸で結合し,蛋白部分はペリプラズムに露出しているものと結論した。2、MexBサブユニットの膜貫通領域(TMS)に存在する荷電を有するアミノ酸の役割を場所特異的変異を挿入することによって解析した。その結果TMS-4のAsp407,Asp408とTMS-10のLys939の間でイオン結合をし、一方のAspにプロトンが結合してエネルギー変換をしているものと解釈できた。3、MexAB-OprMの発現制御を調べるために,制御因子であるMexRとMexOP-DNAの結合実験を行った。その結果MexRはmexRとmexAの間のMexR寄りに結合しmexRとmexAB-oprMの転写を同時に制御していることが明らかとなった。4、MexEF-OprNポンプの集合体形成の機序を解析した。その結果、トランスポート機能を有したMexFが存在することによってMexEの部分分解が起きその部分分解が起きたMexEの存在下においてOprNがアッセンブルされることが明らかとなった。5、MexB/MexYトランスポーターの基質認識部位を決定する実験をこれらの蛋白のドメインを交換することによって行った。その結果これらのトランスポーターは内膜からペリプラズムに突出した大きなドメインで基質認識をしておりTMS領域は直接関係がないという結果を得た。これによって今まで知られていない新しい能動輸送のモデルが構築できた。

  17. 緑膿菌の薬剤排出Mexポンプの基質認識ユニットMexA/MexBの機能解析

    米山 裕

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    1999年 ~ 2000年

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    日和見感染症の主要起因菌である緑膿菌の薬剤耐性の主な原因としてエネルギー依存性薬剤排出ポンプ(MexA、B-OprM)が関与していることが最近明らかとなった。さらにMexA、B-OprMポンプと相同性のあるMexC、D-OprJポンプとのキメラポンプを細胞内で発現させた解析から内膜タンパクであるMexAとMexBが複合体を形成し基質認識ユニットとして機能していることが示唆された。そこで本研究では基質認識ユニットを構成するMexAとMexBの膜トポロジーを解析すると共に、ポンプ本体と考えられているMexBの機能欠失変異体の分離を試みた結果以下のことが明らかとなった。(1)MexAは24番目のシステインがリピド修飾を受けこのリピドによって内膜にアンカリングしている。そしてこのシステイン残基以降の領域はペリプラズムに局在している。(2)MexAのペリプラズムに局在している領域が機能上重要であり内膜へのアンカリングは機能上必須ではない。(3)MexBは内膜を12回貫通する膜タンパクであり、約300アミノ酸からなる第1および第4ループはペリプラズムに局在している。(4)ランダム変異導入法により得られたMexBの変異部位は分子全体(第2細胞質ループ、第3、第4、および第10膜貫通領域、そして第1及び第4ペリプラズミムループ)に散在していた。(5)MexBの第10膜貫通領域に変異を持つmexBに対するサプレッサーを選択して得られた6クローンのサプレッサー変異はすべて第4膜貫通領域の同じアミノ酸変異であった。以上よりMexBの第4および第10膜貫通領域は膜内において互いに隣接してパッキングしていることが示唆された。また、MexBの第1および第4ペリプラズムループとMexAが相互作用をして基質認識ユニットを形成している可能性が示唆された。

  18. 抗生物質に特異性を有する透過チャンネルの原子構造と機能

    中江 太治, 米山 裕, 良原 栄策, GABRIEL Rumm, TILMAN Schir, JURG P Rosen

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B).

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B).

    研究機関:Tokai University

    1998年 ~ 1999年

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    平成10年度は、膜蛋白の結晶化の基本を習得すべく、東海大学側の研究者がバーゼル大学へ行って実験を行った。一通りの結晶化の技術は身につけた。また、東海大学にX-線の結晶解析機を設置する為、バーゼル大学の研究者が東海大学を訪れ、セットアップの手伝い及びX-線結晶解析法の手ほどきを行った。平成11年度は得られた結晶のデータコレクションを行う為、東海大学の研究者がバーゼル大学へ行き、共同でデータコレクションを行った。実験結果は下記のごとくである。 (i)MexAサブユニットは内膜に結合したサブユニットであるので、昨年までは界面活性剤の存在下に結晶化を進めてきた。今年度は遺伝子を操作することによって、N-末端のシステインを別のアミノ酸に置換し、修飾している脂肪酸を外して水溶性蛋白とした。これを界面活性剤なしの条件下に結晶化したところ、約3.8オングストロームの解像度を得た。 (ii)OprMサブユニットは外膜に結合した蛋白であるが、これはOctylhydroxyethyl sulfoxide、LiCl、ポリエチレングリコール2000の存在下に結晶化に成功した。現在の解像度は約4.5オングストローム程度である。 (iii)ポンプの本体であるMexBの構造は遺伝子上でアルカリフォスフォターゼ遺伝子を融合させる手法を取り、その膜トポロジーを決定した。その結果、MexBは内膜を12回貫通する型の輸送蛋白であることが明らかとなった。また、内膜の外側にアミノ酸311ヶおよび314ヶから成る大きなドメインを有することが明らかとなった。

  19. 緑膿菌の薬剤排出による多剤耐性

    仲江 太治, 米山 裕, 良原 栄策

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tokai University

    1997年 ~ 1999年

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    緑膿菌の多剤交叉耐性の問題を解決すべく、薬剤排出ポンプ及びそれに関わる研究を行った。 (i)MexA、B-OprMポンプの各サブユニットの役割を明らかとすべく、遺伝子置換法によって各々のサブユニット遺伝子を壊した。その結果、変異菌は野生株に比べ約8倍ほど薬剤に高い感受性を示した。中でもOprM変異菌が最も感受性が高かった。 (ii)ポンプの機能を短時間に定量的に測定するための蛍光プローブの排出を測定する方法を開発した。蛍光プローブは野生株、nalB株では効率良く排出された為、細胞内蓄積がほとんど測定できなかったが、上に書いたポンプサブユニットを欠損した株では蛍光物質の細胞内蓄積が測定でき、それに要する時間は5-10分程度であった。 (iii)緑膿菌はMexA、B-OprMの他にMexC、D-OprJポンプの遺伝子を有する。そこでこれらのポンプサブユニットは相互に交換可能であるかどうかの実験を操作することによって行った。その結果、内膜成分であるMexA、BもしくはMexC、Dはそれらのサブユニットを取り替えることはできず、これらは機能単位として存在しなければポンプ機能が損なわれることが明らかとなった。一方、OprMとOprJは相互に置換可能であることが明らかとなり、雑種サブユニットから成るポンプが働いている可能性が示された。 (iv)ポンプの本体であるMexB蛋白の膜上トポロジーと明らかとすべく、C-末端をいろいろな長さに欠損したMexB遺伝子に、アルカリフォスファターゼ遺伝子を融合し、雑種蛋白を発現させた。その蛋白のアルカリフォスフォターゼ活性からMexBのトポロジーが明らかとなった。それによるとMexBは膜を12回貫通する型の輸送蛋白で、2つの大きなペリプラズムドメインを有することが明らかとなった。

  20. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成する内膜タンパク質MexAのトポロジーと機能

    米山 裕

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    研究機関:Tokai University

    1997年 ~ 1998年

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    日和見感染症の主要起因菌である緑膿菌は各種薬剤に対して自然耐性および高度多剤耐性を示すため問題となっている。最近本菌のこれらの耐性に染色体上のmexオペロン(mexA-mexB-OprM)にコードされている薬剤排出ポンプ(MexAB-OprMポンプ)が深く関与していることが明らかとなった。本研究ではMexAB-OprMポンプの薬剤排出メカニズムを理解する第一歩として、本ポンプを構成する各サブユニットの欠失変異株を作成し、薬剤感受性に及ぼす影響を検討した。さらに、ポンプ本体であるMexBと外膜チャネルタンパクであるOprMを連結していると考えられている内膜タンパクMexAに焦点を合わせ、MexAの膜トポロジーと内膜局在性について、β-ラクタマーゼをマーカーとした遺伝子融合法を用いて解析した。その結果、78クローンのin-frame融合遺伝子を得た。こららのクローンを持つ全ての形質転換体はアンピシリンに耐性であった。また、MexAはそのN末端側にリポプロテインの共通配列(LSGC)を持っておりこのシステインがアシル修飾を受けていると考えられている。そこでMexAが本当にリピドによる修飾を受けるか否かを、[^3H]-パルミチン酸のMexAへの取り込みを抗MexA抗体を用いた免疫沈降法で調べることによって検討した。その結果、MexAはリポタンパクの共通配列内の24番目のシステインがリピドによる修飾を受け、それ以降の領域はすべてペリプラズム内に露出していることが明らかとなった。

  21. 緑膿菌の薬剤排出ポンプを構成するサブユニット間のトポロジー

    米山 裕

    1996年 ~ 1996年

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    緑膿菌の多剤耐性に関わっている薬剤排出ポンプはmexオペロン(mexA-mexB-oprM)にコードされており、これら三種類の膜タンパク質が複合体を形成し薬剤を細胞質から外界へ直接排出するというモデルが提唱されている。筆者はこのMexポンプの薬剤排出機構を分子レベルで理解するために、本研究においてこれらのサブユニットに対する抗体を作成し、遺伝子置換法を用いて各サブユニットのみを欠失した変異株、さらにすべての組み合わせにおける二重及び三重変異株を作成した。そしてこれらの各サブユニットの役割を明らかにするために、各変異株に対する各種薬剤の感受性を検討した。その結果、(1)キノロン剤、クロラムフェニコール、テトラサイクリン、ゲンタミシンに対し、ΔA、ΔB、ΔAB変異株は親株より2-4倍感受性が上がった。一方、ΔM、ΔAM、ΔBM、ΔABM変異株は親株より4-16倍感受性が上がった。(2)β-ラクタム剤に対してはすべての変異株で感受性が上がったが、ΔA、ΔB、ΔAB変異株に比べΔM、ΔAM、ΔBM、ΔABM変異株でわずかに高感受性化していた。またこの感受性の上昇の程度はβ-ラクタム剤の構造に依存していた。 以上より、三種類のサブユニットが強固な複合体を形成してMexポンプが機能するというモデルではこれらの結果を説明することは困難であり、むしろMexポンプはMexA/MexB複合体とOprMが独立した機能ユニットとして働くことが示唆された。そしてMexポンプの薬剤排出機構として、細胞質からペリプラズムに薬剤が一旦排出されその後外界へ排出されるという2-ステップメカニズムが示唆された。

  22. 緑膿菌の抗生物質排出ポンプの遺伝子発現と蛋白質解析

    中江 太治, 米山 裕

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tokai University School of Medicine

    1995年 ~ 1996年

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    免疫力の低下した患者に感染を起こす緑膿菌は多くの異なった抗生物質に対して耐性である。そのメカニズムの一つとして最近、特に重視されているのは緑膿菌における薬剤の低い透過性と細胞内に達した薬剤の能動的排出の連係作用である。我々は既に緑膿菌の排出ポンプをコードするmexA-mexB-oprM遺伝子をクローン化することに成功している。そこでこのクローンmexA-mexB-oprMの遺伝子の一部をプローブとして種々の緑膿菌においてこの耐性遺伝子がどのように発現されているかをノーザンプロット法を用いたmRNAの検定及び電気泳動による膜蛋白の検出を行った。その結果次のようなことが明らかとなった。(1)我々が最初に分離した薬剤排出の亢進した菌TNPO51/O58、ロ-ザン大学で分離されたnalB変異株など多剤耐性株ではいずれもmexオペロンの発現が亢進していた。(2)ノルフロキサシン耐性菌として分離されたnfxB及びnfxC株ではいずれもmexオペロンの発現は低かった。(3)野性株においてもある程度のmexオペロンの発現が見出された。次に光感応性を有するフルオロキノン剤を用いてキノロン剤を認識して排出する膜蛋白を特定化する実験を行った。その結果mex蛋白よりも強く反応する膜蛋白があることが明らかとなった。更に動物細胞のMDR阻害剤がMexポンプを阻害するか否かの実験を行ったところReserpineなどが部分的に阻害することが明らかとなった。

  23. 緑膿菌外膜の孔形成タンパク質(Protein C)の構造と生理機能

    米山 裕

    1994年 ~ 1994年

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    緑膿菌外膜の透過孔形成蛋白質(ポーリン)の一つであるprotein Cは、グラム陰性菌のポーリンの中で最も大きく(分子量約7万)、透過孔形成以外の機能を有している可能性があり興味が持たれる蛋白質である。本研究において、protein Cの構造と機能を明らかにするために、protein C遺伝子をクローン化しその塩基配列を解析した結果、以下のことが明らかとなった。 1.proteinC遺伝子は2,169塩基対のオープンリーディングフレームよりなり723アミノ酸をコードしている。 2.精製したprotein CのN末端配列を決定した結果、成熟protein Cは668アミノ酸(分子量73,372)よりなっている。 3.類縁菌であるP.stuszeriのN_2O呼吸に関与する外膜蛋白質NosA(銅結合蛋白)と高い相同性(65%)があった。 4.protein Cは銅に対し高い親和性があった(kd=2.6μM)。 5.protein Cの発現は培地中の銅イオンにより抑制され、硝酸塩を電子受容体とした嫌気培養条件下で脱抑制された。 6.ホモロジー検索の結果見い出されたprotein Cとホモロジーのある蛋白質は、グラム陰性菌外膜のイオン透過に関与している一群のTonB依存性蛋白質(FepA,PfeA,Cir,FhuE,BtuB)であった。 以上より、protein Cは緑膿菌のN_2O呼吸系に関与するチャネル蛋白質である可能性が示唆され、さらにprotein Cは未同定のTonB様蛋白によってその機能が修飾されている可能性が考えられた。

  24. イミペネムに特異的な透過孔を形成する緑膿菌ポーリンOprD2の透過特性

    中江 太治, 石井 純子, 米山 裕, 良原 栄策

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)

    研究機関:Tokai University School of Medicine

    1993年 ~ 1994年

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    緑膿菌は多くの抗生物質に耐性を示すことから病院内感染起因菌として問題である。しかしながら近年開発されたカルバペネム系(β-ラクタム剤)の薬剤は強い抗緑膿菌活性を示す。ところが間もなくイミペネム耐性菌が出現するようになった。イミペネム耐性菌の多くは外膜ポーリンprotein D2(D2)が欠損していることからD2はイミペネムの透過経路を形成していると考えられた。そこで本研究では緑膿菌外膜蛋白D2の透過特異性の研究を中心として緑膿菌における薬剤耐性の研究をし、その理解を助けると共に新しい薬剤開発に寄与することを目的とした。先ず取り組んだ研究はD2を平面脂質二重膜(黒膜)に組み込みD2を介しての単一チャンネル伝導度を計測することであった。この検定系を用いてD2とイミペネムの特異的会合を単分子レベルで明らかにしようとした。高度に純化されたD2を平面脂質膜の層に添加すると0.1M Nacl溶液中で約100pSの電気伝導度を示し、チャンネルは開閉を繰り返す。そこでこの状態の膜にイミペネムを添加すると、イミペネムの濃度が0.7mMより高くなるにつれてD2チャンネルの開の頻度が減少し、またチャンネル伝導度が低下することが明らかとなった。約4mMのイミペネムではD2チャンネルはほぼ完全に近く閉じた。このことはイミペネムがproteinD2チャンネルと結合したことを示すものである。同様の実験を別のカルバペネムであるDX8739を用いて行ったところDX8739はイミペネムよりもさらに低い濃度(1mM)でprotein D2チャンネルを閉じさせることが明らかとなった。これらの結果はカルバペネム抗生物質がproteinD2チャンネルと特異的に結合してこのチャンネルを介して細胞内に透過することを単分子レベルで証明したことになる。これで研究計画に記した実験は完全に成功を納めたことになる。

  25. ポーリンチャネルの開閉調節の分子的及び構造的機構

    良原 栄策, 米山 裕

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)

    研究種目:Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)

    研究機関:Tokai University

    1993年 ~ 1994年

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    緑膿菌は日和見感染症の主要起因菌である。緑膿菌は多くの抗生物質に自然耐性を示す。その原因の一つは外膜の障壁性に由来し、それは外膜の透過孔が小さいからである。報告者は外膜蛋白のうちでproteinC,D2,E1がポーリンであることを発見し、これらポーリンの透過孔は小さいことを明らかにしてきた。一方カルバペネム系薬剤のイミペネムは高い抗緑膿菌活性を示す。ところがイミペネムに耐性な菌が出現するようになり、その多くはproteinD2が欠損していた。そしてproteinD2にはイミペネム及び塩基性アミノ酸の結合サイトがあると報告された。そこでproteinD2の構造と機能を明らかにする目的で研究を行った。そしてproteinD2は孔形成ドメインとゲート形成ドメインからなり、物質透過の調節を行うチャンネルであることを発見した。そこで報告者はproteinD2のゲート開閉調節因子を調べた。proteinD2のゲートドメインにはCa^<2+>結合蛋白にあるCa^<2+>結合サイトと相同な配列のあることがわかった。そこでproteinD2にCa^<2+>を加えると蛋白の蛍光が変化し、Ca^<2+>の結合が示された。次にCa^<2+>を加えるとproteinD2のポーリン活性が増加した。しかしゲートを分解するとCa^<2+>による活性化は見られなくなった。これはCa^<2+>がゲートドメインに結合し活性化する調節因子であることを示す。次にprotein D2はペプチドを分解しアミノ酸を取り込むためのプロテアーゼ活性をもつのではないかと報告者は考えた。そして以下の結果を得た。(1)proteinD2にペプチド基質を加えると、基質の分解が見られた。(2)セリンプロテアーゼの特異的阻害剤であるDFPの処理により、分解反応は阻害された。(3)[^3H]で標識されたDFPは特異的にproteinD2を標識した。以上の結果はproteinD2そのものがプロテアーゼ活性をもつことを示す。これまでに知られているチャンネル蛋白の中でプロテアーゼ活性をもったチャンネル蛋白の存在を示したこの発見はチャンネル蛋白研究に新たな境地と開くと考えられる。

  26. 緑膿菌のイミペネムに対する耐性の分子機構

    米山 裕

    1993年 ~ 1993年

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    抗緑膿菌活性の強いイミペネムの場合も他剤と同様、臨床的に使用されるのに伴いイミペネム耐性緑膿菌が出現してきた。本研究において筆者は、この緑膿菌のイミペネムに対する耐性機構を分子レベルで解明するために、イミペネム耐性菌のprotein D2遺伝子をクローン化しその構造解析を詳細に行った。その結果、以下のことが明らかとなった。 1.イミペネム耐性菌より得たprotein D2遺伝子の制限酵素地図を作製したところ、地図上では欠失の認められない耐性遺伝子(クローン1)と、約1.2キロ塩基対の欠失のある耐性遺伝子(クローン2)が見い出された。 2.この二つの耐性遺伝子の塩基配列を決定した結果、クローン1では、翻訳開始コドンの下流395から405塩基までの11塩基対の欠失が認められた。一方、クローン2では翻訳開始コドンの上流-519から685塩基までの約1.2キロ塩基対の欠失があった。 3.これらの耐性菌でのmRNAの発現をノザンブロット法にて調べた結果、クローン1では野生型のクローンと同じ約1.5キロ塩基のmRNAが認められたが、プロモーターの上流から欠失があるクローン2ではmRNAの発現は認められなかった。 以上の結果より、クローン1ではフレームシフト変異の結果生じた異常蛋白質が翻訳後に分解を受け、クローン2ではprotein D2遺伝子のプロモーター領域の欠失により転写が起こらないためにprotein D2が欠失し、その結果イミペネム耐性となったものと考えられる。

  27. 緑膿菌ポーリン蛋白質(protein D2)の構造と機能

    米山 裕

    1992年 ~ 1992年

  28. 緑膿菌ポーリン蛋白質の機能と遺伝子のクローニング

    米山 裕

    1991年 ~ 1991年

  29. 緑膿菌の薬剤自然耐性と外膜透過孔の関係

    中江 太治, 米山 裕, 佐竹 幸子, 石井 純子, 良原 栄策

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)

    研究機関:Tokai University

    1990年 ~ 1991年

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    緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)は免疫力の低下した患者に感染を起こす。この菌は高度に薬剤耐性であるため問題である。この菌の薬剤耐性の原因の一つは外膜における抗生物質透過の低さである。そこで本研究では緑膿菌外膜の透過孔の性質と抗生物質透過性の研究を行った。その結果次のような事が明かとなった。 緑膿菌外膜に存在する三種類のポリ-ンを精製し、これを介してのイオンの透過性を電気伝導度として測定した。その結果protein Cは1M NaC1中で約120pSの伝導度を示すような孔を形成した。同様にprotein D2は10ー30pSと約300ー500pSの2種類の伝導度を示し、またprotein E1は約240pSの伝導度を示した。これらの孔はいずれも大腸菌のOmpFが作る孔に比べはるかに小さい事がわかった。 protein C、D2、及びE1をリポゾ-ムに組み込みこれらを介しての抗生物質の透過性を測定した。その結果protein D2を介してイミペネム及びメロペネム等のカルバペネムが効率よく透過する事が明かとなったが、他のβーラクタム剤の多くはprotein C、D2及びE1を介してほとんど透過出来ない事が明かとなり、カルバペネムの透過にprotein D2が重要な役割を果たしている事が明かとなった。 そこでイミペネム透過性に果たすprotein D2の役割をin vitroで確認するためprotein D2の遺伝子をクロ-ン化しこれをprotein D2欠損株で発現した。その結果protein D2が欠損した事によってイミペネム耐性となっていた変異菌はprotein D2の発現によって野性株と同様にイミペネム感受性となった。これらの結果から緑膿菌における薬剤透過性の低さには透過孔が小さい事が原因である事及び分子量の小さなイミペネムはprotein D2を介して効率よく透過する事が明かとなった。

  30. アミノ糖抗生物質の緑膿菌外膜に対する傷害作用

    米山 裕

    1990年 ~ 1990年

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担当経験のある科目(授業) 12

  1. 生命科学概論

  2. 応用動物・酪農科学概論(AMB)

  3. 生命科学A

  4. 微生物科学合同講義

  5. 動物微生物学特論

  6. 動物生命科学

  7. 免疫科学

  8. 微生物サイエンス

  9. 動物寄生体学

  10. 生理生態学概論

  11. 現在における農と農学

  12. 動物微生物科学

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