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細菌の秘密兵器: エフェクタータンパク質はどのように宿主細胞を制御するのか?
細菌学と分子生物学の進歩により、科学者たちは細菌エフェクターの謎を徐々に明らかにしてきました。これらのエフェクタータンパク質は、病原性細菌によって分泌系を介して宿主細胞に送達される「秘密兵器」であり、細菌の感染プロセスにおいて重要な役割を果たします。
エフェクター タンパク質は通常、病原体が宿主組織に侵入したり、免疫系を抑制したり、病原体の生存能力を高めたりするのに役立ちます。
多くの病原性細菌はエフェクタータンパク質を分泌できますが、ほとんどの種について正確な量は不明です。病原体ゲノムの配列が決定される場合、タンパク質配列の類似性に基づいてエフェクタータンパク質を予測できますが、これらの予測は常に正確であるとは限りません。さらに重要なことは、各エフェクタータンパク質の量は無視できるほどであるため、予測されたエフェクタータンパク質が実際に宿主細胞に分泌されることを実験的に証明することは非常に困難です。
病原性大腸菌を例に挙げます。研究により、この細菌は 60 を超えるエフェクター タンパク質を持っている可能性がありますが、ヒト Caco-2 細胞に正常に侵入できることが確認されているのは 39 個だけであることが示されています。同じ細菌種であっても、菌株が異なるとエフェクタータンパク質の組み合わせが異なることがよくあります。たとえば、植物病原性細菌である緑膿菌には 14 個のエフェクタータンパク質がありますが、複数の異なる菌株で見つかるエフェクタータンパク質の数はほぼ 150 に達します。
エフェクタータンパク質の作用機序
エフェクター タンパク質の多様性により、宿主細胞内の多くのプロセスに影響を与えることができます。例えば、病原性大腸菌、赤癬菌、サルモネラ菌、ペスト菌の T3SS エフェクタータンパク質は、宿主細胞のアクチン動態を調節し、宿主細胞の付着や侵入を促進することができます。また、エンドサイトーシス輸送を妨害し、食作用を防止し、アポトーシス経路および宿主免疫応答を調節することもできます。
病原体が宿主細胞に侵入すると、生き残るためにエンドサイトーシス経路を使用し、一部の細菌はアポトーシスのプロセスを変えることさえあります。
たとえば、食細胞は細菌を認識して「飲み込む」免疫細胞です。これらの細胞は、スカベンジャー受容体 A と呼ばれるものを通じて直接細菌を認識することも、抗体や補体タンパク質を通じて間接的に細菌を認識することもできます。内部のサルモネラ菌とシゲラ菌は、エンドリソソーム輸送の妨害を利用して食作用を回避し、宿主細胞内で生存します。一方、ペスト菌は細胞骨格の再構成を阻害することでこのプロセスをブロックします。
エンドサイトーシス輸送プロセス中に、サルモネラ菌は「サルモネラ嚢胞」(SCV) に包まれた自身の形成を促進し、SCV が成熟すると微小管組織化中心に移動して細菌の生存をさらに促進します。一方、赤癬菌は嚢胞を急速に溶解することでエンドリソソーム系を回避します。
一部の病原体のエフェクタータンパク質は、食作用やエンドサイトーシス輸送に影響を与えるだけでなく、宿主細胞の分泌経路にも干渉する可能性があります。たとえば、腸管病原性大腸菌のエフェクタータンパク質 EspG は、宿主細胞内のインターロイキン 8 の分泌を減少させ、免疫応答に影響を与える可能性があります。このエフェクタータンパク質は、他のエフェクタータンパク質と同様に、宿主の免疫系に対して強力な阻害効果を持っています。
多くの病原性細菌は、生存環境を維持するために宿主細胞のアポトーシスを防ぐ機構を発達させています。
たとえば、腸管病原性大腸菌のエフェクタータンパク質 NleH および NleF は、宿主細胞のアポトーシスを防ぎます。さらに、Shigella エフェクタータンパク質 IpgD および OspG も同様の機能を持っています。これらのエフェクタータンパク質は、NF-κB 経路を妨害することにより、宿主細胞がアポトーシス反応を受けるのを防ぐことができます。多くのエフェクタータンパク質は宿主細胞死への抵抗において重要な役割を果たしますが、EHEC エフェクタータンパク質 EspF、EspH、および Cif の役割など、一部のエフェクタータンパク質は細胞死を誘導します。
抗免疫反応の手段
病原性細菌は、さまざまな方法で宿主の免疫応答を回避します。主な手段の 1 つは、宿主細胞の NF-κB シグナル伝達経路を妨害することです。さまざまなエフェクタータンパク質は、NF-kB 経路の活性化を効果的に阻害できます。たとえば、腸内病原性大腸菌のエフェクタータンパク質 NleC は、NF-kB の成分を切断することによって IL-8 の産生を阻止します。同様に、ペスト菌の YopE および YopP は、炎症反応の予防に重要な役割を果たす NF-κB の活性化を防ぎます。
細菌エフェクタータンパク質の詳細な研究により、病原体感染におけるそれらの役割についてより包括的な理解が得られました。これにより、将来の感染症治療に対する考え方が変わるでしょうか？
