消化管にあるタンパク質は多くの細菌を中和することができます。マサチューセッツ工科大学ニュース

体の内側を覆う粘膜表面には、微生物が炎症や感染症を引き起こすのを防ぐ防御分子が埋め込まれています。これらの分子の中には、細胞表面にある糖に結合することによって微生物や他の細胞を認識するタンパク質であるレクチンが含まれます。

これらのレクチンの 1 つが、胃腸管内に存在する細菌に対して広範囲の抗菌活性を持っていることを MIT の研究者らは発見しました。インテレクチン-2 として知られるこのレクチンは、細菌の膜にある糖分子に結合して細菌を捕らえ、その増殖を妨げます。さらに、粘液を構成する分子を架橋することができ、粘液バリアの強化に役立ちます。

「注目すべき点は、インテレクチン 2 が 2 つの相補的な方法で機能するということです。インテレクチン 2 は粘液層の安定化に役立ち、そのバリアが損なわれた場合、漏出し始めた細菌を直接中和または抑制することができます」と、マサチューセッツ工科大学ノバルティス化学教授であり、この研究の主任著者であるローラ・キースリング氏は述べています。

この種の広域スペクトルの抗菌活性により、インテレクチン-2 は潜在的な治療法として有用になる可能性があると研究者らは述べています。また、炎症性腸疾患などの疾患を持つ患者の粘液バリアの強化にも利用できる可能性があります。

元マサチューセッツ工科大学の研究員であるアマンダ・デュガン氏とディープシング・シャンタン博士’24がこの論文の主著者です。 今日登場するのは ネイチャーコミュニケーションズ。

多機能タンパク質

現在の証拠は、ヒトゲノムが 200 以上のレクチン (免疫系や細胞間のコミュニケーションにおいてさまざまな役割を果たす炭水化物結合タンパク質) をコードしていることを示唆しています。レクチンと炭水化物の相互作用を研究してきたキースリングの研究室は、最近、インテレクチンと呼ばれるレクチンのファミリーに興味を持ち始めました。ヒトでは、このファミリーには 2 つのレクチン、インテレクチン-1 とインテレクチン-2 が含まれます。

これら 2 つのタンパク質は非常によく似た構造をしていますが、インテレクチン-1 は細菌や他の微生物に含まれる炭水化物にのみ結合するという点で特徴的です。約 10 年前、キースリングらはインテルクチン 1 の構造を発見することができましたが、その機能はまだ完全には理解されていません。

当時、科学者たちは、インテレクチン-2 が免疫防御に役割を果たしているのではないかという仮説を立てていましたが、その考えを裏付ける研究はあまりありませんでした。当時、キースリングの研究室の博士研究員だったデュガンは、インテレクチン 2 についてさらに詳しく学び始めました。

ヒトでは、インテレクチン-2は小腸のパネート細胞によって安定したレベルで産生されますが、マウスでは、粘液を産生する杯細胞からのその発現は、炎症やある種の寄生虫感染によって引き起こされるようです。

新しい研究で研究者らは、ヒトとマウスの両方のインテルクチン-2がガラクトースと呼ばれる糖分子に結合することを発見した。この糖は、粘液を構成するムチンと呼ばれる分子に一般的に見られます。インテレクチン-2 がこれらのムチンに結合すると、粘液バリアの強化に役立つことを研究者らは発見しました。

ガラクトースは、一部の細菌細胞の表面に表示される炭水化物にも含まれています。研究者らは、インテレクチン 2 が、消化管感染症を引き起こす多くの病原体を含む、これらの糖を提示する微生物に結合できることを示しました。

研究者らはまた、これらの捕捉された微生物は時間の経過とともに最終的に崩壊することも発見し、このタンパク質が細胞膜を破壊することで微生物を殺すことができることを示唆している。この抗菌活性は、従来の抗生物質に耐性のある細菌を含む、広範囲の細菌に影響を与えるようです。

これらの二重の機能が消化管の内層を感染から守るのに役立つと研究者らは考えている。

「インテレクチン 2 はまず粘液バリア自体を強化し、次にそのバリアが突破された場合に細菌を制御し、その増殖を制限します」とキースリング氏は言う。

感染症との戦い

炎症性腸疾患の患者では、インテレクチン 2 レベルが異常に高くなったり低くなったりすることがあります。低レベルでは粘液バリアの劣化に寄与する可能性があり、高レベルでは通常腸内に生息する有益な細菌が過剰に死滅する可能性があります。インテレクチン-2の正しいレベルを回復する方法を見つけることは、それらの患者にとって有益である可能性がある、と研究者らは言う。

「私たちの研究結果は、粘液バリアを安定させることがいかに重要であるかを示しています。将来的には、レクチンの特性を利用して、その保護層を積極的に強化するタンパク質を設計することを想像できます」とキースリング氏は言う。

インテルレクチン-2 は次のような病原体を中和または除去できるためです。 黄色ブドウ球菌 そして 肺炎桿菌抗生物質で治療するのは難しい場合が多いですが、抗菌剤として応用できる可能性があります。

「ヒトレクチンを抗菌薬耐性と闘うツールとして利用することは、私たち自身の自然免疫防御を利用する根本的に新しい戦略を切り開きます」とキースリング氏は言う。 「体が病原体から身を守るためにすでに使用しているタンパク質を活用することは魅力的であり、私たちが追求している方向です。」

この研究は、国立衛生研究所糖鎖科学共通基金、国立アレルギー感染症研究所、国立総合医科学研究所、および国立科学財団から資金提供を受けました。

この研究に貢献した他の著者には、カリフォルニア大学デービス校医学部の医療微生物学および免疫学の教授であるチャールズ・ベビンズ氏が含まれます。ラムニク・ザビエル氏、ハーバード大学医学部およびMITとハーバード大学のブロード研究所の医学教授。そしてマサチューセッツ工科大学の生物工学のアンドリュー・ビタビ教授とエルナ・ビタビ教授のカタリーナ・リベック氏。