クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ

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要旨

クロラムフェニコール（Cm）およびそのフッ素化誘導体であるフロルフェニコール（Ff）は、細菌のタンパク質生合成を強力に阻害する。Cmがヒト医療および獣医療で広範に使用されてきた結果、さまざまな種・属に属する細菌性病原体がCm耐性を発達させ、または獲得してきた。Ffは獣医療でのみ使用され、1990年代半ばに臨床導入された。現在までに知られているCm耐性遺伝子のうち、Ffに対する耐性も媒介するものは一部に限られる。CmおよびFfに対する耐性には複数の機序が存在し、その中でも特に注意を要するのが2種類のクロラムフェニコール・アセチルトランスフェラーゼ（CAT）である。複数配列アラインメントに基づき、各種CATタンパク質および排出（エクスポート）タンパク質の系統樹を作成した。

ヒト医療および獣医療における使用

Cmおよびチアンフェニコール、アジダムフェニコールを含む一部の誘導体は、長年にわたりヒト医療で広く使用されてきた。現在では、Cmコハク酸エステルやCmパルミチン酸エステルなどの特定のエステル体が治療用途として大量に製造されている。これらはエステラーゼによる加水分解後にCmが遊離されるまで抗菌活性を示さない。Cmコハク酸エステルは水溶性が良好であるため、非経口投与に用いられる。Cmは臨床導入後の数年間は有望な広域抗菌薬と考えられていたが、1960年代半ば以降、Cm投与に関連する多くの有害事象が徐々に認識されるようになった。

これらの副作用には、用量非依存性で不可逆的な再生不良性貧血、用量依存性で可逆的な骨髄抑制、新生児および乳児におけるグレイ症候群が含まれる。発疹やアレルギー反応が散発的に認められることもある。Cmは血液脳関門を容易に通過するため、他の抗菌薬が使用できない場合には、感受性株のHaemophilus influenzae、Streptococcus pneumoniae、またはNeisseria meningitidisによる髄膜炎に対する代替治療薬として位置付けられている。現在、獣医療におけるCmの使用は伴侶動物および非食用動物に限定されており、EUでは食品由来動物の残留により消費者が有害影響を受け得ることから、1994年に食用動物への使用が禁止された。

図1．クロラムフェニコールおよび関連物質の構造（Schwarz, S.; et al. 2004）

クロラムフェニコール・アセチルトランスフェラーゼ

Cmアセチルトランスフェラーゼ（CAT）は、Cmに加えてチアンフェニコールおよびアジダムフェニコールも不活化できる。FfではC-3位のヒドロキシル基がフッ素残基に置換されているため、アセチル基受容部位の構造が変化し、CAT酵素に対してFfは耐性となる。現在、CATは構造が明確に異なる2種類に分類される。すなわち、古典的CAT（type A CATとも呼ばれる）と、新規CAT（異物CAT〔xenobiotic CAT〕またはtype B CATとも呼ばれる）である。

• Type A クロラムフェニコール・アセチルトランスフェラーゼ

Type A CATは多様な細菌で見出されており、アミノ酸配列に差異があるにもかかわらず、いくつかの性質を共有している。天然型CATは通常、207～238アミノ酸（aa）からなる同一ポリペプチド3分子で構成される。cat遺伝子はCATモノマーをコードする。現在知られているtype A CATのうち、基質結合、触媒活性、モノマーのフォールディング、またはモノマーの三量体への集合に関与するアミノ酸は保存されているように見受けられる。一部のtype A CATは、フシジン酸耐性を媒介する能力や、チオール反応性試薬による阻害に対する感受性など、特異的な性質を有する。

• Type B クロラムフェニコール・アセチルトランスフェラーゼ

Type B CATは、異物アセチルトランスフェラーゼと呼称されることもあり、アセチル化によりCmを不活化する。Type B CATはtype A CATといくつかの類似点を有し、天然型type B CATもまた、209～212 aa程度のモノマーからなるホモ三量体である。しかし、type B CATは構造においてtype A CATと大きく異なり、ブドウ球菌および腸球菌の他のアセチル化酵素と関連するものと考えられる。Type B cat遺伝子には少なくとも5つの明確なグループ（B-1～B-5）が存在する。最初に発見されたtype B cat遺伝子であるcatB1は、A. tumefaciensの染色体からクローニングされた。catB2遺伝子は、E. coliの多剤耐性トランスポゾンTn 2424上で見出された。B-3グループには、これまでcatB3 - catB6およびcatB8として知られてきた複数の遺伝子が含まれ、これらは多剤耐性トランスポゾンと関連付けられることが多い。

図2．クラスB CATの系統樹（Schwarz, S.; et al. 2004）