細菌の「ドラッグポンプ」の構造は、病院で発生する感染に対抗する新しい方法を明らかにします-ScienceDaily

ニューヨーク大学、NYU Grossman School of Medicine、およびNYULangoneのLauraand Isaac Perlmutter Cancer Centerの研究者が主導するこの新しい研究では、高度な顕微鏡を使用して、細菌種であるタンパク質であるNorAの構造を初めて「確認」しました。 黄色ブドウ球菌 広く使用されている抗生物質を殺す前に排出するために使用します。

排出ポンプは、それによって1つのメカニズムを表しています 黄色ブドウ球菌 ノルフロキサシン（Noroxin）、レボフロキサシン（Levaquin）、およびシプロフロキサシン（Cipro）を含む60を超える承認された抗生物質のグループであるフルオロキノロンに対する耐性を進化させました。 フルオロキノロンは現在、メチシリン耐性を含むいくつかの薬剤耐性菌株に対して効果がありません 黄色ブドウ球菌 （MRSA）は、感染症が重症化した場合の入院患者の主な死因であると研究者らは述べています。 このため、この分野では排出ポンプ抑制剤の設計を模索してきましたが、初期の試みは副作用によって妨げられてきました。

「新しい抗生物質を見つけるのではなく、過去数十年間で最も広く使用されている抗生物質を、細菌耐性によって効果がなくなり、再び非常に効果的にすることを望んでいます」と、最初の研究著者であるダグ・ブローリー博士は述べています。 彼は、ニューヨーク大学化学科の教授である上級著者のネイト・トラセス博士と、ニューヨーク大学グロスマン医学部の細胞生物学科の教授であるダネン・ワン博士の研究室で博士号を取得しました。 。

レスキューに対する抗体

ジャーナルに3月31日にオンラインで公開 ネイチャーケミカルバイオロジー、この研究は、近年の抗体技術開発の進歩に基づいています。 侵入したバクテリアは、体の免疫システムをトリガーして、特定の侵入者に付着して中和するように形作られた、わずかに異なる多くの抗体を作ります。

現在の研究では、研究チームは抗体を使用して、NorAの構造の分析を妨げていた課題を克服しました。 ブローリーは、この分析に必要な発現と精製条件を微調整するために何年も働いていましたが、NorA分子はコンパクトで、高度な低温電子顕微鏡（cryo-EM）でもほとんど検出できません。

解決策として、研究者たちは、NYUグロスマン医学部の生化学および分子薬理学部の教授である上級研究著者の小出翔平博士の研究室によって集められた合成抗体の大規模なコレクションをスクリーニングして、 NorAに最もしっかりと取り付けられています。 抗体をNorAに結合することにより、チームは分子のサイズを効果的に2倍にし、クライオEM画像を強化し、NorAポンプの構造を初めて明らかにしました。

この作業により、チームの主要な抗体が鍵の鍵のようにNorAにドッキングした場所も明らかになりました。 チームは、この抗体がNorAに適合する場所が、NorAが抗生物質をラッチして除去する場所と同じであることを発見して驚いた。 これらの観察結果は、抗体がポンプをブロックし、抗生物質が細菌細胞内に留まり、細菌の増殖を妨げる可能性があることを示唆しています。

クライオEM構造から、チームはまた、NorAの結合空洞に最も深く埋め込まれた抗体の部分が、タンパク質ビルディングブロックのセグメントである短いループペプチドであることに気づきました。 「ループ自体に対応する単離されたペプチドがNorAを阻害する可能性があることに興奮しました」とTraasethは言います。 チームは、このペプチド（NPI-1と呼ばれる）が排出ポンプ阻害剤（EPI）として機能し、抗生物質耐性を低下させることを発見しました 黄色ブドウ球菌 抗生物質ノルフロキサシンと組み合わせると、高濃度で栄養素（培養物）を含む料理で95％以上成長します。

構造解析はまた、EPIがNorAが抗生物質分子に付着する構造ポケット内のタンパク質ビルディングブロックと多くの相互作用を持っていることを示しました。 「これにより、細菌がそのような治療に対する耐性を発達させる可能性は非常に低くなります。なぜなら、抗生物質をつかむ排出ポンプ部位の能力を奪うことなく、EPIをなんとか打ち負かすためにランダムに進化しなければならないからです」とWangは言います。

今後、チームはEPIの設計の改善に取り組んでいます。 NPI-1の各残基は、効力を高め、潜在的な副作用を減らすために最適化することができます、と著者は言います。 NorAのような排出ポンプに対する合成抗体を開発するための彼らの戦略は、ポンプに依存することが知られている他の病原体に対するEPIを発見するのに役立つかもしれません。 肺炎球菌肺炎 と 結核菌。

「MRSAを阻害するこの新しい方法の発見は、構造生物学、タンパク質工学、ペプチド化学、微生物学の補完的な専門知識を持つ4つの部門の5つの研究室が協力して、単独では不可能なことを達成できることを示しています」と小出氏は付け加えます。

Brawley、Traaseth、Wang、およびKoideとともに、研究の著者は細胞生物学部門のDavidSauerとJinmeiSongでした。 化学科のJianpingLi、Ganesh Jedhe、Tiffany Suwatthee、およびParamjitArora。 微生物学科のXuhuiZhengとVictorTorres、医学科の小出明子、および低温電子顕微鏡施設のZhengLiu。

この作品は、国立衛生研究所の助成金R01AI165782、R01AI108889、R01NS108151、R01GM121994、R01DK099023、R01AI099394、R01AI105129、R01AI137336、R01AI140754、R21AI149350、R35GM130333、およびT32-GM088118によってサポートされていました。 国立科学財団賞MCB1506420; American Cancer Society Postdoctoral Fellowship 129844-PF-17-135-01-TBE、and Department of Defense Horizo​​n Award W81XWH-16-1- 0153.研究チームはまた、NYU Grossman SchoolofMedicineによるクライオEMコアへの投資を認めています。研究の結果に不可欠な施設。

ニューヨーク大学は、この研究で説明されている抗体に関する特許出願を提出しました。 小出は、Black Diamond Therapeuticsに出資し、コンサルティング料を受け取り、PuretechHealthとArgenxBVBAから研究資金を受け取っています。 トーレスは、NYUが出願した特許および特許出願の発明者であり、現在Janssen Biotech Incの商用ライセンスを受けています。これらの関係は、NYULangoneHealthのポリシーに従って管理されています。