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出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2016/01/27 19:55:52」(JST)

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シデロホア(ギリシャ語: "鉄運搬体")とは、微生物やいわゆるストラテジーII植物（イネ科植物）が分泌する鉄キレート剤である^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]^[6] 。知られている中で、Fe³⁺ に対して最も高い親和性を持つ水溶性化合物の一つである。

概要

まず、自然界における鉄の役割を説明する。鉄はすべての生物において必須の栄養素である。代謝やDNAの合成に要求される。この元素は地球の地殻において最も豊富なものの一つであるにもかかわらず、土壌や海洋といった多くの環境での生物学的利用能は限定的である。これは、水中でのFe³⁺ イオンの溶解度が低いためによる。この三価イオンの形態は、酸素存在下を含む非酸性の水中で優勢である。また、酸化鉄や水酸化鉄といった一般的な鉱物相－土壌の赤色や黄色を形成している－として自然界に蓄積されている。しかし、生物は三価鉄を容易に利用することはできない^[7]。

微生物やイネ科植物は、鉄を利用するためにシデロホアを分泌する。この化合物は、鉱物相からFe³⁺ 錯体を取り出し、能動輸送により鉄を栄養素として吸収することを可能にする。多くのシデロホアは非リボソームペプチドであり^[3]^[8]、いくつかは独立して生合成される^[9]。

シデロホアはいくつかの病原微生物にとっても重要である^[3]^[4]^[6]。宿主の哺乳類体内で鉄はヘモグロビン、トランスフェリン、ラクトフェリン、フェリチンと結合している。細菌体内の鉄分濃度は10⁻²⁴ mol L⁻¹程度に維持される必要があるため^[10]、細菌は外部から鉄を獲得する機構を具えている。例えば、炭疽症の原因菌Bacillus anthracisは2種類のシデロホア、バチリバクチン[ bacillibactin ]とペトロバクチン[ petrobactin ]を分泌し、鉄タンパク質から二価鉄を吸収している。バチリバクチンは免疫タンパク質シデロカリンsiderocalinとの結合性を示す^[11]。一方、ペトロバクチンは免疫系に捕捉される実験結果は確認されておらず、また、マウスにおいて病毒性に重要であることが明らかとなっている^[12]。シデロホアの中でも、エンテロバクチン[ enterobactin ]が最もFe³⁺ との結合性が強いとされる^[10]。

鉄に対する高いキレート作用のため、シデロホアは、鉄中毒やサラセミアといった人体内の鉄濃度異常に対する治療への利用が研究されている。いわゆる、キレーション療法のための治療薬として期待されている。すでに、シデロホアの一つであるデフェロキサミンBが実用化されている。^[13]

いくつかの病原微生物はシデロホアではなく、ヘムと結合するヘムホアを産生する。また、これらの鉄結合性物質を外部へと分泌せず、細胞膜上で鉄イオンまたはヘムタンパク質と結合する受容体を持つものも存在する^[14]。これらとは別に、真核生物は鉄獲得の機構を持つ。すなわち、環境中のpHを低下させる、あるいは、不溶性の三価鉄を二価鉄に還元させる。

構造

カテコレート-鉄錯体

シデロホアは通常、６座配位子の正八面体の安定した化合物である。最も強力なシデロホアは、分子一つ当たり3つの2座配位子を有しており、6座配位子錯体を形成する。このとき、別々の配位子で鉄分子を一つだけキレートしているときよりもエントロピー変化は小さい^[15]。シデロホアの包括的なリストは作成されている^[16]。シデロホアが反応する鉄はFe³⁺ であり、Fe2+に対する親和性は低い。微生物は一般的に、シデロホアと結合しているFe3+ をFe²⁺ に還元することでシデロホアから鉄分を放出させている。^[8]

シデロホアはその配位子により分類されている。多数派のグループにはカテコール（フェノラート）、ヒドロキサム酸、各種カルボン酸（例えば、クエン酸誘導体）が含まれる^[3]。クエン酸はシデロホアとして働くことができる^[17]。シデロホアには多くの種類が存在するが、これは微生物間の生存競争にかけて生じた進化圧の結果である。すなわち、各種微生物にとって自身のシデロホアが他の種の輸送体に横取りされることを避け、かつ、病原微生物の場合は宿主の免疫系により不活性化されることを防がなければならない^[3]^[6]。

種類

微生物や菌類のシデロホアを以下に示す。

フェリクローム[ Ferrichrome ]：ヒドロキサム酸型シデロホア

デフェロキサミンB[ Desferrioxamine B ]：ヒドロキサム酸型シデロホア

エンテロバクチン[ Enterobactin ]：カテコール型シデロホア

アゾトバクチン[ Azotobactin ]：混合配位子シデロホア

ピヨベルジン[ Pyoverdine ]：混合配位子シデロホア

エルシニアバクチン[ Yersiniabactin ]：混合配位子シデロホア

ヒドロキサム酸型シデロホア[ Hydroxamate siderophores ]

シデロホア	保有生物
フェリクローム [ ferrichrome ]	Ustilago sphaerogena
デフェロキサミンB [ Desferrioxamine B ] (デフェロキサミン[ Deferoxamine ])	Streptomyces pilosus Streptomyces coelicolor
デフェロキサミンE [ Desferrioxamine E ]	Streptomyces coelicolor
フサリニンC[ fusarinine C ]	Fusarium roseum
オルニバクチン[ ornibactin ]	Burkholderia cepacia
ロドトルル酸 [ rhodotorulic acid ]	Rhodotorula pilimanae

カテコール型シデロホア[ Catecholate siderophores ]

シデロホア	保有微生物
エンテロバクチン[ enterobactin ]	Escherichia coli enteric bacteria
バチリバクチン[ bacillibactin ]	Bacillus subtilis Bacillus anthracis
ビブリオバクチン[ vibriobactin ]	Vibrio cholerae

混合配位子型

シデロホア	保有微生物
アゾトバクチン[ azotobactin ]	Azotobacter vinelandii
ピヨベルジン[ pyoverdine ]	Pseudomonas aeruginosa
エルシニアバクチン[ yersiniabactin ]	Yersinia pestis

生物学的な役割

微生物

ある種の微生物は普段、微生物シデロホアの細胞内での合成と、細胞外に分泌したそれの吸収に関わる遺伝子を抑制している。環境中の鉄が欠乏するとその抑制を解除し、鉄の取り込みを促進させる。すなわち、細胞内鉄イオン濃度が高いとき、Fe²⁺-依存性リプレッサーが当該遺伝子の上流に結合してその発現を阻害している。そして、鉄イオン濃度が低くなるとFe²⁺ がリプレッサーから分離し、リプレッサーはDNAから遊離する。こうして、抑制されていた遺伝子は発現するようになる。グラム陰性および、ゲノムDNAにアデニンとチミンが豊富なグラム陽性細菌において、通常、リプレッサーはFur (ferric uptake regulator)リプレッサーである。一方、ゲノムDNAにグアニンとシトシンが豊富なグラム陽性細菌(放線菌門[ Actinobacteria ]など)の場合は、DtxR (diphtheria toxin repressor)である。DtxRの名称は、Corynebacterium diphtheriaeにおいて制御する遺伝子が人体に危険なジフテリア毒素[ diphtheria toxin ]であるためである^[8]。

植物

ファイトシデロホアの一つであるデオキシムギネ酸[ Deoxymugineic acid ]

一般的に土壌中の鉄濃度は植物成長の要求量以上であるが、石灰質土壌の場合にはその高いpHにより鉄が不溶性の水酸化鉄となり、植物の鉄不足が現れる。石灰質土壌は世界中の耕作地の30％である。鉄不足の条件下で、イネ科植物はデオキシムギネ酸などの植物シデロホア（ファイトシデロホア[ Phytosiderophore ]）を分泌する^[18]。ファイトシデロホアの構造は微生物シデロホアとは異なり、3つのα-アミノカルボン酸ユニットと、中心と結合した2つのα-アミノカルボン酸をもつ。後者の二座は三価鉄への高い選択性に寄与する。環境中へと分泌された後、鉄を捕捉したファイトシデロホア（鉄-ファイトシデロホア錯体）は細胞内へと輸送される。この輸送は細胞膜上でのプロトンとの共輸送により行われる^[19]。このとき、錯体中の三価鉄は二価鉄に還元され、ファイトシデロホアへの親和性を失う。そして、二価鉄に対する親和力が強いニコチアナミンに捕捉され、根の細胞外から出ないようにされる^[20]。ニコチアナミンはまた師部を通じた植物体内全体への鉄イオンの運搬に関わると考えられている。

脚注

^ J. B. Neilands (1952).
^ J. B. Neilands (1995).
^ ^a ^b ^c ^d ^e R. C. Hider and X. Kong (2010).
^ ^a ^b J. H. Crosa, A. R. Mey, S. M. Payne (editor) (2004).
^ Cornelis, P; Andrews, SC (editor) (2010).
^ ^a ^b ^c Miller, Marvin J. Siderophores (microbial iron chelators) and siderophore-drug conjugates (new methods for microbially selective drug delivery).
^ Kraemer, Stephan M. (2005).
^ ^a ^b ^c Miethke, M.; Marahiel, M. (2007).
^ Challis, G. L. (2005).
^ ^a ^b Raymond, K. N.; Dertz, E. A.; Kim, S. S. (2003).
^ Rebecca J. Abergel, Melissa K. Wilson, Jean E. L. Arceneaux, Trisha M. Hoette, Roland K. Strong, B. Rowe Byers, and Kenneth N. Raymond (2006).
^ Cendrowski, S., W. MacArthur, and P. Hanna. (2004).
^ T. Zhou, Y. Ma, X. Kong and R. C. Hider (2012).
^ Krewulak, K. D.; Vogel, H. J. (2008).
^ John M. Roosenberg II, Yun-Ming Lin, Yong Lu and Marvin J. Miller (2000).
^ R. C. Hider and X. Kong (2010).
^ Winkelmann, G.; Drechsel, H., Biotechnology (2nd edition), Chapter 5: Microbial Siderophores. 1999.
^ Y. Sugiura and K. Nomoto (1984).
^ S. Mori; Sigel, A. and Sigel, H. (editor) (1998).
^ E. L. Walker and E. L. Connolly (2008).

UpToDate Contents

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1. 肺炎桿菌感染症の微生物学および病因 microbiology and pathogenesis of klebsiella pneumoniae infection
2. 炭疽菌の微生物学、病因、および疫学 microbiology pathogenesis and epidemiology of anthrax
3. ムコール症（接合真菌症） mucormycosis zygomycosis
4. 鉄キレート薬：選択肢、投与量、副作用 iron chelators choice of agent dosing and adverse effects
5. エルシニア感染の微生物学および病因 microbiology and pathogenesis of yersinia infections

Japanese Journal

植物シデロホアの一種ムギネ酸の鉄排泄活性

三野芳紀,井尻章悟,内田浩司 [他]
大阪薬科大学紀要 (1), 113-117, 2007-00-00
NAID 40015567425

スペルミジンシデロホア,パラバクチンの全合成(発表論文抄録(1984年),福山大学開学10周年記念号)

長尾善光,宮坂忠与,萩原裕一,藤田栄一
福山大学薬学部研究年報 3, 164, 1985-00-00
NAID 110007408096

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★リンクテーブル★

リンク元	「ヘモジデリン貪食細胞」

「ヘモジデリン貪食細胞」

　　[★]

英: siderophore
関: シデロフォア、シデロホア

[Neilands1-1] J. B. Neilands (1952).

[J._B._Neilands-2] J. B. Neilands (1995).

[R._C._Hider-3] R. C. Hider and X. Kong (2010).

[J._H._Crosa-4] J. H. Crosa, A. R. Mey, S. M. Payne (editor) (2004).

[CornelisP-5] Cornelis, P; Andrews, SC (editor) (2010).

[Miller-6] Miller, Marvin J. Siderophores (microbial iron chelators) and siderophore-drug conjugates (new methods for microbially selective drug delivery).

[Kraemer-7] Kraemer, Stephan M. (2005).

[Miethke-8] Miethke, M.; Marahiel, M. (2007).

[9] Challis, G. L. (2005).

[Raymond-10] Raymond, K. N.; Dertz, E. A.; Kim, S. S. (2003).

[Raymond2-11] Rebecca J. Abergel, Melissa K. Wilson, Jean E. L. Arceneaux, Trisha M. Hoette, Roland K. Strong, B. Rowe Byers, and Kenneth N. Raymond (2006).

[12] Cendrowski, S., W. MacArthur, and P. Hanna. (2004).

[T._Zhou-13] T. Zhou, Y. Ma, X. Kong and R. C. Hider (2012).

[Vogel-14] Krewulak, K. D.; Vogel, H. J. (2008).

[John_M._Roosenberg-15] John M. Roosenberg II, Yun-Ming Lin, Yong Lu and Marvin J. Miller (2000).

[Appendix.28i.29-16] R. C. Hider and X. Kong (2010).

[17] Winkelmann, G.; Drechsel, H., Biotechnology (2nd edition), Chapter 5: Microbial Siderophores. 1999.

[Sugiura-18] Y. Sugiura and K. Nomoto (1984).

[Mori-19] S. Mori; Sigel, A. and Sigel, H. (editor) (1998).

[Walker-20] E. L. Walker and E. L. Connolly (2008).

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