[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

嫌気性コリン代謝阻害剤の開発

[スポンサーリンク]

嫌気性コリン代謝を選択的に阻害する小分子が開発された。これは、嫌気性微生物の代謝による疾患のメカニズム解明の大きな一歩となる。

嫌気性コリン代謝

ヒトの腸内に生息する微生物は疾患に関与する様々な分子を生産している[1]。しかし、どの分子が特定の疾患をどのように引き起こすかを明らかにすることが挑戦的な課題とされている。この課題に対し、各分子を産出する微生物がもつ酵素を選択的に阻害する低分子の開発研究が求められている。

 今回紹介するBalskus教授らはこれまで、多くの腸内嫌気性微生物によって炭素源およびエネルギー源として利用されるコリンに着目して研究をしてきた。嫌気性微生物の働きにより、コリンはトリメチルアミン(TMA)に分解され、さらに肝臓でトリメチルアミンNオキシド(TMAO)となることで排泄される(1A)TMAOがヒトの血漿中で増加すると、非アルコール性脂肪性肝炎や循環器疾患、糖尿病など重大疾患を促進することが知られている[2]。これまでにBalskusらは、グリシルラジカル酵素TMAリアーゼ(CutC)とラジカルSAM活性化酵素(CutD)の働きによりコリンが分解されることを明らかにしている(1B)。具体的には、CutDによる翻訳後修飾によってCutCがグリシルラジカルを生成し、隣接するシステインから水素を引き抜き、チイルラジカルが生じる。その後、チイルラジカルがコリンの水酸基α位水素を引き抜き、続くCN結合切断を起こすことでTMAが生成することがわかっている(1C)。これまでに、嫌気性コリン代謝を制御する小分子の研究が行われており、3,3-ジメチルブタノール(DMB)が嫌気コリン代謝を阻害することがWangらによって報告されている(1D)[3]

 今回、Balskusらは、コリンに構造が類似する種々のアナログ体を合成し、CutCを選択的に阻害する小分子の開発に成功した(1D)[4]

図1. (A) コリンの分解物、(B) CutCとコリンの共結晶X線結晶構造、(C) コリン分解機構 (D) 小分子コリン代謝阻害剤

Structure-Guided Identification of a Small Molecule That Inhibits Anaerobic Choline Metabolism by Human Gut Bacteria

Orman, M.; Bodea, S.; Funk, M. A.; Martínez-del Campo, A.; Bollenbach, M.; Drennan, C. L.; Balskus, E. P. J. Am. Chem. Soc. 2019,141, 33.

DOI: 10.1021/jacs.8b04883

論文著者の紹介

研究者:Emily P. Balskus

研究者の経歴:
-2002 B.A. with Highest Honors in Chemistry, summa cum laude, valedictorian, Williams College (Prof. Thomas E. Smith)
2002-2003 M.Phil. in Chemistry, University of Cambridge (Prof. Steven V. Ley)
2003-2008 Ph.D, Harvard University (Prof. Eric N. Jacobsen)
2008-2011 NIH NRSA Postdoctoral Fellow, Harvard Medical School(Prof. Christopher T. Walsh)
2011-2015 Assistant Professor, Harvard University
2015-2018 Morris Kahn Associate Professor, Harvard University
2018-Professor, Harvard University

研究内容:ヒト細菌の理解を志向したケミカルバイオロジー、Biocompatible Chemistry

論文の概要

著者らはまず、大腸菌MS 200-1を用いて、コリン類似体による嫌気性コリン代謝の阻害について試験を行い、高活性の小分子を探索した結果、ベタインアルデヒド(BA)がよい阻害活性をもつことがわかった(2A)。そこで、高活性であったBAによる嫌気性コリン代謝阻害のメカニズムを解明するため、種々の実験を行った。CutCBAとの共結晶のX線結晶構造解析に成功し、CutC活性部位とBAの会合状態が明らかになった(2B)CutCCys489残基とアルデヒドの間に共有結合を形成している以外は、CutCとコリンとの会合状態と酷似している(2B)

 次に、炭素源としてコリンまたはグリセロールを含む培地、もしくはBHI(ブレインハートインフュージョン培地)上で培養した3種の大腸菌(MS 69-1)に対し、BAを作用させ、大腸菌の増殖を観察した。その結果、グリセロールを含む培地と、BHI上ではBAは大腸菌の増殖に影響せず、コリン含有培地で培養した大腸菌のみ増殖が抑制された。また、CutC発現遺伝子をもつ様々な細菌においてもBAによる嫌気性コリン代謝の阻害も確認できた。これらの結果は、BAが嫌気性コリン代謝を標的とし、CutCを選択的に阻害していることを示唆する。一方で、以前報告されたDMBは、in vitroや大腸菌において嫌気性コリン代謝におけるCutC阻害を直接標的としていないことがわかった。

図2. (A) 阻害剤BAの発見とその阻害活性 (B) CutCと阻害剤の共結晶X線結晶構造 (C) CutC酵素をもつ種々の細菌に対する阻害剤の効果

以上、CutCを選択的に阻害する小分子が開発された。今後、疾患のメカニズム解明の分子ツールとして期待される。

参考文献

  1. (a) Sharon, G.; Garg, N.; Debelius, J.; Knight, R.; Dorrestein, P. C.; Mazmanian, S. K. Cell Metab.2014, 20, 719. DOI: 1016/j.cmet.2014.10.016(b)Postler, T. S.; Ghosh, S. Cell Metab.2017, 26, 110. DOI: 10.1016/j.cmet.2017.05.008
  2. (a) Dumas, M. E.; Barton, R. H.; Toye, A.; Cloarec, O.; Blancher, C.; Rothwell, A.; Fearnside, J.; Tatoud, R.; Blanc, V.; Lindon, J. C.; Mitchell, S. C.; Holmes, E.; McCarthy, M. I.; Scott, J.; Gauguier, D.; Nicholson, J. K. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 12511. DOI: 10.1073/pnas.0601056103(b) Spencer, M. D.; Hamp, T. J.; Reid, R. W.; Fischer, L. M.; Zeisel, S. H.; Fodor, A. A. Gastroenterology2011, 140, 976. DOI:10.1053/j.gastro.2010.11.049(c) Wang, Z.; Klipfell, E.; Bennett, B. J.; Koeth, R.; Levison, B. S.; DuGar, B.; Feldstein, A. E.; Britt, E. B.; Fu, X.; Chung, Y.-M.; Wu, Y.; Schauer, P.; Smith, J. D.; Allayee, H.; Tang, W. H. W.; DiDonato, J. A.; Lusis, A. J.; Hazen, S. L. Nature2011, 472, 57. DOI: 10.1038/nature09922(d)Koeth, R. A.; Wang, Z.; Levison, B. S.; Buffa, J. A.; Org, E.; Sheehy, B. T.; Britt, E. B.; Fu, X.; Wu, Y.; Li, L.; Smith, J. D.; DiDonato, J. A.; Chen, J.; Li, H.; Wu, G. D.; Lewis, J. D.; Warrier, M.; Brown, J. M.; Krauss, R. M.; Tang, W. H. W.; Bushman, F. D.; Lusis, A. J.; Hazen, S. L. Nat. Med.2013, 19, 576. DOI: 10.1038/nm.3145(e) Tang, W. H. W.; Wang, Z.; Levison, B. S.; Koeth, R. A.; Britt, E. B.; Fu, X.; Wu, Y.; Hazen, S. L. N. Engl. J. Med. 2013, 368, 1575. DOI: 10.1056/NEJMoa1109400(f) Gregory, J. C.; Buffa, J. A.; Org, E.; Wang, Z.; Levison, B. S.; Zhu, W.; Wagner, M. A.; Bennett, B. J.; Li, L.; DiDonato, J. A.; Lusis, A. J.; Hazen, S. L. J. Biol. Chem. 2015, 290, 5647. DOI: 10.1074/jbc.M114.618249
  3. Wang, Z.; Roberts, A. B.; Buffa, J. A.; Levison, B. S.; Zhu, W.; Org, E.; Gu, X.; Huang, Y.; Zamanian-Daryoush, M.; Culley, M. K.; DiDonato, A. J.; Fu, X.; Hazen, J. E.; Krajcik, D.; DiDonato, J. A.; Lusis, A. J.; Hazen, S. L. Cell2015, 163, 1585. DOI: 1016/j.cell.2015.11.055
  4. 本論文査読中に、共有結合的にCutCを阻害する小分子が報告されている。Roberts, A. B.; Gu, X.; Buffa, J. A.; Hurd, A. G.; Wang, Z.; Zhu, W.; Gupta, N.; Skye, S. M.; Cody, D. ; Levison, B. S.; Barrington, W. T.; Russell, M. W.; Reed, J. M.; Duzan, A.; Lang, J. M.; Fu, X.; Li, L.; Myers, A. J.; Rachakonda, S.; DiDonato, J. A.; Brown, J. M.; Gogonea, V.; Lusis, A. J.; Garcia- Garcia, J. C.; Hazen, S. L. Nat. Med.2018, 24, 1407. DOI: 10.1038/s41591-018-0128-1
Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. 典型元素を超活用!不飽和化合物の水素化/脱水素化を駆使した水素精…
  2. 「機能性3Dソフトマテリアルの創出」ーライプニッツ研究所・Möl…
  3. 化学コミュニケーション賞2025、候補者募集開始!
  4. C–NおよびC–O求電子剤間の還元的クロスカップリング
  5. アミジルラジカルで遠隔位C(sp3)-H結合を切断する
  6. グラム陰性菌を爆沈!!Darobactin Aの全合成
  7. なぜ青色LEDがノーベル賞なのか?ー雑記編
  8. 続セルロースナノファイバーの真価【対面講座】

注目情報

ピックアップ記事

  1. JSR、東大理物と包括的連携に合意 共同研究や人材育成を促進
  2. 米国版・歯痛の応急薬
  3. 物凄く狭い場所での化学
  4. リサーチ・アドミニストレーター (URA) という職業を知っていますか?
  5. 最近の金事情
  6. 化学構造式描画のスタンダードを学ぼう!【基本編】
  7. ある動脈硬化の現象とマイクロ・ナノプラスチックのはなし
  8. t-ブチルリチウムの発火事故で学生が死亡
  9. 教科書を書き換えるか!?ヘリウムの化合物
  10. 微生物細胞に優しいバイオマス溶媒 –カルボン酸系双性イオン液体の開発–

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年3月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

最新記事

miHub®で叶える、研究開発現場でのデータ活用と人材育成のヒント

参加申し込みする開催概要多くの化学・素材メーカー様でMI導入が進む一…

医薬品容器・包装材市場について調査結果を発表

この程、TPCマーケティングリサーチ株式会社(本社=大阪市西区、代表取締役社長=松本竜馬)は、医…

X 線回折の基礎知識【原理 · 基礎知識編】

X 線回折 (X-ray diffraction) は、原子の配列に関する情報を得るために使われる分…

有機合成化学協会誌2026年1月号:エナミンの極性転換・2-メチル-6-ニトロ安息香酸無水物(MNBA)・細胞内有機化学反応・データ駆動型マルチパラメータスクリーニング・位置選択的重水素化法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年1月号がオンラインで公開されています。…

偶然と観察と探求の成果:中毒解毒剤から窒素酸化物を窒素分子へ変換する分子へ!

第692回のスポットライトリサーチは、同志社大学大学院理工学研究科(小寺・北岸研究室)博士後期課程3…

嬉野温泉で論文執筆缶詰め旅行をしてみた【化学者が行く温泉巡りの旅】

論文を書かなきゃ!でもせっかくの休暇なのでお出かけしたい! そうだ!人里離れた温泉地で缶詰めして一気…

光の強さで分子集合を巧みに制御!様々な形を持つ非平衡超分子集合体の作り分けを実現

第691回のスポットライトリサーチは、千葉大学大学院 融合理工学府 分子集合体化学研究室(矢貝研究室…

化学系研究職の転職は難しいのか?求人動向と転職を成功させる考え方

化学系研究職の転職の難点は「専門性のニッチさ」と考えられることが多いですが、企業が求めるのは研究プロ…

\課題に対してマイクロ波を試してみたい方へ/オンライン個別相談会

プロセスの脱炭素化及び効率化のキーテクノロジーである”マイクロ波”について、今回は、適用を検討してみ…

四国化成ってどんな会社?

私たち四国化成ホールディングス株式会社は、企業理念「独創力」を掲げ、「有機合成技術」…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP