黄色ブドウ球菌の2成分性毒素γ-ヘモリジンの膜孔構造形成機構の解明

Summary

　黄色ブドウ球菌は，ホスト細胞の血球を崩壊させるための，様々な膜孔形成毒素蛋白質を分泌する． 黄色ブドウ球菌の膜孔形成毒素は，単一の分子で構成されるα-ヘモリジンと， 2つの成分から構成される2成分性毒素に分類される． いずれの分子も可溶性の単量体として発現され，ターゲット細胞の表面で会合した後，多量体の膜孔を形成する(図1)．

図1: 2成分性毒素による膜孔の形成

これまでに，α-ヘモリジンの7量体の膜孔構造と2成分性毒素の単量体構造の立体構造がX線結晶構造解析により明らかにされてきたが，2成分性毒素の膜孔構造は未知であった． 本研究では，2成分性毒素の1つである，γ-ヘモリジン(Hlg2とLukFから構成される)の膜孔構造を2.5Åの分解能で決定し，2成分性毒素の膜孔形成機構の詳細を明らかにした． このモデルは，過去20年におよび蓄積されてきた黄色ブドウ球菌2成分性毒素の生化学的研究を適切に説明するものである．

γ-ヘモリジンの膜孔構造

　LukFとHlg2が4分子ずつ，交互に円状に配置した8量体構造を形成していた(図2)．

図2: 明らかになったγ-ヘモリジンの膜孔構造

単量体中では折り畳まれていたステム領域が伸び(図3)，2成分が交互に配置してβ-バレル型の膜貫通領域を形成していた．

図3: 単量体と膜孔中での各成分の構造の比較

膜孔の直径は25.5Å，膜外領域の直径は114Åであった． 8量体中には，2種類の分子接触界面(Hlg2-LukFの界面(Interface 1)とLukF-Hlg2の界面(Interface 2))が存在していたが，それぞれの接触面積は1068Å2，831Å2と大きく異なっていた．

提案された膜孔形成機構

　今回明らかになった膜孔構造と，既知の単量体構造，さらに，これまでに報告されてきた生化学的データをもとに，2成分性毒素の膜孔形成機構を提案した(図4)．

図4: 提案されたγ-ヘモリジンの膜孔形成機構

まず，LukFが赤血球膜上に結合する(状態1)．このとき，LukFはInterface 1を上に向けるように，膜に対して斜めに結合する． 次に，上に向けられたInterface 1にHlg2が結合する(状態2)． 形成された2量体は向きを変えて，LukFとHlg2の底部で膜に結合する(状態3)． 2量体同士が会合し，pre-poreと呼ばれる膜孔中間体を形成する(状態4)． Pre-poreの状態では，ステム領域は伸長せず，膜孔は形成されない． 最後に，ステム領域が大きく構造変化し，膜孔が形成される(状態5)．

Reference