抗菌薬排出蛋白質の分子機構-細菌の小型排出蛋白質を例として-

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ほぼ全ての生物種の細胞膜には,細胞にとって都合の悪い様々な毒物を認識し,能動的に細胞外へと排出する多剤排出蛋白質が存在している.これらの蛋白質は,感染症治療の大きな障害である多剤耐性菌株の出現と密接に係わっている他,分子科学の面からも,構造上相関の無い多様な薬物の認識/排出という興味深い機能を実現している.本研究では,多剤排出蛋白質の中で,最もサイズが小さいSMR(small multidrug resistance)ファミリーに属する蛋白質の分子機構解明を目指した研究を行ってきた.様々な測定手法を適用するためには,蛋白質の高純度な精製が必要なため,SMR蛋白質の大腸菌における大量発現・精製を重要な課題と位置付けて研究を行った.融合タグを用いる方法で,大腸菌のEmrEの大量発現と融合蛋白質の精製は実現できたが,残念ながら,融合タグの分離が依然として困難であった.有機溶媒に溶けるほどのSMRの脂溶性の高さが,プロテアーゼ処理とその後の蛋白質の回収を困難にしていると考えられる.一方,これと平行して,枯草菌のEbrABの膜内トポロジーの決定と,その制御機構を明らかとする研究を行い,興味深い知見を得るに至った.これまでのSMRの研究は,主にEmrEを用いて行われてきた.膜内ではホモダイマーとして機能すると考えられているが,その膜内トポロジーについては,互いに異なる報告がされてきている.本研究では,ヘテロダイマーを形成するEbrABを用い,二つのモノマーが逆平行なトポロジーをとって,膜内に挿入されていることを明らかとした.また,塩基性残基の置換によって,ホモダイマーとしても機能するようになることを明らかとした.これらは,ヘテロダイマー型のEbrABについての結果であるが,おそらく,EmrEなどのホモダイマー型SMRも同様の性質を有すると考えられる.