ボツリヌス毒素の体内侵入に関わる小腸上皮細胞への結合機序の解明

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食中毒の原因物質であるボツリヌス毒素は、汚染食品中で5種類のタンパク質成分(BoNT、NTNHA、HA-70、HA-33、HA-17)から構成される毒素複合体として存在する。経口摂取されたボツリヌス毒素複合体は、おもにHA-33の糖認識能により小腸上皮細胞表面の受容体糖鎖に結合し、体内へ侵入すると考えられているが、その結合機序は明らかにされていない。本年度は、小角X線散乱法(SAXS)を用い、3種類の単糖(N-アセチルノイラミン酸、ガラクトース、グルコース)非存在下および存在下におけるボツリヌスD型菌4947株由来HA-33/HA-17複合体の溶液構造を解析した。HA-33/HA-17複合体の結晶構造は、球状をした1分子のHA-17にダンベル状のHA-33が2分子結合し、V字型をしている。SAXS解析の結果、糖非存在下で、HA-33/HA-17複合体は"く"の字型をしており、HA-33/HA-17複合体の結晶構造を当てはめた結果、2分子のHA-33分子がHA-17を支点として折れ曲がっていると推測された。一方、糖存在下では、2分子のHA-33分子がHA-17を支点として左右に大きく開いた形、あるいはHA-33とHA-17が一直線状に伸びた形をしていると推測された。この様に、HA-33/HA-17複合体の溶液構造は糖の存在の有無によって明らかに異なった。このことから、ボツリヌス毒素複合体が小腸上皮細胞表面の糖鎖に結合する際に、HA-33/HA-17複合体の溶液構造が変化することが示唆された。さらに、NTNHAおよびHA-33を試料に用い、ラット小腸上皮細胞から抽出した膜タンパク質と混合後、免疫沈降を行い、受容体の可能性があるタンパク質のバンドをSDS-PAGE上で検出した。これらの研究実績は、ボツリヌス毒素の体内侵入に関わる小腸上皮細胞への結合機序の解明に寄与する。