トピックス
新規抗菌剤の開発を目指した細胞分裂タンパク質 FtsZ
の構造研究
藤田純三
Structural Studies Division, MRC Laboratory of Molecular Biology
Francis Crick Avenue, Cambridge CB2 0QH, UK

井上

豪

大阪大学大学院工学研究科〒5650871 大阪府吹田市山田丘 21

松村浩由
立命館大学生命科学部

要 旨〒5258577 滋賀県草津市野路東 111

FtsZ は細菌の細胞分裂において中心的な役割を果たすタンパク質であるため創薬ターゲットとして注目されている。
FtsZ モノマーは重合解離の調節のために 2 種類のコンフォメーションをとると考えられているが，不活性な変異体を除けば同一種において両方の構造を捉えた例は存在しなかった。本研究では，抗菌剤の開発を見据えた上で黄色ブドウ球菌由来 FtsZ の両方の構造の X 線結晶構造解析を行い，その構造変化機構について提唱した。また，新たに開発された阻害剤との複合体についても構造決定を行い，分子内部の新規な疎水ポケットを同定した。さらに
薬剤耐性変異体との複合体の構造に基づき，阻害剤の構造活性相関についても明らかにすることができた。

ングは主に複合体形成のための足場として機能し，収縮力

1. はじめにはむしろ細胞壁合成系のタンパク質により生み出されると近年，世界保健機関（WHO）やアメリカ疾病予防管理いう説も提唱されている16)。しかしこの機構においても，センター（ CDC ）等が相次いでメチシリン耐性黄色ブド

FtsZ の重合解離による正味のフィラメント移動（トレウ 球 菌 （ Methicillin-resistant

ッドミリング）が GTPase 活性と関連しており，細胞壁

Staphylococcus

aureus:MRSA ）を含む薬剤耐性菌の増加による世界的な公衆衛合成において重要であることが分かっている17,18)。

生の危機について警告している1,2) 。新たな抗菌薬の開発

様々な種に由来する FtsZ の結晶構造が決定されてきたが急務となっている中で，新たな創薬ターゲットとして細にも関わらず， GTP 加水分解と重合解離の構造的関連

胞分裂が注目されてきた3)。細菌の細胞分裂には30種類以およびその分子機構は完全には解明されていない。その理上のタンパク質が関与していると言われているが4)，その由として，GTP（またはそのアナログ）と GDP のどちら中でも最も重要でありよく研究されてきたタンパク質がが結合しているかに関わらず， FtsZ のモノマー構造にほFtsZ (Filamenting temperature-sensitive mutant Z）であとんど変化がなかったことが挙げられる1921) 。またこれる。FtsZ は GTP 依存的に重合し，フィラメント状構造，

らの結晶中においてはフィラメント様の構造はみられなか

さらにはそれらが寄り集まった Z リングと呼ばれるリンっ た。 一 方， 黄色 ブド ウ 球菌 Staphylococcus aureus 由来

グ 状 の 構 造 を 形 成 す る57) 。 FtsZ は GTP 加 水 分 解

FtsZ ( SaFtsZ ）は他の種とは異なり結晶中で直線型フィ（GTPase）活性を有するが，2 分子間で 1 つの活性部位をラメント構造をとっており， GTP 加水分解反応における形成するため，その活性は重合と関連する810)。 Z リング

触媒残基近傍のループ（ T7 loop ）が隣接分子の GDP 結はその後収縮し細胞を 2 つに分割するが11) ，収縮力の発合ポケットに深く入り込んでおり，加水分解に適した構造

生機構についてはいまだに議論の余地がある。長らく提唱となっていた22) 。これらの結果から， SaFtsZ の結晶構造されてきたのは GTP 加水分解により FtsZ フィラメント

は GTP 存在下において観察された直線型フィラメントにが湾曲するモデルである。これは GDP 存在下では曲線型相当する T ( Tense ） state に，その他の種由来の FtsZ のの，GTP 存在下では直線型の FtsZ フィラメントが電子顕

結晶構造は GDP 存在下において観察された曲線型フィラ

微鏡により観察されたという結果に基づいている12) 。まメントに相当する R (Relaxed）state に対応すると考えらた MD 計算により，結合しているヌクレオチドの違いにれている。しかし， GTP アナログおよび GDP 結合型のより構造変化が起こることでフィラメントの柔軟性が変化

SaFtsZ はいずれも T state をとっていた22,23)。T7 loop をするという結果も得られている1315)。ところが最近，Z リ

改変した GDP 結合型 SaFtsZ 変異体の中には R state の

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(C) 2018 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

トピックス ■ 新規抗菌剤の開発を目指した細胞分裂タンパク質 FtsZ の構造研究

ような結晶構造をとっているものもあるが，これらの変異
体は GTPase 活性を失っているため23) 生体内構造としての妥当性については疑問が残る。このように同一種由来の活性型 FtsZ において T, R state 両方の結晶構造が決定された例はなく， FtsZ のモノマー構造は種ごとに固有であるという可能性を完全に排除することはできていない。しかしながら， GTP 加水分解によりモノマー間でヒンジのような動きが誘起され，フィラメントの湾曲が起こるというモデルが提唱されていることや23,24)，TR state 間の構
造変 化 が MD 計 算に よ り再 現可 能で あ るこ とを 鑑み ると25) ， FtsZ モノマーにおける T R state 間の構造変化機
構についての興味は尽きないところである。そこで著者らは， X 線結晶構造解析によって活性型 SaFtsZ の R stateの構造を決定することで，単一種の FtsZ が両方のコンフォメーションをとりうることを示すとともに，MD 計算と組み合わせることで TR state 間の構造変化の機構を原子Fig. 1(Color online) Structure comparison of SaFtsZ between the
T (yellow) and R (green) states. The GDP, the central H7
helix, the inhibitor-binding PC cleft, and the T7 loop are indicated. The rotation of the C-terminal subdomain and the
movement of the T7 loop are represented by a red curved arrow.

レベルで明らかにしようと試みた。また SaFtsZ の構造機
能相関についての知見は， MRSA に対する抗菌剤を開発していく上で非常に重要な情報になると考えられる。

れていたが， Chain A は既知の SaFtsZ の構造（ e.g. PDB
entry: 3VOA)22)に，もう一方は他の種由来の FtsZ の構造

2. FtsZ の構造変化機構（e.g. BsFtsZ, PDB entry: 2RHL)30)によく似ていることが分かった。 この結果から， Chain A, B はそれぞれ T, R

FtsZ は GTPase 加 水 分 解 活 性 を 有 す る 球 状 ド メ イ ン

state の構造に相当すると結論付けられるとともに，同一と，天然変性領域である C 末端ループから構成されてい種の野生型 FtsZ は T, R state 両方をとりうることが初める。球状ドメインはさらに N 末端， C 末端サブドメインて示された。

とそれらを繋ぐ H7 helix, T7 loop を含む領域に分けられ決定した T, R state の結晶構造の重ね合わせを Fig. 1 にる。今回は先行研究22) に倣い，柔軟性の高い部分として示す。N 末端サブドメインは比較的よく重なっているが，知られている N 末端（111）および C 末端ループ（317

C 末端サブドメインは矢印の方向に回転するような動きを

390 ）を削除した SaFtsZ のコンストラクト（ 12 316）をしていることが分かった。この回転は N 末端と C 末端の構築し，大腸菌 BL21（DE3）株を用いて大量発現させ，サブドメイン間に存在する水素結合等の相互作用が失われ精製，結晶化スクリーニングを行った。その結果，これまたことに由来すると考えられる。さらに，この回転によりで に FtsZ で は 報 告 の な か っ た 沈 殿 剤 pentaerythritol

T state において存在していた阻害剤結合部位（ PC cleft）

propoxylate 629 (PEP629）を含む結晶化条件において良が R state では閉じていた。また， T7 loop 付近にも構造質な結晶を得ることができた。この結晶から X 線結晶構変化がみられた。 T state の T7 loop においては既知構造

造解析を行う，すなわち電子密度マップを作成するためにと同様に Ca2＋ イオンがループに結合し，構造を保持しては回折強度データと位相情報の両方が必要となる。前者はいた。これに対し， R state では Ca2＋ イオンの結合はみ

大型放射光施設 SPring8 BL44XU におけるデータ収集にられず，ループが矢印の方向にフリップしていた。ループ

より実験的に得られたが，後者は別の何らかの手法によりの構造は内部に存在する多数の水素結合により安定化され得る必要がある。今回は既に SaFtsZ の結晶構造が決定さており，短い b ヘアピンのような形状をとっていた。

れているため，分子置換法により位相を容易に決定するこ

その他に顕著な構造変化が観察された部位として GDPとが可能であった。 HKL2000 26)により処理した回折強度周辺が挙げられる。 T state の GDP 周辺の拡大図を Fig.

データを用いて Phaser 27) による分子置換を行った後，2A に， R state のそれを Fig. 2C に示す。まず， T state とRefmac5 28)による構造精密化と Coot 29)による手動でのモ傾い比較して R state では GDP のグアニン環がおよそ30°

デル修正を繰り返すことにより SaFtsZ の結晶構造を最高ていた。また， T state では Arg29 が GDP と直接水素結

分解能2.2 Å で決定した。構造精密化は非対称単位と呼ば合しているのに対して， R state では Arg29 は分子の外側れる結晶の最小単位内に含まれる原子分子に対してのみにフリップし，その代わりに Asp187 が直接 GDP と水素行えば良く，単位胞あるいは結晶全体の構造は非対称単位

結合していた。さらに，T state では Asn166が GDP と直に回転や並進等の対象操作を適用すると生成可能である。

接 水 素 結 合 を 形 成 し て い る の に 対 し ， R state で は非対称単位中には 2 分子の SaFtsZ ( Chain A, B ）が含ま

Thr133による水を介した水素結合に変化していた。最後

放射光 July 2018 Vol.31 No.4 ● 267

Fig. 2

(Color online) Interactions around the GDP and the T7 helix in the T state crystal structure (A), the transient
structure generated by PaCS-MD (B), and the R state crystal structure (C). Hydrogen bonds are indicated bycyan dotted lines. Water molecules are shown by red spheres, and mFoDFc omit maps around the GDP are contoured at 3.5 s as gray meshes in (A) and (C).

に ， R state で は Phe183 や Asp187 が 存 在 す る H7 helix
がおよそ 1 ピッチ分上側に移動していた。
ここで，この構造変化の分子機構について詳しく調べる
ため MD 計算を行った。実際の計算は筑波大学の原田隆
平博士および重田育照教授に全て行って頂いた。今回用いたのは Parallel Cascade Selection MD (PaCSMD)31)と呼ばれる手法で，2 種の状態間における構造変化経路を効率的に探索することができる。今回は出発物として T stateの結晶構造を，生成物として R state の結晶構造を用いて計算を実行したところ，合計 300 ns の計算により R stateに近い構造へと変化させることができた。 GDP のグアニ

Fig. 3(Color online) Close-up views around the Arg29 in the T
state crystal structures of R29A mutant (A) and WT (B).
Hydrogen bonds are shown by cyan dotted lines. The distances are labeled in Å.

ン環の傾きや C 末端サブドメインの回転， H7 helix の上下移動に関しては再現できたが，T7 loop のフリップだけは再現することができなかった。また，得られた一連の構

水素結合が解離していた。最後に一時的な Arg29 ( CO )

造の自由エネルギーを計算したところ，安定な T およびArg191 間の水素結合は解離し， Arg29 が外側にフリップ

R state の間に高エネルギーの中間状態のような構造が存していた。以上のようなメカニズムで GDP 周辺の水素結

在することが示唆された。この中間状態においては，C 末合が組み変わり， T state から R state への構造変化が誘端サブドメインや H7 helix が T, R state の間の位置に存起される可能性が示唆された。

在していた。中間状態の GDP 周辺の構造に着目してみる

そこで著者らはこのメカニズムにおいて重要な役割を果と（ Fig. 2B ），ちょうど GDP と Arg29 の間の水素結合にたすと考えられる Arg29 を Ala に置換した変異体 R29A

Asp187 が割り込むような構造をしていることが分かっの X 線結晶構造解析を行い， T, R state 両方の構造をそた。また，もう一つ中間状態に特徴的な相互作用としてはれぞれ最高分解能1.7, 1.9 Å で決定した。どちらも先程決

Arg191 の側鎖と Arg29の主鎖カルボニルとの間の水素結定した SaFtsZ 12316（以後，野生型と呼ぶ）の全体構造合が挙げられる。これは T, R いずれの結晶構造においてと よ く 重 な っ た が ， T state に お い て は Arg29 ( CO ) も観察されないため一時的な結合であり， Arg29 を GDP

His33 ( NH ) , Met30 ( CO )Gly34 ( NH ）間におけるヘリから解離させて R state への構造変化を誘起する役割を果

ックス内水素結合距離（ 3.4 Å, Fig. 3A ）が野生型のそれたしていると考えられる。さらに，MD の計算時間に対す（ 2.9 Å, Fig. 3B ）と比較して長くなっており，このヘリッる残基間距離の変化を調べたところ，まず T state におい

クスの C 末端付近の構造が不安定化していることが分かて存在していた Asn166GDP 間の水素結合が解離し，続った。また，R state においては C 末端サブドメインが野いて Arg29 (CO)Arg191間の水素結合が形成されるとと生型の位置まで回転しきっておらず，T, R state どちらも

もに Asp187 に割り込まれるような形で Arg29GDP 間の

中途半端な構造となっていた。さらに酵素カップリング

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トピックス ■ 新規抗菌剤の開発を目指した細胞分裂タンパク質 FtsZ の構造研究

Fig. 5
Fig. 4(Color online) Superposition of the SaFtsZ dimer composedof the T state (yellow) and the R state (green) based on thelower molecules (shown in semi-transparent). The T7 loopof the upper molecule is deeply inserted into the GDP-boundpocket in the lower molecule only in the T state.

Chemical structures of PC190723 (A), TXA707 (B), andTXA6101 (C).

合物は FtsZ のアロステリック阻害剤として有効であると考えられる。このような阻害剤としては PC190723 ( Fig.
5A）がよく知られており，既に SaFtsZ との複合体の結晶構造も決定されている22,33) 。この阻害剤は FtsZ のサブド
法32)により SaFtsZ の GTPase 活性測定を行ったところ，

メイン間の PC cleft に結合しており，全体構造を T state

R29A 変異体の活性（（ 8.5± 0.9)× 10－3 min－1）は野生型に固定すると考えられている。PC190723 は既に市販されのそれ（ 1.0 ± 0.06 min－1 ）と比較して 1 / 100 程度であっているが，薬物動態的な性質があまり好ましくないためにた。この GTPase 活性の低下は正常な T R 構造変化が阻

臨床的な応用には至っていない。共同研究者である Rut-

害されているためであると考えられ，結晶構造および MD

gers Robert Wood Johnson Medical School の Daniel S.

計算により示された Arg29 の重要性を支持する結果とな

Pilch 教授らは PC190723 の構造改変に取り組んでおり，った。

より優れた性質を有するプロドラッグ TXA709 およびそここまでは FtsZ モノマーの構造変化について述べたの 活 性 代 謝 物 TXA707 を 開 発 し て き た34,35) 。 TXA707

が，この変化はフィラメント内における分子間相互作用に(Fig. 5B）は PC190723の Cl 基を CF3 基に置換した化合物も影響を与えている。今回の結晶中では， T state のみかであり，これにより生体内での代謝攻撃に対する安定性がらなるフィラメントと R state のみからなるフィラメント

向上している。また Pilch 教授らは TXA707に対して耐性が直交し，それぞれの層が交互に重なるようなパッキングを有する MRSA 株の取得実験も行っており，耐性株の55をとっていた。 T state および R state からなるフィラメ

は ftsZ 遺伝子に G196S の薬剤耐性変異が生じているこ

ント中のダイマー構造をそれぞれ抜き出し，下側の分子をとが分かっている35) 。 Gly196 は結晶構造中で PC cleft の基準とした重ね合わせを Fig. 4 に示す。 T state において近傍に存在する残基の 1 つである。さらにこの耐性株には上側の分子の T7 loop が下側の分子の GDP 結合ポケッ

対しても有効な阻害剤として今回見出されたのがトに入り込んでおり，既知構造と同じく GTP 加水分解に

TXA6101 (Fig. 5C）である。この化合物は元々別のグルー

適した構造になっていたが， R state では T7 loop がフリプによる大規模な構造活性相関の研究の中で報告されたもップしたことによりこの相互作用が消失していた。これにのであり36,37)，TXA707とは異なる骨格を有するとともに伴い，分子間の相互作用面積も 1168 Å2 から 798 Å2 へと

オキサゾール環上に Br 基が付加されている。これらの阻減少した。また， T state と R state では上側の分子の相害剤の最小発育阻止濃度（ Minimum Inhibitory Concen-

対位置がおよそ 8 Å ずれていることも分かった。これら

tration: MIC ）を調べたところ，野生型 FtsZ が発現しての 結 果 よ り ， FtsZ は T, R state の 構 造 変 化 に よ り モ ノ

い る MRSA に 対 し て は TXA6101 ( 0.125 mg ml－1 ） がマー間の相対的な結合様式を変化させ，重合，解離を調節

TXA707 (1 mg ml－1）と比較して 8 倍の阻害能を示した。

していることが改めて示唆された。

また， TXA6101 のオキサゾール環上の Br 基を除去した化合物は TXA6101 と比較して 1 / 32 の阻害能しか示さず

3. FtsZ阻害剤複合体の X 線結晶構造解析
上記の結果から，T, R state 間の構造変化を阻害する化（4 mg ml－1），Br 基の存在は阻害活性にとって非常に重要であることも分かった。また，FtsZ G196S 変異体を発現させた MRSA に対しては， TXA707 は活性を失うのに対放射光 July 2018 Vol.31 No.4 ● 269

し（＞64 mg ml－1），TXA6101は阻害能を保持したままでた。結晶化条件付近で沈殿剤濃度および pH を変化させてあった（ 1 mg ml－1）。これらの新たな阻害剤と SaFtsZ のスクリーニングを行ったところ，低 pH の条件では高 pH

結合様式を解明するため，また阻害剤の化学構造の違いにの条件と比較して結晶化には時間がかかるが，比較的大きよりなぜこのような薬剤耐性変異体に対する活性の違いがな結晶が得られる傾向にあることが分かった。この低 pH現れるのかを立体構造に基づいて説明するため，野生型の条件においては 1 2 週間ほどで結晶が得られるが，そSaFtsZ およびその変異体と阻害剤との複合体の X 線結晶

こからさらに数か月放置することで結晶内部の溶媒含量を構造解析を行った。

下げていった。得られた結晶はソーキング後もひび割れ等

まずは第 2 章と同様に野生型 SaFtsZ を調製し，シッティングドロップ蒸気拡散法により結晶化を行った。共結晶の変化は見られず，良質な回折強度データを収集することができた。

化法では結晶が得られなかったため，ソーキング法による

今回は野生型 SaFtsZ と TXA707, TXA6101との複合体

複合体結晶の作製を試みた。阻害剤は水系には溶解しにくの構造をそれぞれ最高分解能1.3, 2.0 Å で構造決定するこ

いため， 100  DMSO に溶解させた高濃度のストック溶とができ，それらはいずれも T state をとっていた。結合液をリザーバー溶液に少量添加した。分子置換法による位部位である PC cleft 付近の構造をそれぞれ Fig. 6A, B に示相決定後の構造精密化段階においては，いずれの阻害剤存す。どちらの阻害剤も折れ曲がったコンフォメーションを在下においても既知構造と同じくサブドメイン間の PCとっており，先端部の CF3 基は Val129, Leu200, Val214,

cleft に新たな電子密度が観察されたが，占有率の低さに

Met218 等により形成される分子内部の疎水ポケットに入よる電子密度の不明瞭さが問題であった。解決策としてり込んでいた。これは以前に決定された PC190723の直線

ソーキング溶液中の阻害剤濃度を高くすることが考えられ型コンフォメーションとは大きく異なる（ Fig. 6C ）。ベン

たが，同時にソーキングの際の結晶へのダメージも大きく

ズアミド部分の構造は非常によく重なっているが，エーテなりデータへの影響が懸念された。そこで高濃度阻害剤のル結合より先の部分の折れ曲がり方に大きな変化がみられソーキングにも耐えうる強固な結晶を作製することを考えた。この変化に伴って，Ile197, Met226, Ile311の 3 種類

Fig. 6(Color online) DiŠerent conformations of FtsZ inhibitors. (A, B) Molecular surface of the binding pocket in
TXA707 (A) and TXA6101 (B). mFoDFc omit maps around the inhibitors are contoured at 3.0 s as green meshes. (C) Structure comparison of the inhibitors. PC190723, TXA707, and TXA6101 are shown in cyan, gray, andorange, respectively. Side chains of Ile197, Met226, and Ile311 in each structure are also shown in the same colors.
(D) Interactions around the thiazolopyridine ring of TXA707. (E) Interactions around the bromo group of
TXA6101. Van der Waals contacts are shown by magenta dotted lines, and the distances are labeled in A in (D)and (E).

270 ● 放射光 July 2018 Vol.31 No.4

トピックス ■ 新規抗菌剤の開発を目指した細胞分裂タンパク質 FtsZ の構造研究の側鎖も大きく構造変化している様子が観察された。特にMet226は，PC190723結合時と TXA707および TXA6101

結合時では阻害剤との位置関係が逆転していた。
PC190723結合時にはこの残基が阻害剤の疎水ポケットへの侵入を妨げていたが，今回の構造ではいずれも Met226
が左側に移動し，疎水ポケットへの道を開くように動いていた。 Ile197, Ile311 の側鎖は TXA707 のチアゾロピリジ
ン環， TXA6101 のベンゼン環を挟み込むような位置に存在し，こちらも阻害剤との立体障害を避けつつ疎水ポケッ
トへのアクセスを可能にするような動きをしていた。
TXA707 と TXA6101 はどちらも折れ曲がった構造をしていたが，その結合様式には違いもみられた。TXA707中

Fig. 7のチアゾロピリジン環は Ile197, Ile311 およびその下部に位置する Leu200, Leu261 の側鎖により両側から挟み込まれ る よ う な 形 で 保 持 さ れ て い た （ Fig. 6D ）。 一 方 ，(Color online) Superposition of G196STXA6101 (green)
and WildtypeTXA707 (gray) complex structures. Van der
Waals contacts and steric crash are shown by magenta andgray dotted lines, respectively. The distances are labeled inÅ.

TXA6101 ではオキサゾール環上の Br 基が b シートから突き出した Leu261, Asn263, Thr309, Ile311の側鎖からなるポケットに入り込んでおり，この相互作用によりオキサ

異体を発現させた MRSA に対する阻害能を失ってしまう

ゾール環の配向が変化していた（Fig. 6E）。TXA707では 2のだろう。

種類の環が縮環しているのに対し， TXA6101 では相当す
る 2 種類の環が単結合により連結されているため構造の自由度が高いこともこのような結合様式の変化の一因であ

4. おわりにると考えられる。また， MIC 測定において TXA6101 の

今回は SaFtsZ の T, R state 両方の構造を同一結晶中にBr 基を除去した化合物が阻害活性を失うという結果と合おいて決定することにより，MD 計算と組み合わせながらわせて考えると，この Br 基との相互作用は FtsZ と阻害

モノマー単位での構造変化のメカニズムについて提唱して剤との結合力に大きく寄与していると言えるだろう。

きた。しかし，この構造変化が起こるトリガーについて，

続いては薬剤耐性変異と阻害活性の関連について調べる

またこの変化がどのように FtsZ フィラメントの形態変化ことにした。まず SaFtsZ G196S 単体の結晶構造を最高分を引き起こすのかについては十分な情報が得られていな

解 能 2.0 Å で 決 定 し た 。 第 2 章 で 決 定 し た 野 生 型 の Tい。そのため今後は 2 分子以上の FtsZ を含むフィラメン

state の構造と比較したところ，全体として大きな構造変ト系における MD 計算等を行っていく必要があると考え化は観察されず， G196S 変異の導入は全体構造に大きなている。さらに， SaFtsZ とその阻害剤との複合体につい影響 は及ぼ さない ことが 確認で きた。 続いて ， SaFtsZて 2 Å を越えるような高分解能での構造決定に成功した

G196S 変異体と TXA6101の複合体の結晶構造を最高分解ことで，阻害剤構造の柔軟性と薬剤耐性変異の影響との関能 1.7 Å で決定した。 PC cleft において阻害剤の明瞭な電連性について明らかにすることができた。本研究の結果は子密度が観察され， TXA6101 の結合様式については野生

これまでで最大の FtsZ阻害剤複合体の構造データベース

型 と 比 較 し て 変 化 は み ら れ な か っ た 。 こ の G196S を構築するものであるとともに，新規な分子内部の疎水ポ

TXA6101の複合体と，野生型TXA707の複合体の全体構

ケットの同定等により阻害剤の構造最適化に向けた重要な造の重ね合わせを Fig. 7 に示す。 Ser196 の側鎖の Cb 炭素

知見を提供するものでもある。

に対して TXA6101 では最も近い原子でも 3.4 Å の距離にあり，立体障害を起こすことなく結合可能であるのに対し，謝辞

TXA707 においてはチアゾール環内の窒素との距離は 3.0

本研究は，元大阪大学工学研究科修士課程学生の前田陽Å であり，立体障害を起こすことが予想された。この原子氏，齋藤有紀氏，大阪大学工学研究科の溝端栄一講師と因としては，前述の通り TXA6101は構造の柔軟性が高く，共同で行ったものである。MD 計算については筑波大学数Br 基によりオキサゾール環の配向が固定されているため

理物質化学研究科計算科学研究センターの原田隆平博に Ser196 による立体障害を回避するような形で SaFtsZ士，重田育照教授に行って頂いた。阻害剤の合成およびに結合できるということが考えられる。逆に TXA707 に

MRSA の生育阻害アッセイについては Rutgers Universi-

ついては柔軟性の低いチアゾロピリジン環と疎水性残基とty の Ajit K. Parhi 博 士 ， Edmond J. LaVoie 博 士 ， Rut-の相互作用により， Ser196 との立体障害を避けられない

gers Robert Wood Johnson Medical School の Malvika

ような形の結合様式に固定されてしまうため， G196S 変

Kaul 博士，Daniel S. Pilch 教授に行って頂いた。この場

放射光 July 2018 Vol.31 No.4 ● 271

を借りて御礼申し上げる。 X 線回折データ収集は大型放射光施設 SPring8 の BL44XU, BL32XU にて行った。これらのビームラインに関わる全てのスタッフの皆様に感謝申し上げる。また本研究は日本学術振興会科研費
15J00589, 24109017, 26102526, 16H00783の支援を受けて

実施した。

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272 ● 放射光 July 2018 Vol.31 No.4

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トピックス ■ 新規抗菌剤の開発を目指した細胞分裂タンパク質 FtsZ の構造研究

著者紹介
藤田純三

松村浩由

英国 MRC 分子生物学研究所構造生物学部
門 ポストドクトラルフェローEmail: jfujita＠mrc-lmb.cam.ac.uk
専門構造生物学［略歴］
2018 年 3 月大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻博士後期課程修了。博士（工学）。同年 4 月より現職。

立命館大学生命科学部 教授
Email: h-matsu＠fc.ritsumei.ac.jp
専門構造生物学［略歴］
2000 年 3 月大阪大学大学院工学研究科物質化学専攻博士後期課程修了。博士（工学）。
2000 年同工学部助手， 2008 年同工学研究科准教授，2015年より現職。

井上豪

大阪大学大学院工学研究科応用化学専攻
教授
Email: inouet＠chem.eng.osaka-u.ac.jp
専門構造生物化学［略歴］
1994 年 3 月大阪大学大学院工学研究科応用精密化学専攻博士後期課程修了。博士（工学）。 1994 年同工学部助手， 1999 年同工学部講師，2002年同工学研究科准教授，
2008年より現職。20012004 科学技術振興機構さきがけ研究員兼務。

Structural study of cell division protein FtsZ forthe development of a novel antibacterial agent
Junso FUJITA

Structural Studies Division, MRC Laboratory of Molecular Biology, Francis
Crick Avenue, Cambridge CB2 0QH, UK

Tsuyoshi INOUE

Department of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka
University, 21 Yamadaoka, Suita, Osaka 5650871, Japan

Hiroyoshi MATSUMURA

Department of Biotechnology, College of Life Sciences, Ritsumeikan
University, 111 Noji-Higashi, Shiga 5258577, Japan

Abstract

FtsZ is a central player in bacterial cell division and an attractive target for the development of antibacterial agents. Although FtsZ monomer has been considered to adopt two conformations forregulating polymerization/dissociation, there was no case in which both structures were determined in a single species except for inactive mutants. In this study, both Xray crystal structuresof FtsZ from Staphylococcus aureus were determined in terms of the drug development, and its
structural change mechanism was proposed based on the structures. We also determined thestructures of FtsZ complexed with newly developed inhibitors, and identiˆed the novel innerhydrophobic pocket. We also clariˆed structure-activity relationship of the inhibitors based on the
structure of the complex with the drug resistant mutant.

放射光 July 2018 Vol.31 No.4 ● 273