トキソプラズマ原虫は予想外の変異で新規抗原虫薬候補「こぶつきキナーゼ阻害剤」への耐性を獲得する

帯広畜産大学原虫病研究センター及び東京大学大学院農学生命科学研究科の加藤健太郎らの研究グループは、トキソプラズマ症（注1）の新規薬剤候補として期待される「こぶつきキナーゼ阻害剤」への耐性変異が、トキソプラズマ原虫のTgMAPK1遺伝子上に起こることを発見しました。この発見は、将来における耐性のできにくい薬剤開発につながります。

トキソプラズマ症は、病原原虫のトキソプラズマ原虫に対するワクチンや特効薬が存在しないため、そのような薬剤の開発が求められています。「こぶつきキナーゼ阻害剤」は影響を受けるプロテインキナーゼが哺乳類ゲノムに非常に少なく、特異性高くトキソプラズマ原虫の増殖を抑える新しいトキソプラズマ薬として期待されています。しかしながら、この薬剤候補分子に対しての原虫による耐性獲得がどのような仕組みで起こるのかはよく分かっていませんでした。今回、無作為変異で作出した薬剤耐性株を解析することによって、予想外の位置のアミノ酸による変異によって薬剤耐性が獲得されることが明らかになりました。耐性株で見られたTgMAPK1遺伝子の変異により、トキソプラズマ原虫の細胞分裂抑制効果が変化することが明らかになりました。本研究は、予測外のアミノ酸変異での「こぶつきキナーゼ阻害剤」への耐性獲得を発見したものであり、この知見を利用して耐性の獲得されにくい薬剤の開発につながることが期待されます。

〇研究背景

トキソプラズマ原虫はトキソプラズマ症の病原原虫であり、ワクチンや潜伏感染に至った原虫を排除する特効薬が存在しません。トキソプラズマ症が起こる免疫抑制状態（注2）になった場合には、原虫の排除ができないため、予防的に薬剤を長期にわたって使用しなければいけないことから、原虫特異的な薬剤の開発が求められています。

「こぶつきキナーゼ阻害剤」は、プロテインキナーゼ（注3）のATPと結合するポケットの入口にある「門番アミノ酸」の種類によって大きく感受性を変化させる阻害剤です。哺乳類のプロテインキナーゼとトキソプラズマ原虫のプロテインキナーゼの配列を比較することで、①「こぶつきキナーゼ阻害剤」が哺乳類のプロテインキナーゼには効果が少ないこと、②トキソプラズマ原虫には影響を受けるプロテインキナーゼがあることがわかっています。

そのため、「こぶつきキナーゼ阻害剤」はトキソプラズマ原虫に対して特異性高く増殖を阻害するとして、新規薬剤候補として期待がされています。薬剤としての可能性を評価するうえで、薬剤耐性が病原体に獲得されるのか、それはどのような仕組みで起こるのかについて知ることが重要です。これらの背景を踏まえ、研究グループではトキソプラズマ原虫による「こぶつきキナーゼ阻害剤」への薬剤耐性が起こるのか、それがどのような変異によって、どのような仕組みで起こるのかについて研究を進めました。

〇実験結果

• 無作為突然変異を入れたトキソプラズマ原虫の中から薬剤に対して抵抗性の原虫株を得ました。変異している箇所を見つけるために、もとになっているトキソプラズマ原虫株と薬剤耐性株のゲノム配列を比較しました。トキソプラズマ原虫のゲノム配列約6,000万塩基対の全配列を解析することにより、耐性株だけで見られたアミノ酸変異がToxoplasma gondii Mitogen-activated kinase 1 (TgMAPK1)遺伝子に発見されました。
• 見つかった変異が原虫の薬剤耐性につながっていることを確かめるために、機能的な形でのTgMAPK1遺伝子を単離しました。耐性株で見られた変異をいれたTgMAPK1遺伝子をトキソプラズマ原虫の中で発現させると薬剤耐性が獲得されました。単離された機能的TgMAPK1遺伝子は、他の生物種のMAPK遺伝子ファミリーには見られない巨大な機能未知の配列が後半部分についていることがわかりました。トキソプラズマ原虫には真核生物に保存されているMAPK（注4）を活性化する上流のシグナル遺伝子が欠如していることが報告されており、トキソプラズマ原虫独自の制御を受けていることが示唆されています。今回明らかになった機能的TgMAPK1遺伝子の形はそれをさらに裏付ける結果となりました。
• TgMAPK1遺伝子の変異により、「こぶつきキナーゼ阻害剤」によるトキソプラズマ原虫の寄生細胞内での細胞分裂への抑制効果が少なくなることがわかりました。TgMAPK1がトキソプラズマ原虫の細胞分裂を正常に保つ機能を持つこと及び、TgMAPK1が薬剤標的となりうることが確認されました。

〇考察

今回得られたTgMAPK1遺伝子の変異箇所は従来知られている「門番アミノ酸」の位置ではありませんでした。「こぶつきキナーゼ阻害剤」がトキソプラズマ特異的に作用する薬剤として開発が進められる中で、将来における耐性原虫の出現の予測と対策に対する知見を与えるとともに、さらなる予想外の耐性獲得変異の探索の重要性を示す結果であると考えられます。

〇注釈

本研究は、日本学術振興会科学研究費補助金若手研究(A)、挑戦的萌芽研究及び、特別研究員奨励費、生物系特定産業技術研究支援センター（生研センター）イノベーション創出基礎的研究推進事業、文部科学省テニュアトラック普及・ 定着事業の支援を受けています。