Enzymatic insight into the microbiota formation in infant guts

对婴儿肠道微生物群形成的酶学见解

• 批准号: 21H02116
• 负责人: 片山 高嶺
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02116/
• 关键词: 共生; ビフィズス菌; 糖鎖; ムチン糖鎖; スルホグルコシダーゼ; 腸内細菌; 母乳オリゴ糖; 代謝物; 転写因子; 共生・共進化; ヒト母乳オリゴ糖

本年度は、腸管ムチン糖鎖に作用する酵素について解析を行った。具体的には、Bifidobacterium bifidumのスルホグリコシダーゼ(BbhII)について解析を行った。ムチン糖鎖はシアル酸や硫酸による修飾を受けており、これらの修飾は腸内細菌による過剰なムチン分解を防ぐためとされているが、一部の腸内細菌はこれらの修飾基を外すための酵素を有している。シアル酸はシアリダーゼによって、硫酸基はスルファターゼによって分解されると考えられているが、本研究ではスルホグリコシダーゼに着目した。スルホグリコシダーゼとは6-sulfo-N-acetylglucosamine (GlcNAc6S)を遊離する酵素である。まず、ヒト乳児糞便サンプル中にGlcNAc6Sが検出されること、またその量がB. bifidumのbbhII遺伝子量と高い正相関を示すことを見出した。次に、コンベンショナルマウスにB. bifidum野生型を、また無菌マウスにB. bifidumの野生型およびbbhII変異型を投与して糞便中ムチン糖鎖の解析を行い、スルホグリコシダーゼが実際にムチン糖鎖の分解に関与していること、また遊離したGlcNAc6Sが他の細菌にクロスフィードされていることを明らかとした。次にX線結晶構造解析を行い、BbhIIのGlcNAc6S特異性の構造基盤を明らかとすると共に、活性ドメインのN末端側に糖質結合モジュール(CBM)32が存在していることを明らかとした。本CBMの存在は、BbhIIがムチンから効率よくGlcNAc6Sを遊離するのに重要な機能を有しており、このドメインを欠失した場合、pNP基質からのGlcNAc6S遊離能には全く変化がないにもかかわらず、ムチン糖鎖からのGlcNAc6S遊離能は大きく減少した。以上、スルホグリコシダーゼの腸内細菌における生理機能を初めて解明した。

今年，我们分析了作用于肠道粘蛋白糖链的酶。具体来说，我们分析了两歧双歧杆菌的磺基糖苷酶（BbhII）。粘蛋白糖链被唾液酸和硫酸修饰，据说这些修饰可以防止肠道细菌过度降解粘蛋白，但有些肠道细菌会去除这些修饰基团，其具有以下酶。人们认为唾液酸被唾液酸酶降解，硫酸基团被硫酸酯酶降解，但在本研究中我们关注的是磺基糖苷酶。磺基糖苷酶是一种释放 6-磺基-N-乙酰氨基葡萄糖 (GlcNAc6S) 的酶。首先，我们发现在人类婴儿粪便样本中检测到了GlcNAc6S，其含量与两歧双歧杆菌中bbhII基因的含量呈高度正相关。接下来，我们通过给常规小鼠施用两歧双歧杆菌野生型，以及给无菌小鼠施用两歧双歧杆菌野生型和bbhII突变体来分析粪便粘蛋白糖链，结果表明GlcNAc6S参与降解，并且释放的GlcNAc6S是交叉的。 -喂给其他细菌。接下来，我们进行了 X 射线晶体结构分析，以阐明 BbhII 的 GlcNAc6S 特异性的结构基础以及活性结构域 N 末端碳水化合物结合模块 (CBM) 32 的存在。该CBM的存在表明BbhII在从粘蛋白中有效释放GlcNAc6S方面具有重要功能，并且当删除该结构域时，从pNP底物中释放GlcNAc6S的能力没有变化，从粘蛋白糖中释放GlcNAc6S的能力没有变化。链条大大减少。如上所述，我们首次阐明了肠道细菌中磺基糖苷酶的生理功能。

项目成果

Human Milk Oligosaccharide Utilization in Intestinal Bifidobacteria Is Governed by Global Transcriptional Regulator NagR.

• DOI: 10.1128/msystems.00343-22
• 发表时间: 2022-10-26
• 期刊: mSystems
• 影响因子: 6.4

酵素のカギ穴から考える ヒトとビフィズス菌の共生

人类与双歧杆菌的共生：通过酶的钥匙孔思考

• 发表时间: 2022
• 作者: 川口 貴大;山縣 里美;松﨑 桃子;谷 元洋;三上智世,NADIA NUR SHAZANA BINTI ABU TALIB KHAN,小島幸治，山口 晴彦，廣森 美樹，和氣 駿之，宮城 ゆき乃，山下 哲，戸澤 譲，中山 亨，高橋 征司;片山高嶺
• 通讯作者: 片山高嶺

Wageningen University(オランダ)

瓦赫宁根大学（荷兰）

Crystal structures of glycoside hydrolase family 136 lacto-N-biosidases from monkey gut- and human adult gut bacteria

来自猴肠道和人类成人肠道细菌的糖苷水解酶家族 136 乳糖-N-二糖苷酶的晶体结构

• DOI: 10.1093/bbb/zbac015
• 发表时间: 2022
• 期刊: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
• 作者: Chihaya Yamada;Takane Katayama ;Shinya Fushinobu
• 通讯作者: Shinya Fushinobu

オリゴ糖が有するプレバイオティクス効果の 分子基盤と応用展開

低聚糖益生元作用的分子基础及应用进展

• 发表时间: 2022
• 作者: Keisuke Tomita;Yoko Yashiroda;Yasuhiro Matsuo;Jeff S Piotrowski;Sheena C Li;Reika Okamoto;Mami Yoshimura;Hiromi Kimura;Yumi Kawamura;Makoto Kawamukai;Charles Boone;Minoru Yoshida;Hideaki Nojiri;Kazunori Okada;丸山 潤一;林 美里;今泉璃城，三沢柊人，山口晴彦，宮城ゆき乃，竹下浩平，廣森美樹，高橋征司，山下哲;安藤友理，村上雄人，福田青郎，藤原伸介．;片山高嶺
• 通讯作者: 片山高嶺