292: φX174 YES複合体（PhiX174 YES Complex）

著者: David S. Goodsell 翻訳: 工藤 高裕（PDBj）

MraY（青色）、φX174 Eタンパク質（オレンジ色）、SlyD（緑色）からなるYES複合体。細菌の内膜は灰色で模式的に示している。
MraY（青色）、φX174 Eタンパク質（オレンジ色）、SlyD（緑色）からなるYES複合体。細菌の内膜は灰色で模式的に示している。 高解像度TIFF画像はこちら。

バクテリオファージ（bacteriophage）は細菌を食べる天然の捕食者で、細菌の表面に結合してゲノムを注入する。このゲノムは多くの場合1本鎖DNAで、バクテリオファージの新しいコピーをたくさんつくるよう指示し、複製されたバクテリオファージは細胞から飛び出して細菌を死滅させる。バクテリオファージは環境中のどこにでも存在し、ほとんどの細菌にはそれらを攻撃するさまざまな種類のバクテリオファージがある。例えば、よく研究されている2種類のバクテリオファージ、T4とφX174（ファイエックス174、phiX174）は、どちらも大腸菌を攻撃する。

被覆を壊す

いったんバクテリオファージが細胞内で増殖すると、「どうやって外に出るか」という難題に直面する。細菌細胞は多くの場合、ペプチドグリカン（peptidoglycan、タンパク質と糖鎖からなる丈夫な網状構造）の層に囲まれている。そのためバクテリオファージは、この保護膜を破壊するタンパク質を必要とする。バクテリオファージT4はペプチドグリカン鎖を切断する酵素リゾチーム（lysozyme）を使う。一方、バクテリオファージφX174は、タンパク質E（protein E）と呼ばれる小さなタンパク質を作り、ペプチドグリカンの被覆を作る機械が働かないようブロックする。

タンパク質EにYESと言おう

PDB ID 8g02の構造をみると、タンパク質Eがどのように活動するのかががわかる。このタンパク質は、細菌の酵素でペプチドグリカン合成において中心的役割を果たすMraYと結合する。MraYはペプチドグリカンの小さな前駆体を脂質輸送体に結合させるが、脂質をくっつけることで、他のタンパク質が前駆体を細胞外へと反転させ、成長中のペプチドグリカン鎖に付着させることが容易になる。タンパク質Eは、MraYと結合し活性部位を覆ってこの過程をブロックする。またタンパク質Eは、2つ目のタンパク質であるシャペロンタンパク質SlyDを呼び寄せ、MraYの活性部位をさらに塞ぐ。MraY、タンパク質E、SlyDを含む複合体全体はYES複合体（YES complex）と呼ばれている。

ファージ療法

ファージは細菌を殺すので、感染症の治療に役立つ。ファージ療法は、1919年に赤痢（dysentery）をファージで治療したのを皮切りに、1世紀以上も使われてきたが、ペニシリン（penicillin）などの抗生物質が発見された後、西洋医学では使われなくなった。抗生物質には、投与が簡単で、多くの場合、広範囲の細菌を対象とするという大きな利点がある。しかし近年、抗生物質耐性菌が出現したことで、有効な抗生物質がない感染症に効果的な代替手段を提供できるファージ療法が再び注目されている。

DNA注入

φX174 Hタンパク質のチューブ形成ドメイン。
φX174 Hタンパク質のチューブ形成ドメイン。 高解像度TIFF画像はこちら。

バクテリオファージ感染における最初の段階で、細菌の細胞壁にも問題を引き起こす。T4のような多くのバクテリオファージは、細菌の表面に結合し、壁を通してDNAを注入する精巧な尾部を持っている。一方φX174はより単純なやり方を使う。φX174はタンパク質をコードしていて、このタンパク質は最後の瞬間に管状に集まり、細胞壁を通してDNAを注入するのに十分な大きさの通路を作る。PDB ID 4jppの構造には、タンパク質の管状構造をつくる部分が含まれている。

構造をみる

YES複合体と抗生物質

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多くの抗生物質は、ペプチドグリカンの被覆をつくる細菌の酵素を攻撃する。例えば、ペニシリンは、前駆体をつなぎ合わせて網状構造をつくる酵素をブロックする。天然の抗生物質ムライマイシンD2（muraymycin D2）はMraY（PDB ID 5ckr）に結合して、φX174のEタンパク質と同様に活性部位をブロックする。図の下のボタンをクリックして対話的操作のできる画像に切り替え、これら2つの構造をより詳しく調べてみて欲しい。

理解を深めるためのトピックス

  1. バクテリオファージやその他のウイルスについては、「Exploring the Structural Biology of Viruses」（ウイルスの構造生物学）で詳しく説明しています。
  2. PDB-101にある資料を見ると、抗生物質耐性に関する生物学と構造について調べることができます。

参考文献

  1. 8g02 Orta, A.K., Riera, N., Li, Y.E., Tanaka, S., Yun, H.G., Klaic, L., Clemons Jr., W.M. 2023 The mechanism of the phage-encoded protein antibiotic from Phi X174. Science 381 eadg9091-eadg9091
  2. Strathdee, S.A., Hatfull, G.F., Mutalik, V.K., Schooley, R.T. 2023 Phage therapy: From biological mechanisms to future directions. Cell 186 17-31
  3. 5ckr Chung, B.C., Mashalidis, E.H., Tanino, T., Kim, M., Matsuda, A., Hong, J., Ichikawa, S., Lee, S.Y. 2016 Structural insights into inhibition of lipid I production in bacterial cell wall synthesis. Nature 533 557-560
  4. 4jpp Sun, L., Young, L.N., Zhang, X., Boudko, S.P., Fokine, A., Zbornik, E., Roznowski, A.P., Molineux, I.J., Rossmann, M.G., Fane, B.A. 2014 Icosahedral bacteriophage Phi X174 forms a tail for DNA transport during infection. Nature 505 431-435

この記事はRCSB PDBのPDB-101で提供されている「Molecule of the Month」の2024年4月の記事を日本語に訳したものです。転載・引用については利用規約をご覧ください。

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