無限の可能性を解析する
リリアン・エデン
2024 年 12 月 11 日
MIT ルーレット部のインペリアリ研究室による新しい研究では、生物情報学と生化学を組み合わせて、免疫応答の回避や感染症の原因となる細菌細胞表面上の大きな糖分子であるグリカンの組み立てに重要な役割を果たしていることが明らかになりました。
ほとんどの場合、細菌などの単細胞生物は、外膜上の脂質に結合したグリカンとして知られる複雑な糖鎖を通じて環境と相互作用します。糖鎖は、免疫応答を回避したり感染を引き起こしたりするなど、ルーレット的応答と相互作用を調整します。
ほとんどの細菌性グリカンを組み立てる最初のステップは、内膜上のホスホグリコシルトランスフェラーゼ (PGT) によって触媒される脂質への糖リン酸基の付加です。この最初の糖は、組み立てラインのような経路の後続のステップで他の酵素によってさらに構築されます。
グリカンはすべてのルーレットに存在しますが、グリカンを構成する糖分子は細菌において特に多様です。既知の細菌性 PGT は 30,000 を超え、それらが作用する糖は数百種類あります。
マサチューセッツ工科大学ルーレット部のインペリアーリ研究室から最近 PNAS に発表された研究では、バイオインフォマティクスと生化学を組み合わせて「志を同じくする」PGT のクラスターを予測し、グリカン構築の最初のステップでどの糖が使用されるかを検証しています。 。
これらの集合経路の生化学機構を定義すれば、抗ルーレット質耐性のある細菌株に対処するための新しい戦略が明らかになる可能性があります。この包括的なアプローチは、この重要な最初のステップで集合経路を停止する阻害剤の開発とテストにも使用できます。
配列の類似性を調査中
筆頭著者のテオ・デュランドは、インペリアル・カレッジ・ロンドンの学部生で、MITで1年間学び、ルーレット派遣の一環としてインペリアリルーレット所で働いていました。デュランド氏は最初に、一部の PGT がグリカン構築の最初のステップでどの糖を使用するかを決定する任務を負った。 糖基質として知られている PGT の。当初、これらの基質検査実験がうまくいかなかったとき、デュランド氏は予測ツールを開発するためにバイオインフォマティクスの力に目を向けました。
PGT の糖基質を戦略的に探索することは、PGT の数と細菌の多様性があり、それぞれが独自のグリカンと複合糖質のセットを持っているため、困難です。この問題に取り組むために、デュランド氏は、酵素機能イニシアチブによって開発された計算ツールキットの一部である配列類似性ネットワーク (SSN) と呼ばれるツールを導入しました。
上級著者によるとバーバラ インペリアーリ、1922 年卒業生、ルーレットおよび化学教授、SSN は、数万のタンパク質の配列の比較を通じてタンパク質の配列を分析する強力な方法を提供します。最適化された SSN では、類似したタンパク質がクラスターを形成し、PGT の場合、同じクラスター内のタンパク質は同じ糖基質を共有する可能性が高くなります。
たとえば、最初の糖基質がFucNAc4NであるPGTのクラスターに現れる、これまで特徴付けられていなかったPGTもFucNAc4Nを使用すると予測されます。その後、ルーレット者はその予測をテストして SSN の精度を検証できます。
FucNAc4N は、PGT の糖基質です。フソバクテリウム ヌクレアタム (F. nucleatum)、通常は口腔内にのみ存在するが、特定の癌や子宮内膜症と相関がある細菌、および肺炎球菌、肺炎を引き起こす細菌。
アッセイを調整中
グリカンを組み立てる重要な生化学的プロセスは、主に組み立てが細菌の内膜の内側に固定されているため、歴史的に定義することが困難でした。精製プロセス自体が難しい場合があり、精製されたタンパク質は、本来の膜環境の外に出ると必ずしも同じように動作するとは限りません。
これに対処するために、ルーレット者らは、細菌の膜にまだ埋め込まれたタンパク質を扱うように市販の検査法を改良し、タンパク質を精製するための数週間の作業を節約した。その後、活性があるかどうかを測定することで、PGT の基質を決定することができました。
基質が不明な PGT について、デュランドは文献を深く調査して、テストする新しい基質を見つけました。 FucNAc4N、最初の糖基質F.核、実際、デュランのお気に入りの砂糖でした。彼はそれを文献で見つけ、作り方と材料を求めてインペリアリルーレット所の元博士ルーレット員に連絡を取りました。
「結局、新しい、奇妙な砂糖を見つけるたびに興奮して、ウサギの穴に落ちてしまったのです」とデュランは笑いながら思い出します。 「これらの細菌は非常に複雑なことをたくさん行っており、実際に何が起こっているのかを理解するのに役立つツールはどれも役に立ちます。」
阻害剤の探索
Imperiali 氏は、この研究は細菌 PGT とその基質の理解における大きな前進であり、さらなる探求へのパイプラインを提示するものであると述べた。彼女は、他の研究者が興味のあるルーレットの SSN に独自の配列をシードできる、検索可能なデータベースを作成したいと考えています。
このパイプラインは細菌内の抗ルーレット質標的を明らかにする可能性もあります。たとえば、チームはこのアプローチを使用して阻害剤の開発を検討していると彼女は言います。
インペリアリルーレット室は、ボストン大学化学教授のカレン・アレン氏と大学院生のロクサーヌ・シウダ氏と協力して、次のような阻害剤をテストしました。F.核、この細菌は、最初の糖基質がFucNAc4Nである特定の癌および子宮内膜症と相関関係がある。彼らはまた、構造に基づく最適化を可能にするために、PGT に結合した阻害剤の構造を取得したいと考えています。
「ネットワークを使用して、PGT の基質を発見し、基質を検証し、それをスクリーニングで使用し、阻害剤をテストすることができました」とインペリアーリ氏は言います。 「これはバイオインフォマティクス、生化学、プローブ開発をすべてまとめたものであり、機能ゲノミクスの最高のものを表しています。」