ジフテリア毒素のソースを表示

{{Infobox nonhuman protein
| Name = tox diphtheria toxin precursor
| image = PDB 1xdt EBI.jpg
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| caption = ジフテリア毒素タンパク質のリボン図
| Organism = ''Corynebacterium diphtheriae''
| TaxID = 257309
| Symbol = tox
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}}
{{Infobox protein family
| Symbol = Diphtheria_C
| Name = Diphtheria toxin, C domain
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| Pfam_clan = CL0084 
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{{Infobox protein family
| Symbol = Diphtheria_T
| Name = Diphtheria toxin, T domain
| Pfam = PF02764
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{{Infobox protein family
| Symbol = Diphtheria_R
| Name = Diphtheria toxin, R domain 
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'''ジフテリア毒素'''（ジフテリアどくそ、{{Lang-en-short|diphtheria toxin}}）は、[[ジフテリア]]の原因となる病原性[[細菌]]である{{仮リンク|ジフテリア菌|en|Corynebacterium diphtheriae|redirect=1}}（コリネバクテリウム・ジフテリアエ''Corynebacterium diphtheriae''）によって主に分泌される[[外毒素]]である。{{仮リンク|コリネバクテリウム・ウルセランス|en|Corynebacterium ulcerans}}''Corynebacterium ulcerans''や、{{仮リンク|コリネバクテリウム・シュードツベルクローシス|en|Corynebacterium pseudotuberculosis}}''Corynebacterium pseudotuberculosis''の一部の株もこの毒素を産生する。毒素の遺伝子は、{{仮リンク|コリネファージ|en|Corynebacteriophage}}βと呼ばれる[[プロファージ]]（宿主細菌の[[ゲノム]]に挿入された[[ウイルス]]）にコードされている<ref>{{Cite journal|last=Wagner|first=Patrick L.|last2=Waldor|first2=Matthew K.|date=2002-08|title=Bacteriophage control of bacterial virulence|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12117903|journal=Infection and Immunity|volume=70|issue=8|pages=3985–3993|doi=10.1128/IAI.70.8.3985-3993.2002|issn=0019-9567|pmc=PMC128183|pmid=12117903}}</ref><ref name="Johnson1986">{{cite journal|date=May 1986|title=Bacteriophage Involvement in Group A Streptococcal Pyrogenic Exotoxin A Production|journal=Journal of Bacteriology|volume=166|issue=2|pages=623–7|doi=10.1128/jb.166.2.623-627.1986|pmc=214650|pmid=3009415|vauthors=Johnson LP, Tomai MA, Schlievert PM}}</ref>。毒素はヒト細胞の[[細胞質]]に侵入し、[[翻訳 (生物学)|タンパク質合成]]を阻害することで疾患を引き起こす<ref name="pmid8573568">{{cite journal|date=January 1996|title=Crystal structure of diphtheria toxin bound to nicotinamide adenine dinucleotide|journal=Biochemistry|volume=35|issue=4|pages=1137–49|doi=10.1021/bi9520848|pmid=8573568|vauthors=Bell CE, Eisenberg D}}</ref>。

== 構造 ==
ジフテリア毒素は535アミノ酸からなる1本鎖に由来し、2つのサブユニット（A、B）が[[ジスルフィド結合]]によって連結された構成（{{仮リンク|A-B型毒素|en|AB toxin}}）をしている。Bサブユニット（2つのサブユニットの中で安定性が低い）が宿主細胞の表面へ結合し、Aサブユニット（安定性が高い）が[[細胞質基質]]へ移行する<ref name="Baron">{{cite book |vauthors=Murphy JR |veditors=Baron S |title=Medical microbiology |year=1996 |publisher=Univ. of Texas Medical Branch |location=Galveston, Texas |isbn=978-0-9631172-1-2 |edition=4th |chapter=''Corynebacterium Diphtheriae'': Diphtheria Toxin Production |chapter-url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mmed.section.1752 |display-editors=etal |pmid=21413281}}</ref>。

ジフテリア毒素のホモ二量体型構造が2.5 Åの分解能で決定されており、3つのドメインからなるY字型の分子であることが明らかにされている。Aサブユニットには触媒を担うCドメインが含まれており、BサブユニットにはTドメインとRドメインが含まれている<ref name="pmid1589020">{{cite journal|date=May 1992|title=The crystal structure of diphtheria toxin|journal=Nature|volume=357|issue=6375|pages=216–22|bibcode=1992Natur.357..216C|doi=10.1038/357216a0|pmid=1589020|vauthors=Choe S, Bennett MJ, Fujii G, Curmi PM, Kantardjieff KA, Collier RJ, Eisenberg D|s2cid=4264277}}</ref>。

*N末端のCドメイン（catalytic）は一般的でないβ+α型フォールドをとる<ref name="pmid9012663">{{cite journal|date=January 1997|title=Crystal structure of nucleotide-free diphtheria toxin|journal=Biochemistry|volume=36|issue=3|pages=481–8|doi=10.1021/bi962214s|pmid=9012663|vauthors=Bell CE, Eisenberg D|citeseerx=10.1.1.432.7047}}</ref>。Cドメインは、[[ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド|NAD<sup>+</sup>]]由来の[[ADPリボース|ADP-リボース]]を翻訳伸長因子[[eEF2]]の{{仮リンク|ジフタミド|en|Diphthamide}}残基へ転移することでタンパク質合成を遮断する<ref name="pmid8573568" /><ref name="pmid7833808">{{cite journal|date=September 1994|title=Refined structure of monomeric diphtheria toxin at 2.3 A resolution|journal=Protein Science|volume=3|issue=9|pages=1464–75|doi=10.1002/pro.5560030912|pmc=2142954|pmid=7833808|vauthors=Bennett MJ, Eisenberg D}}</ref>。
*中心部のTドメイン（translocation、transmembrane）は複数のヘリックスからなる[[グロビンフォールド|グロビン様フォールド]]をとるが、N末端側にさらに2つのヘリックスが存在し、最初のグロビンヘリックスに相当する部分は存在しない。このドメインは膜中でフォールドが解かれると考えられている<ref name="pmid7833807">{{cite journal|date=September 1994|title=Refined structure of dimeric diphtheria toxin at 2.0 A resolution|journal=Protein Science|volume=3|issue=9|pages=1444–63|doi=10.1002/pro.5560030911|pmc=2142933|pmid=7833807|vauthors=Bennett MJ, Choe S, Eisenberg D}}</ref>。[[水素イオン指数|pH]]の変化によるTドメインのコンフォメーション変化によって[[エンドソーム]]膜への挿入が開始され、Cドメインの細胞質基質への移行が促進される<ref name="pmid8573568" /><ref name="pmid7833808" />。
*C末端のRドメイン（receptor-binding）は9本のストランドから構成され、[[グリークキー]]モチーフを有する2つの[[βシート]]が形成される。このフォールドは[[免疫グロブリンフォールド]]の下位分類である<ref name="pmid9012663" />。Rドメインは[[細胞表面受容体]]に結合し、{{仮リンク|受容体介在型エンドサイトーシス|en|Receptor-mediated endocytosis}}によって毒素の細胞内への移行を可能にする<ref name="pmid8573568" /><ref name="pmid7833808" />。

== 機序 ==
[[Image:Diphthamide.png|thumb|ジフタミド]]
ジフテリア毒素は、NAD<sup>+</sup>由来のADP-リボシル基をeEF2の非典型的アミノ酸残基であるジフタミドへ転移することで、[[ADPリボース化|ADPリボシル化]]を触媒する（{{EC number|2.4.2.36}}）。ジフタミドのADPリボシル化はeEF2の不活性化をもたらし、mRNAの翻訳を阻害する<ref name="pmid8573568" /><ref name="pmid7833808" />。触媒される反応は次のようなものである。
: NAD<sup>+</sup> + ペプチド上のジフタミド <math>\rightleftharpoons</math> ニコチンアミド + ペプチド上の''N''-(ADP-<small>D</small>-リボシル)ジフタミド

[[緑膿菌]]''Pseudomonas aeruginosa''の{{仮リンク|シュードモナス外毒素A|en|Pseudomonas exotoxin|label=エキソトキシンA}}も同様の作用機序を用いる<ref>{{Cite journal|last=Iglewski|first=B. H.|last2=Liu|first2=P. V.|last3=Kabat|first3=D.|date=1977-01|title=Mechanism of action of Pseudomonas aeruginosa exotoxin Aiadenosine diphosphate-ribosylation of mammalian elongation factor 2 in vitro and in vivo|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/188760|journal=Infection and Immunity|volume=15|issue=1|pages=138–144|doi=10.1128/iai.15.1.138-144.1977|issn=0019-9567|pmc=PMC421339|pmid=188760}}</ref>。

毒性の発現には次のような段階が関与している。

# A、Bサブユニットを含む一本鎖として合成され、分泌される<ref name=":0">{{Cite journal|last=Zalman|first=L. S.|last2=Wisnieski|first2=B. J.|date=1984-06|title=Mechanism of insertion of diphtheria toxin: peptide entry and pore size determinations|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6328510|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volume=81|issue=11|pages=3341–3345|doi=10.1073/pnas.81.11.3341|issn=0027-8424|pmc=PMC345503|pmid=6328510}}</ref>。
# 共に分泌されるプロテアーゼによって切断され、ジスルフィド結合によって連結されたA、Bサブユニットが形成される<ref name=":0" />。
# 毒素が標的細胞表面の[[HB-EGF]]に結合する<ref>{{cite book |last1=Gillet |first1=Daniel |last2=Barbier |first2=Julien |chapter=Chapter 4: Diphtheria toxin |editor-last1=Alouf |editor-first1=Joseph |editor-last2=Ladant |editor-first2=Daniel |editor-last3=Popoff |editor-first3=Michel R. |title=The Comprehensive Sourcebook of Bacterial Protein Toxins |edition=Fourth |pages=111–132 |year=2015 |publisher=Elsevier |isbn=978-0-12-800188-2}}</ref>{{rp|116}}。
# 複合体が宿主細胞によってエンドサイトーシスされる。
# エンドソーム内部での酸性化によって、Aサブユニットの細胞質基質への移行が誘導される<ref name="Baron" />。
# Aサブユニットは宿主のタンパク質合成に必要なeEF2をADPリボシル化する。eEF2が不活性化されると宿主細胞はタンパク質を合成することができなくなり、死に至る<ref name="Baron" /><ref name="pmid7833808" />。

== 致死量と作用 ==
ジフテリア毒素は非常に強力である<ref name="Baron" />。ヒトに対する致死量は体重1&nbsp;kgあたり約0.1&nbsp;μgであり、心臓や肝臓の壊死によって死に至る<ref name="Pappenheimer_1977">{{cite journal|year=1977|title=Diphtheria toxin|journal=Annual Review of Biochemistry|volume=46|issue=1|pages=69–94|doi=10.1146/annurev.bi.46.070177.000441|pmid=20040|vauthors=Pappenheimer AM}}</ref>。ジフテリア毒素は[[心筋炎]]の発症とも関連している。ジフテリア性心筋炎は予防接種が不十分な小児で発生し、致死率は非常に高い<ref>{{Cite journal|last=Varghese|first=Mithun J.|last2=Ramakrishnan|first2=Sivasubramanian|last3=Kothari|first3=Shyam S.|last4=Parashar|first4=Akhil|last5=Juneja|first5=Rajnish|last6=Saxena|first6=Anita|date=2013-01|title=Complete heart block due to diphtheritic myocarditis in the present era|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23626433|journal=Annals of Pediatric Cardiology|volume=6|issue=1|pages=34–38|doi=10.4103/0974-2069.107231|issn=0974-2069|pmc=3634244|pmid=23626433}}</ref>。

== 歴史 ==
ジフテリア毒素は1888年に{{仮リンク|エミール・ルー|en|Émile Roux}}と{{仮リンク|アレクサンドル・イェルサン|en|Alexandre Yersin}}によって発見された。1890年には、[[エミール・アドルフ・フォン・ベーリング]]によって弱毒菌を接種したウマの血液から[[ジフテリア抗毒素|抗毒素]]が得られた<ref>{{cite journal|date=2015|title=125 Jahre Diphtherieheilserum: Das Behring'sche Gold|url=https://www.aerzteblatt.de/archiv/173215/125-Jahre-Diphtherieheilserum-Das-Behring-sche-Gold|journal=Deutsches Ärzteblatt|volume=112|issue=49|pages=A-2088|language=German|vauthors=Enke U|trans-title=125 years of diphtheria healing serum: Behring’s gold}}</ref>。1951年Victor J. Freemanによって、毒素の遺伝子は細菌の染色体にコードされているのではなく、毒素産生株の全てに感染している溶原性ファージ（コリネファージβ）<ref name="Johnson1986" />にコードされていることが発見された<ref name="pmid14850426">{{cite journal|date=June 1951|title=Studies on the virulence of bacteriophage-infected strains of Corynebacterium diphtheriae|journal=Journal of Bacteriology|volume=61|issue=6|pages=675–88|doi=10.1128/JB.61.6.675-688.1951|pmc=386063|pmid=14850426|vauthors=Freeman VJ}}</ref><ref name="pmid14927573">{{cite journal|date=March 1952|title=Further observations on the change to virulence of bacteriophage-infected a virulent strains of Corynebacterium diphtheria|journal=Journal of Bacteriology|volume=63|issue=3|pages=407–14|doi=10.1128/JB.63.3.407-414.1952|pmc=169283|pmid=14927573|vauthors=Freeman VJ, Morse IU}}</ref><ref>{{cite book |chapter-url=http://www.textbookofbacteriology.net/diphtheria.html |chapter=Diphtheria |title=Todar's Online Textbook of Bacteriology |vauthors=Todar K |date=2009 |publisher=University of Wisconsin}}</ref>。

== 臨床使用 ==
[[デニロイキン ジフチトクス]]はジフテリア毒素を利用した[[抗がん剤]]であり<ref>{{Cite web |url=https://pins.japic.or.jp/pdf/newPINS/00069361.pdf |title=抗悪性腫瘍剤 デニロイキン ジフチトクス(遺伝子組換え)製剤 |access-date=2024-09-29 |publisher=一般財団法人日本医薬情報センター(JAPIC)}}</ref>、ジフテリア毒素のN末端の触媒ドメインと[[インターロイキン-2|IL-2]]との融合タンパク質である。

{{仮リンク|Resimmune|en|Resimmune}}は、{{仮リンク|皮膚T細胞リンパ腫|en|Cutaneous T-cell lymphoma}}患者に対する臨床試験が行われている[[イムノトキシン]]である。N末端の触媒ドメインが抗{{仮リンク|CD3ε|en|T-cell surface glycoprotein CD3 epsilon chain}}[[抗体]]（UCHT1）に付加されている<ref>{{cite book |vauthors=Woo JH, Lee YJ, Neville DM, Frankel AE |title=Immunotherapy of Cancer |chapter=Pharmacology of anti-CD3 diphtheria immunotoxin in CD3 positive T-cell lymphoma trials |series=Methods in Molecular Biology |volume=651 |issue=651 |pages=157–75 |year=2010 |pmid=20686966 |doi=10.1007/978-1-60761-786-0_10 |isbn=978-1-60761-785-3}}</ref>。

== 研究 ==
他のA-B型毒素と同様にジフテリア毒素は、通常は大きなタンパク質は透過しない哺乳類の細胞膜を越えて外因性タンパク質を輸送することができる。この固有の能力を利用して、毒素の触媒ドメインではなく治療用タンパク質を送達するように作り変えることができる<ref>{{cite journal|date=August 2015|title=Efficient Delivery of Structurally Diverse Protein Cargo into Mammalian Cells by a Bacterial Toxin|journal=Molecular Pharmaceutics|volume=12|issue=8|pages=2962–71|doi=10.1021/acs.molpharmaceut.5b00233|pmid=26103531|vauthors=Auger A, Park M, Nitschke F, Minassian LM, Beilhartz GL, Minassian BA, Melnyk RA}}</ref><ref>{{cite journal|date=October 2017|title=Repurposing bacterial toxins for intracellular delivery of therapeutic proteins|journal=Biochemical Pharmacology|volume=142|pages=13–20|doi=10.1016/j.bcp.2017.04.009|pmid=28408344|vauthors=Beilhartz GL, Sugiman-Marangos SN, Melnyk RA|s2cid=6212879}}</ref>。

また、この毒素はジフテリア毒素の受容体（HB-EGF）を発現している特定の細胞集団を除去する目的で、神経科学やがんの研究で利用されている。通常この受容体を発現していない生物（マウスなど）において、この受容体が特定の細胞集団でのみ発現されるように改変することで、ジフテリア毒素の投与によってこの細胞集団が除去された状態を作り出すことができる<ref>{{cite journal|date=March 2009|title=Selective erasure of a fear memory|journal=Science|volume=323|issue=5920|pages=1492–6|bibcode=2009Sci...323.1492H|doi=10.1126/science.1164139|pmid=19286560|vauthors=Han JH, Kushner SA, Yiu AP, Hsiang HL, Buch T, Waisman A, Bontempi B, Neve RL, Frankland PW, Josselyn SA|display-authors=6|s2cid=1257448}}</ref><ref>{{cite journal|year=2020|title=Investigating Tumor Heterogeneity in Mouse Models|journal=Annual Review of Cancer Biology|volume=4|issue=1|pages=99–119|doi=10.1146/annurev-cancerbio-030419-033413|pmc=8218894|pmid=34164589|vauthors=Tammela T, Sage J|doi-access=free}}</ref>。

== 出典 ==
{{Reflist}}

== 外部リンク ==
* {{MeshName|Diphtheria+Toxin}}

{{DEFAULTSORT:しふてりあとくそ}}
[[Category:肝毒素]]
[[Category:細菌毒素]]
[[Category:ジフテリア]]