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ETECとワクチン開発に関する新しい知見

ETECのEtpAタンパク質に関する研究は、効果的なワクチンにつながるかもしれない。

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ETECワクチン研究の進展ETECワクチン研究の進展レークスルーにつながるかも。EtpAに関する新しい発見がワクチンのブ
目次

腸毒素原性大腸菌、略してETECは、下痢を引き起こす細菌の一種だよ。LT(熱に弱い)とST(熱に強い)という2つの主な毒素を生成する。ETECは、清潔な水や衛生状態が悪い場所でよく見られる病気の原因。毎年、特に低所得地域の幼い子供たちの間で、何百万件もの下痢のケースがあるんだ。この感染は、ひどい下痢や最悪の場合、死に至ることもある。ETECに感染した子供は、成長不良や栄養失調といった長期的な問題を抱えるリスクがあるよ。

ワクチンの必要性

ETEC感染は深刻で長引く影響があるから、ワクチンを作るのがすごく重要なんだ。科学者たちは、ETECの表面にある新しい分子を探していて、それがワクチン開発のターゲットになる。重要な発見の一つは、ETECのDNAの一部であるetpBAC遺伝子座。この部分は、腸の内部にくっつくのを助けるEtpAというタンパク質を作る役割を持っている。

EtpAの役割

EtpAは、糖分子で重く修飾されたタンパク質だ。これはETECと腸の表面の間の橋の役割をしていて、細菌が宿主に感染するために重要なんだ。このタンパク質は腸細胞の表面にある特定の糖に結合できて、細菌が毒素を効果的に届ける手助けをする。面白いことに、A型の人はEtpAを生成するETEC株に感染したときに、下痢を引き起こしやすいんだ。

ワクチン用のEtpA研究

研究によると、etpBAC遺伝子座はさまざまなETEC株で非常に似ていて、EtpAはワクチンの有望なターゲットになってる。自然感染やEtpAによるワクチン接種後に体内で作られた抗体は、ETECに対する防御を提供できることが分かってる。EtpAでワクチン接種を受けた人たちは、感染を避ける確率が高くなるって。

EtpAの構造

EtpAをワクチンに使う方法を理解するため、科学者たちはその構造を研究してる。クライオ電子顕微鏡などの技術を使って、EtpAの詳細な視覚を得たんだ。結果、EtpAはさまざまなセクションからなる細長い形をしていることが分かった。あるセクションはタンパク質を細胞壁にくっつける役割を果たし、別のセクションにはA型の糖を認識するために重要な繰り返し部分が含まれている。

EtpAがA型血液に結合する仕組み

EtpAがA型の糖に結合する部分には4つの繰り返し領域がある。この人間の細胞の糖と相互作用する能力は、ETECが感染を引き起こすために不可欠なんだ。研究者たちはEtpAからこれらの繰り返しセクションのいくつかを取り除いてみたら、ターゲット糖に効果的に結合できなくなったことが分かった。これらの繰り返しが一緒に機能してることを示してるんだ。

EtpAに対する抗体

どの部分のEtpAがETEC感染から守るかを調べるため、科学者たちはEtpAをターゲットにした抗体を調査した。2つの特定の抗体、1G05と1C08がEtpAの異なる部分に結合できることが分かった。1G05抗体はEtpAをA型の糖に結合させるのを妨げることができ、一方1C08は同じ効果を持っていない。このことは、すべての抗体が感染を防ぐ能力が同じではないことを示唆してる。

EtpAの構造とその抗体結合

EtpAの構造は、タンパク質の異なる部分が特定の方法で抗体と相互作用していることを明らかにしている。1G05抗体は、A型を認識する役割のあるEtpAの部分に結合する。この結合を通じて、細菌が宿主細胞にくっつく能力を効果的に減少させ、感染を防ぐことができるんだ。

EtpAの糖鎖付加

EtpAの注目すべき点は、広範な糖コーティングを持っていて、その機能に重要な役割を果たしていること。糖鎖付加は、糖分子をタンパク質に追加することを指す。EtpAの場合、これはEtpCという関連タンパク質を通じて行われ、糖分子をEtpAに結合させる手助けをする。このEtpAの糖鎖の存在は、タンパク質を安定させ、宿主細胞との相互作用をより効果的にするかもしれない。

表面糖鎖とその影響

EtpAの研究によると、その糖鎖は表面に不均等に分布していることがわかった。タンパク質の一部には糖が高濃度で存在していて、これが宿主細胞との相互作用に影響を与えるかもしれない。一方で、他の部分には糖が少なく、異なる結合の可能性を持たせている。この不均等な分布は、糖が免疫系との相互作用にどのように影響を与えるかという疑問を呼び起こす。

ワクチン開発への影響

EtpAの構造や糖分子に関する発見は、ETECに対する効果的なワクチン設計に重要な意味を持っている。EtpAが腸細胞の糖にどのように結合し、抗体がこの相互作用をどのように妨げるかを理解することで、科学者たちはより効果的なワクチンを作れるようになる。EtpAの機能に不可欠な部分に焦点を当てることで、研究者たちは細菌を効果的に中和するワクチンの開発を目指しているんだ。

結論

ETECは、多くの地域で特に子供たちにとって大きな健康問題を表してる。EtpAというタンパク質は、この細菌が宿主にくっついて感染するのに重要な役割を果たしている。EtpAに関する研究が進めば、ETEC感染の負担を減らすワクチンの開発に希望が持てる。EtpAと免疫系の相互作用をさらに理解することで、科学者たちはこの一般的な下痢の原因を防ぐためのより良い戦略を作れるようになる。EtpAの研究は、ETEC生物学の重要な側面を明らかにするだけでなく、この深刻な健康問題に対抗するための革新的なワクチン開発への道を切り開いているんだ。

オリジナルソース

タイトル: Repeat modules and N-linked glycans define structure and antigenicity of a critical enterotoxigenic E. coli adhesin

概要: Enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) cause hundreds of millions of cases of infectious diarrhea annually, predominantly in children from low-middle income regions. Notably, in children, as well as human volunteers challenged with ETEC, diarrheal severity is significantly increased severity in blood group A (bgA) individuals. EtpA, is a secreted glycoprotein adhesin that functions as a blood group A lectin to promote critical interactions between ETEC and blood group A glycans on intestinal epithelia for effective bacterial adhesion and toxin delivery. EtpA is highly immunogenic resulting in robust antibody responses following natural infection and experimental challenge of human volunteers with ETEC. To understand how EtpA directs ETEC-blood group A interactions and stimulates adaptive immunity, we mutated EtpA, mapped its glycosylation by mass-spectrometry (MS), isolated polyclonal (pAbs) and monoclonal antibodies (mAbs) from vaccinated mice and ETEC-infected human volunteers, and determined structures of antibody-EtpA complexes by cryo-electron microscopy. Both bgA and mAbs that inhibited EtpA-bgA interactions and ETEC adhesion, bound to the C-terminal repeat domain highlighting this region as crucial for ETEC pathogen-host interaction. MS analysis uncovered extensive and heterogeneous N-linked glycosylation of EtpA and cryo-EM structures revealed that mAbs directly engage these unique glycan containing epitopes. Finally, electron microscopy-based polyclonal epitope mapping revealed antibodies targeting numerous distinct epitopes on N and C-terminal domains, suggesting that EtpA vaccination generates responses against neutralizing and decoy regions of the molecule. Collectively, we anticipate that these data will inform our general understanding of pathogen-host glycan interactions and adaptive immunity relevant to rational vaccine subunit design. Author summaryEnterotoxigenic E. coli (ETEC), a leading cause of diarrhea disproportionately affecting young children in low-income regions, are a priority for vaccine development. Individuals possessing A blood-type are more susceptible to severe cholera-like disease. EtpA, a secreted, immunogenic, blood group A binding protein, is a current vaccine target antigen. Here, we determined the atomic structure of EtpA in complex with protective as well as non-protective monoclonal antibodies targeting two different domains of the protein, allowing us to pinpoint key regions involved in blood-group A antigen recognition and uncover the mechanism of antibody-based protection. In addition, we show through mass-spectrometry that EtpA is extensively and heterogeneously glycosylated at surface-exposed asparagine residues by a promiscuous and low-fidelity glycosyltransferase, EtpC, and that this unique form of bacterial glycosylation is critical for to development of protective immune responses. Lastly, polyclonal antibodies from vaccinated mice as well as monoclonal antibodies obtained from ETEC-infected human volunteers revealed that the highly antigenic surface of EtpA exhibits both protective and non-protective epitopes. These results greatly expand our understanding of ETEC pathogenesis, and the immune responses elicited by these common infections, providing valuable information to aid in the rational design and testing of subunit vaccines.

著者: James Michael Fleckenstein, Z. T. Berndsen, M. Akhtar, M. Thapa, T. J. Vickers, A. Schmitz, J. Torres, P. Kumar, N. Khatoon, A. Sheikh, M. Hamrick, J. Diedrich, S. Martinez-Bartolome, P. Garrett, J. Yates, J. Turner, R. M. Laird, C. K. Porter, F. Poly, J. Copps, A. Ellebedy, A. Ward

最終更新: 2024-05-08 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.08.593125

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.08.593125.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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