乳酸菌由来菌体表層GAPDHのA型血液型抗原結合メカニズムの解明

抄録

　解糖系酵素であるグリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素（GAPDH）は代表的なムーンライティングプロテインとして知られている。我々は以前の研究で，GAPDHが腸ムチンやその糖鎖末端に発現しているABO式血液型抗原のA型およびB型抗原と結合することを明らかにしているが，糖鎖のどの部位に結合しているのかは不明なままであった。そこで，すでに明らかにしているLactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum JCM 1149^T由来リコンビナントGAPDH（rGAPDH）の結晶構造情報に基づいてA型血液型抗原結合部位の探索を行ったところ，サブユニット間の分子表面部分にリジン残基やアスパラギン酸残基がクラスターを形成しているキャビティー（空洞；357 Ų）があることを見出した。さらに，キャビティーの中心に位置する175番目のリジン残基（Lys175）がA型血液型抗原の結合に重要な役割を担うと予測した。そこで，DpnI法を用いて遺伝子工学的に部位特異変異導入を行い，Lys175を電荷を持たないアラニンに変異させたLys175Ala変異体であるgap（Lys175Ala）遺伝子を作製し，wild-typeと同様に発現と精製を行った。本酵素を用いて，A型血液型抗原との分子間相互作用をQuartz Crystal Microbalance (QCM)；水晶振動子マイクロバランス法で測定した。その結果，wild-typeのΔFの平均値（－173 Hz）はLys175Ala変異体酵素のΔFの平均値（－103 Hz）の1.7倍高い値であることから，L. plantarum由来rGAPDHのLys175がA型血液型抗原の認識に重要な役割を担っていることを明らかにした。rGAPDHとA型血液型抗原の詳細な結合構造を解明するため，AutoDock Vinaを用いた分子ドッキングシミュレーションを行った結果，rGAPDHとA型血液型抗原との結合エネルギーは－6.3 kcal/molであった。三糖で構成されるA型血液型抗原との結合は，Gln312の主鎖のNHがN-アセチルガラクトサミン（GalNAc）と水素結合しており，Lys175の側鎖がガラクトース（Gal）と水素結合していた。また，Asn311の側鎖がGalと水素結合しており，Asp255の側鎖がフコース（Fuc）と水素結合していることを明らかにした。