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FBXO2/SCF ubiquitin ligase complex directs xenophagy through recognizing bacterial surface glycan

Yamada, Akihiro 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k23605

2022.01.24

概要

【諸言】
細胞内へ侵入した病原性細菌に対して、宿主は細菌をユビキチンで標識することで選択的にゼノファジー(微生物に対するオートファジー)により排除する。このユビキチン化を担うリガーゼは複数報告されているが、ユビキチンリガーゼがどのように細菌を認識するかは明らかになっていない。今回の研究では、ヒトの病原性細菌であるA 群レンサ球菌に対するユビキチン化機構に着目し、菌体表層の糖鎖がユビキチン標識とゼノファジー誘導に関与すること、そしてこの糖鎖を認識するユビキチンリガーゼを同定し、ゼノファジー誘導に必須であることを明らかにした。

【結果】
1. GAC 側鎖GlcNAc はA 群レンサ球菌のユビキチン化とゼノファジー誘導に関与する
A 群レンサ球菌は菌体表層に種特異的な糖鎖構造を有することから、この表層糖鎖 (Group ACarbohydrate, GAC) の生合成に関わる遺伝子 (gacA-gacL) の欠失変異体を作製し、感染時のゼノファジー誘導率を解析した。その結果、糖鎖側鎖 (GlcNAc) の生合成に関わるgacI, J, K, L の欠損変異株の感染では、ゼノファジーの誘導率が低かった。さらに、GlcNAc 側鎖の生合成に必須なgacI の遺伝子欠損変異株は、細胞内においてユビキチンで標識される割合が野生株に比べて半減していた。これらの結果から、GlcNAc がA 群レンサ球菌に対するユビキチン化標識とゼノファジー誘導に関与していることが示唆された。

2. FBXO2 はGASのGlcNAc を認識する
A 群レンサ球菌に対するユビキチンリガーゼを明らかにするため、SCF ユビキチンリガーゼ複合体の構成要素である糖鎖結合型F-box タンパク質(FBXO2、FBXO6、FBXO27)に着目し、局在を解析した結果、FBXO2 が最も高頻度で A 群レンサ球菌周囲にリクルートしていた。さらに、FBXO2 の糖鎖認識に関わるアミノ酸残基の変異により、細胞内の菌へのリクルートとin vitro での菌への結合が消失した。これらの結果から、FBXO2 はGlcNAc を介してA群レンサ球菌を認識していることが示唆された。

3. FBXO2 はゼノファジーに関与する
ゼノファジーにおけるFBXO2 機能を明らかにするために、FBXO2 ノックアウト (KO) 細胞を作成した。FBXO2 KO細胞では、ユビキチンの菌へのリクルート率とオートファゴソームの形成率が減少し、殺菌効率も低下した。さらに、ノックアウト細胞に FBXO2 の発現を相補することでユビキチンの菌へのリクルート率とオートファゴソームの形成率は回復し、この回復は糖鎖認識できないFBXO2 変異体では認められなかった。この結果から、FBXO2 は糖鎖認識を介してA 群レンサ球菌のユビキチン標識とゼノファジー誘導に関与することが示された。

4. SCFFBXO2はゼノファジーに関与する
FBXO2は SKP1, CUL1, ROC1と共に複合体 (SCF複合体) を形成して基質認識に機能することから、他のSCF 構成要素の機能についてもsiRNA ノックダウン試験で検証したところ、これらのノックダウンによりゼノファジー誘導が有意に阻害された。さらに、FBXO2 依存的なSKP1, CUL1, ROC1 の菌への局在化が認められた。以上の結果から、FBXO2 を基質認識因子とするSCF ユビキチンリガーゼ複合体 (SCFFBXO2) はA群レンサ球菌のユビキチン標識とゼノファジー誘導に関与することが明らかになった。

【結論】
A 群レンサ球菌感染に対して、菌種特異的な GAC 側鎖構造を宿主の SCFFBXO2 が直接認識し、ユビキチン化を制御することで、ゼノファジーを誘導することが示された。今回の知見は、ユビキチンを介した炎症応答や細胞死誘導等の生体防御反応においても、ユビキチン化酵素による直接的な菌体認識により活性化する可能性と、その仕組みを解明するための重要な手掛かりになると考えられる。

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参考文献

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