S100A12の発現、精製および抗菌活性

S100タンパク質は、機能の多様な配列を有するカルシウム結合タンパク質のEFハンドファミリーのクラスである¹ 。それらは組織および細胞特異的様式で発現され、広範囲の細胞機能を調節する^2,3 。カルシウム結合タンパク質に特有のS100タンパク質は、細胞内および細胞外の両方の機能を発揮します^4,5 。細胞内では、Ca ²⁺結合は、タンパク質結合パートナー⁶を特異的に標的とする疎水性表面を露出する構造変化を誘導する。この細胞内機構は、細胞増殖、分化およびエネルギー代謝などの重要な過程を調節する。細胞外環境では、S100タンパク質は2つの機能を^示す7 。 1つは、それらは損傷関連分子パターン（DAMP）タンパク質として作用し、炎症促進性サイトカインパターン認識受容体^{8,9 との}相互作用による免疫性免疫応答。さらに、S100タンパク質クラスのいくつかのメンバーは、栄養免疫と呼ばれる過程で微生物病原体を飢餓にさせる働きをする転移金属を封鎖する^10,11 。

S100A12（カルグラヌリンCおよびEN-RAGEとしても知られている）は、マクロファージおよび好中球において高度に発現され、炎症性疾患の潜在的なバイオマーカーとして同定されている12,13。そのEF-Hand部位でカルシウムを結合することに加えて、S100A12は、ダイマー界面^14,15の反対側に位置する2つの高親和性遷移金属結合部位を有する。各結合部位は、3つのヒスチジン残基および1つのアスパラギン酸残基を含み、亜鉛または銅をキレートすることができるsup class = "xref"> 16,17。最近、我々は、S100A12依存性亜鉛欠乏が、 ヘリコバクターピロリの成長および炎症誘発性病原因子の活性を調節する上で重要であることを報告した¹⁸ 。

ピロリ菌は世界中の人口の約半分の胃に感染する。間違いなく最も成功した細菌病原菌の一つとなっている¹⁹ 。 H.pyloriによる感染は、胃炎、消化性および十二指腸性潰瘍、粘膜関連リンパ組織（MALT）リンパ腫、および浸潤性胃腺癌（胃癌）を含む重大な胃疾患の転帰につながり得る。胃癌は、世界の非心臓癌関連死の主要な原因であり、胃癌の1つの最も大きな関連する危険因子は、 H.pyloriの感染である。

ヘリコバクターピロリはロブにもかかわらず胃のニッチに存続するこの細菌感染を制御する免疫機構のより良い理解の必要性を強調している20,21,22,23。 H.pylori関連炎症は、感染部位にS100A12を含む抗菌タンパク質のレパートリーを沈着させる多形核細胞または好中球の深い浸潤によって特徴付けられる18,24,25。宿主と病原体の複雑な対話を理解するために、我々はS100A12を精製し、この医学的に関連する病原体に及ぼす抗菌作用を研究する技術を改良しようとした。以下のプロトコルは、生物学的に活性な状態でのS100A12精製のための改良技術を概説する。高い親和性を有する栄養素を結合する能力それらを侵入する微生物からキレートする。さらに、以下の方法は、本来の抗菌分子が細菌病原体の増殖を制限する機構を研究するための重要な試薬として、このタンパク質の有用性を強調している。

S100Aファミリータンパク質は、免疫シグナル伝達および宿主防御に関与する先天性免疫系分子の重要なグループとして評価されてきた²⁷ 。これらの中で最もよく研​​究されているものは、カルプロテクチン（MRP-8/14、カルグラニュリンA / B、S100A8 / A9） ^{28,29,30 で}ある。カルプロテクチンは、二量体界面^31で遷移金属に結合するS100A8およびS100A9サブユニットのヘテロ二量体を形成する好中球関連タンパク質である。カルプロテクチンは、2つの金属結合部位を有することが示されている：部位1は、Zn ²⁺ 、Mn ²⁺ 、またはFe ²⁺に結合することができ、部位2は、 Zn ^{2+ 31,32}に結合する。カルプロテクチンは、黄色ブドウ球菌 、 カンジダ・アルビカンス 、 アシネトバクター・バウマンニ 、 クレブシエラ・ニューモニエ 、 エシェリヒア・コリ 、およびヘリコバクター・ピロリを含む様々な病原体に対して抗菌活性を有すること、ならびにカルプロテクチンの金属キレート化活性に起因することが、 ^{、 29} 。

以前の研究は、カルプロテクチンが、外膜の脂質A構造の改変、（ ヘリコバクターピロリ中の主要な前炎症性ビルレンス因子である）カギIV型分泌系の抑制、バイオフィルム形成の誘発、および抑制を含むヘリコバクターピロリに対する多数の活性を発揮することを示したピロリ菌の増殖と生存率は用量依存的にclass = "xref"> 25,33。さらに、遺伝的および生化学的アッセイにより、 ヘリコバクター・ピロリに対するカルプロテクチンの抗菌活性は、栄養素に結合する能力に大きく起因することが明らかになった²⁵ 。 ピロリ菌は、この病原体が増殖し増殖するための微量栄養素要求を確認するために化学的に規定された培地を利用した以前の研究によって決定されたように、亜鉛を必要とする³⁴ 。さらに、カルプロテクチンは、 H.pylori感染組織内に非常に豊富であり、好中球浸潤物と関連しており^、感染およびその後の炎症の際の抗菌戦略として宿主がカルプロテクチンを使用する可能性があることを示している

バイアスプロテオミクススクリーニング技術からの最近の証拠は、反応性酸素種が豊富な条件下では、カルプロテクティブスズは、ヘキサ – ヒスチジン結合部位を変える翻訳後修飾を受け、それによってタンパク質^36の金属結合活性を阻害する。このように、本発明者らは、これらの分子の広いレパートリーの中の他のS100Aファミリータンパク質が補助金属キレート化剤として潜在的に作用する可能性があると仮説した。我々は、上記の翻訳後修飾についてのスクリーニングで同定されておらず、亜鉛に結合する能力を有し、 H.pylori感染個体由来のヒト組織において非常に豊富であるため、さらなる研究のためにS100A12を選択した。

本発明者らの研究は、S100A12がH.pyloriの G27株において用量依存的にH.pyloriの増殖および生存を阻害し、このタンパク質の抗菌活性が過剰栄養素亜鉛の添加によって逆転され得ることを示している。この研究は、S100A12がPMSS1および7.1に対する抗菌活性を示した以前の研究を補完するH. pyloriの 3菌株であり、多数の臨床分離株および実験室で適応されたH.pylori菌株に対する広範な抗菌活性を示している¹⁸ 。総合すると、これらの結果は、S100A12が栄養免疫による細菌の増殖と増殖を制御するメカニズムとして重要であることを確認しています。この重要な宿主 – 細菌相互作用の将来の研究には、宿主組織内の細菌負荷を低減するためのS100A12の活性を利用すること、またはH.pylori感染に関連して免疫シグナル伝達に対するこのタンパク質の寄与を決定することが含まれる。