Structural basis of neutralized monoclonal antibody which recognizes multiple species of flavivirus

• Project/Area Number: 18H02855
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 54030:Infectious disease medicine-related
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: Kato Ryuichi 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (50240833)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小澤 龍彦 富山大学, 学術研究部医学系, 准教授 (10432105) ; 正木 秀幸 近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (90247982)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2019: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2018: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: ウエストナイルウイルス / フラビウイルス / 中和抗体 / Ｘ線結晶構造解析 / 中和モノクローナル抗体 / エンベロープタンパク質 / 立体構造解析 / モノクローナル抗体 / 中和活性

Outline of Final Research Achievements

West Nile virus (WNV) is a mosquito-borne human infectious virus of the Flavivirus family and sometimes causes lethal encephalitis and meningitis. We isolated interesting antibodies which neutralize both WNV and Japanese encephalitis virus (JEV) that also belongs to Flavivirus family. We determined the X-ray crystal structure of the complex of one of the antibodies and the enveloped protein of WNV at 2.6 A resolution. The three-dimensional structure and mutational analysis revealed that Arg388 which are conserved in JEV and WNV and CDR of L-chain are essential for the binding activity.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

２種類の抗原に活性を示すモノクローナル抗体の単離自体ユニークであり、それとWNVのエンベロープタンパク質複合体の立体構造解析は当然唯一無二である。明らかにした立体構造から分子認識機構を明らかにすることができ、それはフラビウイルスに共通の抗体医薬および合成低分子抗ウイルス薬の創薬を検討する上で重要な知見を与えると言える。

Research Products

• [Journal Article] Improvements of a fully automated protein crystallization and monitoring system (2021)
  • Author(s): Kato R, Hiraki M, Yamada Y, Tanabe M, Senda T.
  • Journal Title: Acta Cryst. section F Volume: 77 Issue: 1 Pages: 29-36
  • DOI: 10.1107/s2053230x20015514
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Production of a rabbit monoclonal antibody for highly sensitive detection of citrus mosaic virus and related viruses. (2020)
  • Author(s): Miyoshi S, Tokunaga S, Ozawa T, Takeda H, Aono M, Miyoshi T, Kishi H, Muraguchi A, Shimizu S, Nozawa A, Sawasaki T.
  • Journal Title: PloS One Volume: 15 Issue: 4 Pages: e0229196-e0229196
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0229196
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Human monoclonal antibodies against West Nile virus from Japanese encephalitis-vaccinated volunteers. (2018)
  • Author(s): Ozawa T, Masaki H, Takasaki T, Aoyama I, Yumisashi T, Yamanaka A, Konishi E, Ohnuki Y, Muraguchi A, Kishi H.
  • Journal Title: Antiviral Res Volume: 154 Pages: 58-65
  • DOI: 10.1016/j.antiviral.2018.04.011
  • Peer Reviewed
• [Presentation] In situデータ測定によって得られたタンパク質X線回折データの解析 (2021)
  • Author(s): 菅原隆広, 山田悠介, 田辺幹雄, 加藤龍一, 千田俊哉
  • Organizer: 第34回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] 全自動多点測定システムとMR Native-SAD法を用いた構造決定 (2021)
  • Author(s): 小林淳, 山田悠介, 篠田晃, 松垣直宏, 引田理英, 千田俊哉, 加藤龍一
  • Organizer: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] In situデータ測定によって得られたタンパク質X線回折データの解析 (2021)
  • Author(s): 菅原隆広, 山田悠介, 田辺幹雄, 加藤龍一, 千田俊哉
  • Organizer: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] 複数のエピトープと結合するモノクローナル抗体の認識機構ークラスター状結晶からの構造解析ー (2020)
  • Author(s): 小林淳, 小澤龍彦, 正木秀幸, 加藤龍一
  • Organizer: 日本結晶学会2020年度年会
• [Presentation] ISAAC法を用いたTCR様抗体の迅速作製とその応用 (2020)
  • Author(s): 小澤龍彦, 小林栄治, 浜名洋, 村口篤, 岸裕幸
  • Organizer: 第24回日本がん免疫学会総会,
• [Presentation] Improvements of an automated crystallization and observation system and in situ X-ray diffraction experiment for LCP crystallization (2019)
  • Author(s): Ryuichi Kato, Mikio Tanabe, Yusuke Yamada, Masahiko Hiraki, Toshiya Senda
  • Organizer: 13th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Improvements of a fully automated protein crystallization and monitoring system (2019)
  • Author(s): Kato, Ryuichi; Hiraki, Masahiko; Yamada, Yusuke; Tanabe Mikio; Senda, Toshiya
  • Organizer: International Symposium on Diffraction Structural Biology 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 全自動結晶化観察システムの機能向上と外部利用 (2019)
  • Author(s): 加藤龍一・平木雅彦・山田悠介・田辺幹雄・千田俊哉
  • Organizer: 日本結晶学会年会
  • Invited
• [Presentation] 全自動大規模結晶化スクリーニングシステムを用いたＸ線結晶構造解析支援と高度化 (2019)
  • Author(s): 加藤龍一
  • Organizer: BINDS報告会2019
• [Presentation] ヒト、ウサギ、サメモノクローナル抗体の迅速作製と創薬への応用 (2019)
  • Author(s): 小澤龍彦
  • Organizer: フォーラム富山「創薬」第49回研究会
  • Invited
• [Presentation] Human anti-WNV monoclonal antibodies established from JEV-vaccinated volunteers. (2019)
  • Author(s): Masaki H, Ozawa T, Takasaki T, Aoyama I, Yumisashi T, Yamanaka A, Konishi E, Muraguchi A, Kishi H.
  • Organizer: ファーマラボEXPOアカデミックフォーラム
• [Presentation] Photon Factoryにおける膜タンパク質結晶構造解析パイプライン (2018)
  • Author(s): 山田悠介・田辺幹雄・尾関雅弘・菅原隆広・千田俊哉・加藤龍一
  • Organizer: 日本結晶学会 2018年度年会
• [Presentation] 放射光施設における結晶化スクリーニングの自動化 (2018)
  • Author(s): 加藤龍一
  • Organizer: 第４１回 日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 哺乳動物細胞を用いた細胞内結晶化法 (2018)
  • Author(s): 小祝 孝太郎、月本 準、東 哲也、加藤 龍一、Leonard M.G. Chavas、千田 俊哉、伊藤 孝司、湯本 史明
  • Organizer: 第４１回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] 全自動大規模結晶化スクリーニングシステムを用いたＸ線結晶構造解析支援と高度化 (2018)
  • Author(s): 加藤龍一
  • Organizer: BINDS報告会2018
• [Remarks] 高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 構造生物学研究センター
  • URL: https://www2.kek.jp/imss/sbrc/
• [Remarks] 富山大学大学院医学薬学研究部 免疫学講座
  • URL: http://www.med.u-toyama.ac.jp/immuno/top.html
• [Remarks] 近畿大学 生物理工学部・大学院 生物理工学研究科
  • URL: https://www.kindai.ac.jp/bost/research-and-education/teachers/introduce/hideyuki-masaki-70b.html