Enzymatic insight into the microbiota formation in infant guts

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本年度は、腸管ムチン糖鎖に作用する酵素について解析を行った。具体的には、Bifidobacterium bifidumのスルホグリコシダーゼ(BbhII)について解析を行った。ムチン糖鎖はシアル酸や硫酸による修飾を受けており、これらの修飾は腸内細菌による過剰なムチン分解を防ぐためとされているが、一部の腸内細菌はこれらの修飾基を外すための酵素を有している。シアル酸はシアリダーゼによって、硫酸基はスルファターゼによって分解されると考えられているが、本研究ではスルホグリコシダーゼに着目した。スルホグリコシダーゼとは6-sulfo-N-acetylglucosamine (GlcNAc6S)を遊離する酵素である。まず、ヒト乳児糞便サンプル中にGlcNAc6Sが検出されること、またその量がB. bifidumのbbhII遺伝子量と高い正相関を示すことを見出した。次に、コンベンショナルマウスにB. bifidum野生型を、また無菌マウスにB. bifidumの野生型およびbbhII変異型を投与して糞便中ムチン糖鎖の解析を行い、スルホグリコシダーゼが実際にムチン糖鎖の分解に関与していること、また遊離したGlcNAc6Sが他の細菌にクロスフィードされていることを明らかとした。次にX線結晶構造解析を行い、BbhIIのGlcNAc6S特異性の構造基盤を明らかとすると共に、活性ドメインのN末端側に糖質結合モジュール(CBM)32が存在していることを明らかとした。本CBMの存在は、BbhIIがムチンから効率よくGlcNAc6Sを遊離するのに重要な機能を有しており、このドメインを欠失した場合、pNP基質からのGlcNAc6S遊離能には全く変化がないにもかかわらず、ムチン糖鎖からのGlcNAc6S遊離能は大きく減少した。以上、スルホグリコシダーゼの腸内細菌における生理機能を初めて解明した。