抗菌ペプチドの「ダブル協奏効果」の原理を解明――薬剤耐性菌に対抗する次世代抗菌薬設計に一つの可能性――

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2026-04-07 東京大学

東京大学の研究グループは、抗菌ペプチドLL-37とHNP1が示す「ダブル協奏効果」の分子機構を解明した。両ペプチドは脂質環境に応じて集合・解離を切り替え、ヒト細胞膜では凝集して毒性を抑える一方、細菌膜では解離して強い抗菌活性を発揮することが判明した。TIRF、FRET、NMR、分子動力学解析により、この挙動が膜の脂質組成と静電相互作用に依存することを示し、凝集状態そのものが選択性の鍵であると明らかにした。本成果は、抗菌効果と安全性を両立する新たな設計原理を提示し、薬剤耐性菌に対抗する次世代抗菌薬開発に貢献する。

抗菌ペプチドの「ダブル協奏効果」の原理を解明――薬剤耐性菌に対抗する次世代抗菌薬設計に一つの可能性――
抗菌ペプチド(LL-37 と HNP1)のダブル協奏効果
上:ヒトの細胞膜上では抗菌ペプチドは集まり、「ブレーキモード」を示す
下:細菌の細胞膜上では抗菌ペプチドはほどけ、「攻撃モード」を示す

<関連情報>

凝集状態のダイナミクスが抗菌ペプチドLL-37とHNP1間の二重協同性を促進する Aggregation-State Dynamics Drive Double Cooperativity Between Antimicrobial Peptides LL-37 and HNP1

Yuge Hou, Jing Zhang, Koh Takeuchi, Hideo Higuchi, Motoshi Kaya, Rui Li, Jianlu Zheng, Jiali Chen, Go Watanabe, Kaori Sugihara
Angewandte Chemie International Edition  Published: 02 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202516436

ABSTRACT

The double cooperative effect between two major antimicrobial peptides, LL-37 and HNP1, where their combination enhances antimicrobial efficiency while reducing cytotoxicity, offers a promising strategy for developing safer and more effective antibiotics against antimicrobial resistance. However, the molecular mechanism driving this effect has remained unclear. In this study, a combination of total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy, Förster resonance energy transfer (FRET), nuclear magnetic resonance (NMR), and molecular dynamic simulation (MD) revealed that the double cooperative effect arises from the dynamic assembly and disassembly of LL-37/HNP1 aggregates, where the degree of aggregation governs membrane toxicity and therefore influences the cell fate. The aggregation is driven primarily through hydrophobic interactions between several amino acids within LL-37 and HNP1. Interestingly, in membranes, this aggregation state is regulated by the lipid composition, where only anionic lipids can break up the aggregates and disperse peptides in the membranes, leading to the gain of peptides’ function. Taking the advantage of the lipid composition difference, this enables the aggregates to destroy bacterial membranes, whereas protect eukaryotic cell membranes.

有機化学・薬学
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