マウス腸に沿った微生物の胆汁酸変換の生物地理学的研究

Biogeography of microbial bile acid transformations along the murine gut.

• Solenne Marion
• Lyne Desharnais
• Nicolas Studer
• Yuan Dong
• Matheus D Notter
• Suresh Poudel
• Laure Menin
• Andrew Janowczyk
• Robert L Hettich
• Siegfried Hapfelmeier
• Rizlan Bernier-Latmani

抄録

肝臓でコレステロールから合成された胆汁酸は、腸内微生物によって腸管に沿って化学的に変換され、これらの変換の生成物は宿主受容体を介して信号を送り、宿主全体の健康に影響を与えます。これらの変換には、胆汁酸の脱コンジュゲーション、酸化、および7α-デヒドロキシル化が含まれます。腸内での胆汁酸変換の生物地理学を理解することは、7α-デヒドロキシル化の前提条件であり、ほとんどの腸内微生物が胆汁酸変換能を持っているため、非常に重要である。ここでは、メタボロミクスとメタプロテオミクスを組み合わせたアプローチを用いて、非生物学的マウスモデルにおける腸内微生物群集のin vivoでの活性を調べた。その結果、7α-デヒドロキシル化に関与していることが明らかになった。さらに、より複雑な微生物相を有するマウス、微生物相が異常な微生物相を有するマウス、または微生物相を有しないマウスにおける胆汁酸プロファイルを検討した。例えば、従来のマウスは、胆汁酸の大きな多様性を有しているが、クリンダマイシンのような抗生物質で処理すると、７α-デヒドロキシル化が完全に阻害され、この化合物によってこのプロセスを遂行することができる生物の強力な阻害が強調された。最後に、肝胆汁酸プールの大きさを微生物量の関数として比較したところ、微生物量の減少は宿主のシグナル伝達に影響を与えるが、必ずしも胆汁酸合成に影響を与えるわけではないことが明らかになった。本研究では、胆汁酸トランスフォーメーションを関連する活性微生物にマッピングし、微生物叢と胆汁酸組成の関係を系統的に特徴づけることができた。

Bile acids, synthesized from cholesterol by the liver, are chemically transformed along the intestinal tract by the gut microbiota and the products of these transformations signal through host receptors, impacting overall host health. These transformations include bile acid deconjugation, oxidation, and 7α-dehydroxylation. An understanding of the biogeography of bile acid transformations in the gut is critical because deconjugation is a prerequisite for 7α-dehydroxylation and because most gut microorganisms harbor bile acid transformation capacity. Here, we used a coupled metabolomic and metaproteomic approach to probe in vivo activity of the gut microbial community in a gnotobiotic mouse model. Results revealed the involvement of in 7α-dehydroxylation, of the genera and in deconjugation, and of six additional organisms in oxidation (the genera , , , , and ). Furthermore, the bile acid profile in mice with a more complex microbiota, with a dysbiosed microbiota or with no microbiota was considered. For instance, conventional mice harbor a large diversity of bile acids, but treatment with an antibiotic such as clindamycin results in complete inhibition of 7α-dehydroxylation, underscoring the strong inhibition of organisms able to carry out this process by this compound. Finally, comparison of the hepatic bile acid pool size as a function of microbiota revealed that a reduced microbiota affects host signaling but not necessarily bile acid synthesis. In this study, bile acid transformations were mapped to the associated active microorganisms, offering a systematic characterization of the relationship between microbiota and bile acid composition.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.