哺乳類腸内の細菌はフィットネスに相分離を必要とする

哺乳類腸内の細菌はフィットネスに相分離を必要とする

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7229

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7229

EMILIA KRYPOTOU HTTPS://ORCID.ORG/0000-0003-3258-9983, GUY E. TOWNSEND II HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-8231-3769, [...], AND EDUARDO A. GROISMAN HTTPS://ORCID.ORG/0000-0001-6860-7691 +5著者情報・所属先
SCIENCE（サイエンス
16 2023年3月
第379巻 6637号
pp. 1149-1156
DOI: 10.1126/science.abn7229
2,250
メトリックス
総ダウンロード数2,250件
直近6ヶ月間2,250円
過去12ヶ月間2,250
CHECK ACCESS
フェーズを通過する
構造化アブストラクト
アブストラクト
補足資料
参考文献と注意事項
イーレターズ (0)
フェーズを通過する
腸内細菌叢は人間の健康にとって重要である。有益な細菌が腸に定着する仕組みを理解することで、腸の健康を促進する医療介入が可能になります。Krypotouらは、腸内常在菌の体力を向上させるメカニズムを発見した。Bacteroides thetaiotaomicronは、膜のないコンパートメント内に転写因子を隔離することで、栄養制限や哺乳類の腸内環境に対応した。この分子凝縮により、転写因子の活性が高まり、腸内環境を促進するいくつかの遺伝子を含む数百の遺伝子の転写が修正された。このように、常在細菌はタンパク質の凝縮を利用して哺乳類宿主をコロニー化することができる。-SMH
構造化アブストラクト
イントロダクション
腸内細菌は、人間の健康に重要な役割を果たしている。現在行われている臨床試験では、腸内細菌叢を操作して様々な病気に対処することを目指しています。しかし、有益な細菌が腸内コロニー形成に成功する要因やメカニズムに関する知識は限られています。常在菌であるBacteroides thetaiotaomicronは、ヒトの腸内に最も多く存在する細菌種の1つであり、一般的に痩せた健康な人に多く見受けられます。
解説
細胞は、遺伝子の転写を変化させることで環境シグナルに応答する。グラム陰性菌では、転写終結因子Rhoは、遺伝子やオペロンの末端、mRNAのリーダー領域で転写を終結させる必須RNAヘリカーゼであり、制御を行う際に重要な役割を果たします。B. thetaiotaomicronのRhoタンパク質は、大腸菌やサルモネラ菌のRhoタンパク質にはない、大きな本質的に無秩序なドメイン（IDR）を持つという珍しいタンパク質である。今回の研究により、このIDRがRhoの機能とB. thetaiotaomicronの腸内共生能力にどのような影響を与えるかが明らかになりました。
研究成果
我々は、Rho IDRを欠損したB. thetaiotaomicron株を作製し、実験用培地では生存可能であるが、無菌マウスの腸内では野生型（WT）Rho発現親株に容易に駆逐されることを明らかにした。また、ΔIDR株は、ヒト腸内の主要な系統を代表する13種の複雑な細菌群集を保有する無菌マウスにおいても、WT株と競合していたことが明らかになりました。これらの結果から、Rhoが哺乳類の腸内環境に適合するためには、IDRが必要であることが明らかになりました。
IDRはRNA結合タンパク質に多く存在し、液液相分離による無膜コンパートメントの形成を促進することができます。WT Rhoはin vitroで塩やタンパク質濃度、RNAの存在に依存して液滴を形成したが、ΔIDR Rhoはタンパク質濃度が20倍高くても液滴を形成しなかった。精製IDRもWT Rhoと同様にin vitroで液滴を形成したが、WT Rhoとは異なり、RNAの存在下でのみ液滴を形成した。免疫蛍光実験では、炭素飢餓に直面したWT B. thetaiotaomicronやマウス盲腸から採取したRho凝縮体を確認した。一方、ΔIDR株のRhoは、すべての試験条件下で、細菌の細胞質全体に均一に分布していた。したがって、Rhoの相はIDR依存的にin vitroとin vivoで分離される。
RhoのIDRと相分離がRhoの転写終結活性に果たす役割を明らかにするため、異なるテンプレート、精製WT RhoとΔIDR Rho、相分離と非相分離の両方の条件を用いてin vitro転写終結アッセイを実施した。相分離条件下では、WT RhoはΔIDR Rhoよりも効率よく転写を終結させた。一方、非相分離条件では、WT RhoとΔIDR Rhoは同程度の終止効率を示した。あるテンプレートでの終結は相分離条件下でのみ起こり、他のテンプレートでの終結はどちらの条件下でも起こった。このように、WT Rhoが相分離した区画に隔離されることで、Rhoの終結活性が高まり、特定のテンプレートでの終結に必須であることがわかった。
B. thetaiotaomicronが腸内にいるときのRho IDRが遺伝子制御に果たす役割を明らかにするため、マウス盲腸から採取した同種のWTおよびΔIDR Rho株のRNA-seq解析を実施した。その中には、B. thetaiotaomicronが合成できない特定のビタミンを獲得するための遺伝子や、アミノ酸や低分子の生合成、タンパク質のホメオスタシスといった細胞内の中心的な経路に関与するタンパク質を特定する遺伝子など、腸内環境に適応するために必要な遺伝子が数百個確認されました。
結論
我々は、B. thetaiotaomicronや他の常在菌が哺乳類の腸にうまく住み着くための分子機構として、Rho相分離を明らかにした。炭素飢餓とマウス腸内環境は、Rho分子の膜なしコンパートメントへの隔離を引き起こすことで、Rho終結活性を高め、それによって多くの遺伝子の発現を変化させる。この結果は、高度に保存されたタンパク質内の単一のドメインが、その生化学的な中核機能を変えることなくその特性を拡大し、今や生物の生理学において重要な役割を担っていることを示すものである。
常在菌B. thetaiotaomicronにおける転写終結因子Rhoの相分離は、遺伝子発現を制御し、哺乳類腸内細菌のフィットネスを促進する。
栄養飢餓は、Rho分子のサブセットを膜のないコンパートメントに相分離させる引き金となる。Rho分子の膜なしコンパートメントへの隔離は、Rho転写終結活性を増加させ、腸のコロニー形成に必要ないくつかの遺伝子を含む数百の遺伝子のRNA量を変更し、腸内の細菌のフィットネスを促進することがわかった。
詳細はこちら
ビューアーで開く
アブストラクト
腸内細菌叢を治療的に操作することは、人間の健康にとって大きな可能性を秘めている。そのため、細菌が腸に定着するためのメカニズムは、臨床的介入のための貴重なターゲットとなります。今回、我々は、細菌が相分離を利用して哺乳類の腸内で体力を向上させることを報告した。我々は、ヒトの常在菌であるバクテロイデス・テタイオタミクロンにおいて、広く高度に保存されている転写終結因子Rhoの内在性無秩序領域（IDR）が、生体内および生体外で相分離に必要かつ十分であることを確認した。相分離は、IDR依存的にRhoによる転写終結を増加させる。さらに、IDRは腸内における遺伝子制御に重要であることがわかった。この結果は、相分離が宿主と常在菌の相互作用に不可欠であることを明らかにし、新たな臨床応用につながるものである。
この記事へのアクセスはこちら
購入可能なオプションをすべて表示し、この記事への完全なアクセスを取得します。
アクセスを確認する
すでに購読者またはAaas会員ですか？個人または所属団体でサインインする
補足資料
このPDFファイルには、以下の内容が含まれています。
図S1〜図S16
表S2および表S3
DOWNLOAD
22.80 MB
その他、本原稿の補足資料には以下のものがある。
表S1
DOWNLOAD
827.27 KB
MDAR 再現性チェックリスト
DOWNLOAD
488.44 KB
映画S1、S2
DOWNLOAD
43.19 MB
本論文のプロトコルをBio-protocolから閲覧・請求することができます。
参考文献と注意事項
1
J. Durack, S. V. Lynch, The gut microbiome: 病気との関係、治療の可能性。J. Exp. Med.216, 20-40 (2018).
クロスレフ（CROSSREF
パブコメ
グーグル・スカラー（GOOGLE SCHOLAR
2
P. J. Turnbaugh, R. E. Ley, M. A. Mahowald, V. Magrini, E. R. Mardis, J. I. Gordon, An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature444, 1027-1031 (2006).
クロスリファレンス
パブコメ
符号間干渉
グーグル・スカラー（GOOGLE SCHOLAR
3
R. ハンセン、I. R. サンダーソン、R. ムハメッド、S. アレン、C. ツィビニコス、P. ヘンダーソン、L. ジェルヴェス、I. B. ジェフリー、 D. P. マリンズ、 E. A. オヘリー、 J. D. ウェインバーグ、 G. キトソン、 R. K. Russell、D. C. Wilson、青年期クローン病における（Thetanix）Bacteroides thetaiotaomicronの安全性と忍容性を評価する二重盲検、プラセボ対照試験. Clin. Transl. Gastroenterol.12, e00287 (2021).
CROSSREF
パブコメ
グーグル・スカラー（GOOGLE SCHOLAR
4
P. R. Banerjee, A. N. Milin, M. M. Moosa, P. L. Onuchic, A. A. Deniz, Reentrant Phase Transition Drives Dynamic Substructure Formation in Ribonucleoprotein Droplets. Angew. Chem. Int. Ed.56, 11354-11359 (2017).
クロスレフ（CROSSREF
パブコメ
符号間干渉
グーグル・スカラー（GOOGLE SCHOLAR
すべてのリファレンスを表示する
(0)eLetters
eLettersは、継続的なピアレビューのためのオンラインフォーラムです。eLettersは編集、校正、索引付けされません。eレターを投稿する前に、当社の利用規約をお読みください。
ログインして回答を送信する
この記事に掲載されたeLetterはまだありません。
TrendMDのおすすめ記事
トールライク・レセプター2経路によるヒト微生物叢の常在菌のコロニー形成
ジューン・L・ラウンドほか、サイエンス、2011年
抗菌ペプチド耐性は炎症時の著名な腸内常在菌の回復力を媒介する
T. W. Cullenら、Science、2015年
肺炎における微生物叢。保護から素因へ
Charlotte Thibeaultら、Sci Transl Med、2021年。
抗生物質耐性病原体に対抗する腸内細菌叢を復活させる
エリック・G・パマー、サイエンス、2016年
自家糞便微生物移植による抗生物質治療患者の腸内細菌叢の再構築
Ying Taurら、Sci Transl Med、2018年
Powered by
最新号
システインカルボキシエチル化によりネオアンチゲンを生成し、HLA制限自己免疫を誘導する。
バイ

ユエ・ツァイ

リャン・チェン

ET AL.
幾何学的な深層光センシング
バイ

シャオファン・ユアン（Shaofan YUAN

チャオ・マ

ET AL.
生物多様性を守るために病気を軽減する
バイ

アマデウス・プルーニー

フィリップ・ボーニング（PHILIPP BÖNING

ET AL.
目次
ADVERTISEMENT
最新ニュース
サイエンス・インサイダー 2023年3月20日
不祥事を起こしたスター植物学者、2本目の論文が撤回される
NEWS20 MAR. 2023
小惑星が地球に衝突する危険性が高いことが衛星データから示唆される
サイエンス・インサイダー 2023年3月20日
アフリカでのポリオ発症は、新しい経口ワクチンと関連している
scienceinsider17 mar 2023
許しがたいことだ」。WHO、COVID-19の原産地に関する潜在的データを開示しなかった中国を非難
ニュース 2023年3月17日
重度のアレルギー反応には神経系が関与している可能性がある
scienceinsider17 mar 2023
世界各地で増加する高セキュリティの病原体研究所に懸念の声も
ADVERTISEMENT
レコメンデッド
リサーチ記事2016年2月号
栄養失調児の微生物叢から伝わる成長障害を予防する腸内細菌について
パースペクティブズノベンバー2019
免疫賦活作用のある腸内細菌
エディターズチョイス2013年1月号
腸内細菌と薬物の相互作用を垣間見る
リサーチ記事2015年10月
複数のヒト腸内細菌Bacteroidesのin vivoフィットネスと食餌反応性の遺伝的決定因子の解明
ADVERTISEMENT
全文を見るPDFをダウンロードする
スライドショーをスキップする
FOLLOW US
ニュース
すべてのニュース
サイエンスインサイダー
ニュース特集
サイエンスからのお知らせを購読する
サイエンスFAQからのお知らせ
サイエンスからのお知らせについて
採用情報
採用情報記事
求人情報を探す
採用企業プロフィール
COMMENTARY
オピニオン
分析
ブログ
ジャーナル（JOURNALS
サイエンス
サイエンスアドバンス
科学 免疫学
サイエンス ロボティクス
サイエンスシグナリング
サイエンス・トランスレーショナル・メディシン
サイエンス・パートナー・ジャーナル
著者・査読者
著者向け情報
査読者向け情報
リブラリアン（LIBRARIANS
機関投資家向けサブスクリプションの管理
図書館アドミンポータル
見積もり依頼
ライブラリアンFAQ
アドバタイザー
広告キット
カスタムパブリッシング情報
求人情報を掲載する
関連サイト
AAAS.org
AAAS コミュニティー
EurekAlert!
教室で学ぶ科学
会社概要
リーダーシップ
AAASで働く
賞金・賞品
ヘルプ
よくあるご質問
アクセス＆サブスクリプション
単行本のご注文
転載・許可について
TOCアラートとRSSフィード
お問い合わせ
© 2023 American Association for the Advancement of Science. 無断転載を禁じます。AAASは、HINARI、AGORA、OARE、CHORUS、CLOCKSS、CrossRef、COUNTERのパートナーです。Science ISSN 0036-8075。
サービス利用規約

プライバシーポリシー

アクセシビリティ