金属を含まないカルプロテチンの抗菌作用

Antimicrobial action of calprotectin that does not involve metal withholding.

• Angelique N Besold
• Edward M Culbertson
• Lily Nam
• Ryan P Hobbs
• Alisa Boyko
• C Noel Maxwell
• Walter J Chazin
• Adriana R Marques
• Valeria C Culotta

抄録

カルプロテキンは、MnやZnなどの遷移金属を強固に結合させることで病原体の増殖を抑制し、侵入した微生物によるそれらの取り込みや利用を阻害する強力な抗菌薬である。カルプロテキンは感染部位では好中球から豊富に放出されるが，カルプロテキンは感染に関連すると考えられる非好中球細胞型にも存在する．我々はここで、ライム病病原体Borrelella (Borrelia) burgdorferiに感染した患者において、カルプロテキンが皮膚の好中球のない領域、表皮ケラチノサイトおよびCD68陽性マクロファージを含む真皮に浸潤する免疫細胞の両方で産生されることを示した。培養では、B. burgdorferi の増殖はカルプロテキンによって阻害されますが、驚くべきことに、そのメカニズムには金属栄養素の古典的な保留が関与していません。B. カルプロテチンにさらされたB. burgdorferi細胞は、細胞内のMnとSodAスーパーオキシドジスムターゼを含むMn酵素の活性のない損失のない減少と成長を停止します。さらに、細胞内Znの明らかな損失はありません。金属の枯渇よりもむしろ、我々は、カルプロテキンが細菌とのカルプロテキンの物理的な関連付けを必要とするメカニズムを介してB. burgdorferiの成長を阻害することがわかります。一方、カルプロテキンは大腸菌と物理的に相互作用することなく大腸菌の増殖を阻害し、カルプロテキンは大腸菌の細胞内のMnおよびZnを効果的に枯渇させた。B. burgdorferiを用いた我々の研究は，カルプロテキンの抗菌能が複雑であり，金属微量栄養素の単純な抑制にとどまらないことを示している．

Calprotectin is a potent antimicrobial that inhibits the growth of pathogens by tightly binding transition metals such as Mn and Zn, thereby preventing their uptake and utilization by invading microbes. At sites of infection, calprotectin is abundantly released from neutrophils, but calprotectin is also present in non-neutrophil cell types that may be relevant to infections. We show here that in patients infected with the Lyme disease pathogen Borreliella (Borrelia) burgdorferi, calprotectin is produced in neutrophil-free regions of the skin, in both epidermal keratinocytes and in immune cells infiltrating the dermis, including CD68 positive macrophages. In culture, B. burgdorferi's growth is inhibited by calprotectin, but surprisingly, the mechanism does not involve the classical withholding of metal nutrients. B. burgdorferi cells exposed to calprotectin cease growth with no reduction in intracellular Mn and no loss in activity of Mn enzymes including the SodA superoxide dismutase. Additionally, there is no obvious loss in intracellular Zn. Rather than metal depletion, we find that calprotectin inhibits B. burgdorferi growth through a mechanism that requires physical association of calprotectin with the bacteria. By comparison, calprotectin inhibited E. coli growth without physically interacting with the microbe, and calprotectin effectively depleted E. coli of intracellular Mn and Zn. Our studies with B. burgdorferi demonstrate that the antimicrobial capacity of calprotectin is complex and extends well beyond simple withholding of metal micronutrients.