Research Abstract
微生物のD-アミノ酸と宿主のD-アミノ酸酸化酵素の相互作用はマウスの粘膜防御および腸内微生物相を修飾する
Interplay between microbial D-amino acids and host D-amino acid oxidase modifies murine mucosal defence and gut microbiota
2016年7月25日 Nature Microbiology 1 : 16125 doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.125
L-アミノ酸は全生物界の生命においてリボソームで合成されるタンパク質の構成単位だが、D-アミノ酸（D-aa）はリボソームとは無関係の重要な機能を担っている。哺乳類はD-セリンとD-アスパラギン酸を主として中枢神経系で合成し、D-セリンは中枢神経系の神経伝達に重要である。一方、細菌は哺乳類とは大きく異なる一群のD-aaを合成し、これらは細胞壁に不可欠な構成要素になるほか、遊離D-aaとしても放出される。しかしながら、微生物由来の遊離D-aaが宿主と微生物の接触領域で宿主の生理機能に及ぼす影響は探索されていない。本論文では、マウスの腸内に微生物相由来の遊離D-aaが豊富に含まれていることを示す。さらに、微生物相は、杯細胞を含めた腸上皮細胞によるD-アミノ酸酸化酵素（DAO）の産生を誘導し、杯細胞はこの酵素を腸の内腔に分泌する。DAOによる腸内D-aaの酸化的脱アミノ反応は抗微生物作用を持つ過酸化水素を生じ、小腸の粘膜表面をコレラ病原菌から防御する。また、DAOは微生物相の組成を変化させ、微生物による腸内の分泌型免疫グロブリンAの誘導にも関わっている。これらの結果をまとめると、D-aaおよびDAOは、小腸の上皮表面における微生物と宿主間の相互作用および恒常性維持を担う新たな因子であると考えられる。
Corresponding Author
L-Amino acids are the building blocks for proteins synthesized in ribosomes in all kingdoms of life, but D-amino acids (D-aa) have important non-ribosome-based functions. Mammals synthesize D-Ser and d-Asp, primarily in the central nervous system, where D-Ser is critical for neurotransmission. Bacteria synthesize a largely distinct set of D-aa, which become integral components of the cell wall and are also released as free D-aa. However, the impact of free microbial D-aa on host physiology at the host–microbial interface has not been explored. Here, we show that the mouse intestine is rich in free D-aa that are derived from the microbiota. Furthermore, the microbiota induces production of D-amino acid oxidase (DAO) by intestinal epithelial cells, including goblet cells, which secrete the enzyme into the lumen. Oxidative deamination of intestinal D-aa by DAO, which yields the antimicrobial product H2O2, protects the mucosal surface in the small intestine from the cholera pathogen. DAO also modifies the composition of the microbiota and is associated with microbial induction of intestinal sIgA. Collectively, these results identify D-aa and DAO as previously unrecognized mediators of microbe–host interplay and homeostasis on the epithelial surface of the small intestine.
