Integrated molecular basis for herpesvirus replication and pathogenesis

• Project/Area Number: 20H05692
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section H
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 川口 寧 東京大学, 医科学研究所, 教授 (60292984)
• Project Period (FY): 2020-08-31 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥197,730,000 (Direct Cost: ¥152,100,000、Indirect Cost: ¥45,630,000); Fiscal Year 2024: ¥38,610,000 (Direct Cost: ¥29,700,000、Indirect Cost: ¥8,910,000); Fiscal Year 2023: ¥38,610,000 (Direct Cost: ¥29,700,000、Indirect Cost: ¥8,910,000); Fiscal Year 2022: ¥28,990,000 (Direct Cost: ¥22,300,000、Indirect Cost: ¥6,690,000); Fiscal Year 2021: ¥38,610,000 (Direct Cost: ¥29,700,000、Indirect Cost: ¥8,910,000); Fiscal Year 2020: ¥52,910,000 (Direct Cost: ¥40,700,000、Indirect Cost: ¥12,210,000)
• Keywords: 単純ヘルペスウイルス / 感染の不均一性 / 免疫・抵抗性因子回避機構 / ウイルスの細胞内輸送・粒子成熟 / 感染享受 / HSV / SLC35E1 / N型糖鎖修飾 / 抵抗性因子 / 回避機構 / 免疫回避機構 / Pcyt2 / ホスファチジルエタノールアミン / メクリジン / ケミカル・プロテオミクス / AIM2 / 細胞内輸送・流星成熟機構 / 宿主免疫回避機構

Outline of Research at the Start

HSV本申請課題では、研究代表者が長年の基礎研究で蓄積してきた様々な感染現象に関する知見を基盤に、先端的テクノロジーにより紐解く各感染現象を生体レベルのin depth解析に落とし込み、多階層的知見をHSV の増殖・病態発現機構の全体像として統合的に理解することを目標とする。また、HSV感染によるダイナミックな細胞内環境の変化は、生物学に数々のCutting-edge をもたらしてきたことから、本研究でもHSVの基礎研究から新たな生命現象機構の解明を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

本申請課題では、研究代表者が長年の基礎研究で蓄積してきた様々な感染現象に関する知見を基盤に、先端的テクノロジーにより紐解く各感染現象を生体レベルのin depth解析に落とし込み、多階層的知見を単純ヘルペスウイルス(HSV)の増殖・病態発現機構の全体像として統合的に理解することを目標としている。今期は、以下の知見を解明した。

1.イメージングとCRISPRスクリーニングを併用することで、HSV粒子の核膜通過を司る新規宿主因子として、Orphan transporter SLC35E1を同定した。SLC35E1が核膜間に出芽したウイルス粒子を包む小胞と核外膜間の融合段階に関与していたこと、SLC35E1のtransporter活性を司ると想定されるアミノ酸残基における変異導入(K142A)時、SLC35E1欠損と同様の表現系が認められたことから、核膜間領域への物質のやり取りが、効率的なHSV粒子の核膜通過に必要であることが示唆された。
2.シングル・セルテクノロジーにより、HSV遺伝子発現の不均一性を生み出す宿主因子の有力な候補を得た。実際、候補宿主因子のKO細胞を樹立後、多段階のウイルス遺伝子発現をリアルタイムに可視化できる組換えHSVを用いて、HSV遺伝子発現を1細胞単位で詳細に解析することで、候補宿主因子がHSV遺伝子発現の不均一性を司ることを見出した。
3. HSV主要エンベロープ蛋白質におけるN型糖鎖修飾が、中和抗体からの回避に関与することを解明した。今後は、ヒト・ガンマグロブリン投与マウスを用いて、本糖鎖修飾の生体レベルにおける役割の解明を試みる。また、変異HSVを用いたマウス病態解析モデルで得られた知見と想定される分子機構を突破口に、変異HSVとKOマウスを用いた病態解析を実施し、生体レベルにおけるHSV抵抗性因子とHSVによる回避機構を解明しつつある。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本申請課題では、① HSV輸送機構・粒子成熟機構の解明、② HSV遺伝子発現の不均一性の解明、③ 生体レベルにおけるHSV宿主免疫・抵抗性回避機構の解明、を試みている。当初の計画通り、先端的テクノロジーと申請者の長年の基礎研究により蓄積した知見・マテリアルを活用することで、今年度も①~③の研究課題をバランスよく進展させることができた。しかしながら、本研究では、先端的テクノロジーにより紐解く各感染現象を生体レベルのin depth解析に落とし込み、多階層的知見を単純ヘルペスウイルス(HSV)の増殖・病態発現機構の全体像として統合的に理解することを目標としているにも関わらず、①および②の解析は培養細胞系に留まってしまったこと、得られた知見の学術論文化が①のみに偏っていること、コロナ禍の影響もあり、共同研究者と実施予定であったオミックス解析に遅延が生じていることを鑑み、本研究はやや遅れていると判断された。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、① HSV輸送機構・粒子成熟機構の解明、② HSV遺伝子発現の不均一性の解明、③ 生体レベルにおけるHSV宿主免疫・抵抗性回避機構の解明を柱に、各感染現象を生体レベルのin depth解析に落とし込み、多階層的知見を単純ヘルペスウイルス(HSV)の増殖・病態発現機構の全体像の統合的理解を目指す。
①に関しては、SLC35E1の知見を基盤に、ファミリー分子にも解析を拡張することで、核膜間領域への物質のやり取りとHSV粒子の核膜通過に関して、さらなる知見の積み上げを試みる。また、HSV粒子の最終エンベロープ獲得に関しても、宿主因子との相互作用を解明するため、候補スクリーニングやturboIDを用いたインターラクトーム解析を実施する。②に関しては、解明しつつあるHSV遺伝子発現の不均一性を司る宿主因子の阻害剤を用いた生体レベルでの解析や、相互作用するウイルス因子の探索・結合アミノ酸の同定を通じ、部位特異的変異HSVを作出し、マウス病態モデルに供することで、宿主因子およびウイルス因子の両面から生体レベルでの解析を試みる。③に関しては、ヒト・ガンマグロブリン投与マウスを用いて、HSV主要エンベロープ蛋白質におけるN型糖鎖修飾の生体レベルにおける役割の解明を試みる。また、解明しつつあるHSV抵抗性因子とHSVによる回避機構に関して、分子メカニズムの解明を試みる。

Assessment Rating

Interim Assessment Comments (Rating)

A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.

Research Products

• [Journal Article] Role of the Arginine Cluster in the Disordered Domain of Herpes Simplex Virus 1 UL34 for the Recruitment of ESCRT-III for Viral Primary Envelopment (2022)
  • Author(s): Arii Jun、Takeshima Kosuke、Maruzuru Yuhei、Koyanagi Naoto、Nakayama Yoshitaka、Kato Akihisa、Mori Yasuko、Kawaguchi Yasushi
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 96 Issue: 2
  • DOI: 10.1128/jvi.01704-21
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of the orphan transporter SLC35E1 in the nuclear egress of herpes simplex virus 1 (2022)
  • Author(s): Fumio Maeda, Akihisa Kato, Kosuke Takeshima, Misato Shibazaki, Ryota Sato, Takuma Shibata, Kensuke Miyake, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Eigo Shimizu, Seiya Imoto, Satoru Miyano, Shungo Adachi, Tohru Natsume, Koh Takeuchi, Yuhei Maruzuru, Naoto Koyanagi, Jun Arii, Yasushi Kawaguchi
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: - Issue: 10 Pages: 10-10
  • DOI: 10.1128/jvi.00306-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prolonged high-intensity exercise induces fluctuating immune responses to herpes simplex virus infection via glucocorticoids (2021)
  • Author(s): Adachi, A., Honda, T., Dainichi, T., Egawa, G., Yamamoto, Y., Nomura, T., Nakajima, S., Otsuka, A., Maekawa, M., Mano, N., Koyanagi, N., Kawaguchi, Y., Ohteki, T., Nagasawa, T., Ikuta, K., Kitoh, A., and Kabashima, K.
  • Journal Title: J. Allergy Clin. Immunol. Volume: 148 Issue: 6 Pages: 1575-1588.e7
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2021.04.028
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of the DNA Binding Activity of Herpes Simplex Virus 1 VP22 in Evading AIM2-Dependent Inflammasome Activation Induced by the Virus (2020)
  • Author(s): Maruzuru Yuhei、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Kawaguchi Yasushi
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 95 Issue: 5
  • DOI: 10.1128/jvi.02172-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prohibitin-1 Contributes to Cell-to-Cell Transmission of Herpes Simplex Virus 1 via the MAPK/ERK Signaling Pathway (2020)
  • Author(s): Watanabe Mizuki、Arii Jun、Takeshima Kosuke、Fukui Ayano、Shimojima Masayuki、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Minamitani Takeharu、Yasui Teruhito、Kubota Yuji、Takekawa Mutsuhiro、Kosugi Isao、Maruzuru Yuhei、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Mori Yasuko、Kawaguchi Yasushi
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 95 Issue: 3
  • DOI: 10.1128/jvi.01413-20
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of a herpes simplex virus 1 gene encoding neurovirulence factor by chemical proteomics (2020)
  • Author(s): Kato Akihisa、Adachi Shungo、Kawano Shuichi、Takeshima Kousuke、Watanabe Mizuki、Kitazume Shinobu、Sato Ryota、Kusano Hideo、Koyanagi Naoto、Maruzuru Yuhei、Arii Jun、Hatta Tomohisa、Natsume Tohru、Kawaguchi Yasushi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 4894-4894
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18718-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of Phosphatidylethanolamine Biosynthesis in Herpes Simplex Virus 1-Infected Cells in Progeny Virus Morphogenesis in the Cytoplasm and in Viral Pathogenicity In Vivo (2020)
  • Author(s): Arii Jun、Fukui Ayano、Shimanaka Yuta、Kono Nozomu、Arai Hiroyuki、Maruzuru Yuhei、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Mori Yasuko、Kawaguchi Yasushi
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 94 Issue: 24
  • DOI: 10.1128/jvi.01572-20
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ESCRT-III controls nuclear envelope deformation induced by progerin (2020)
  • Author(s): Arii Jun、Maeda Fumio、Maruzuru Yuhei、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Mori Yasuko、Kawaguchi Yasushi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 18877-18877
  • DOI: 10.1038/s41598-020-75852-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evasion of the Cell-Mediated Immune Response by Alphaherpesviruses (2020)
  • Author(s): Koyanagi Naoto、Kawaguchi Yasushi
  • Journal Title: Viruses Volume: 12 Issue: 12 Pages: 1354-1354
  • DOI: 10.3390/v12121354
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ウイルスの一般的性状を逆手にとり新しいウイルス遺伝子を解読する (2022)
  • Author(s): 川口 寧
  • Organizer: 令和3年度「感染・免疫・がん・炎症」全国共同研究拠点シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] The DNA binding activity of herpes simplex virus 1 VP22 is essential for evading AIM2-dependent inflammasome activation (2021)
  • Author(s): Yuhei Maruzuru, Naoto Koyanagi, Akihisa Kato, Yasushi Kawaguchi
  • Organizer: 第19回あわじ感染と免疫国際フォーラム / The Neo-Virology Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Elucidation of a novel mechanism for negative regulation of Herpes Simplex Virus 2 UL13 (2021)
  • Author(s): Naoto Koyanagi, Akihisa Kato, Kosuke Takeshima, Yuhei Maruzuru, Yasushi Kawaguchi
  • Organizer: 第19回あわじ感染と免疫国際フォーラム / The Neo-Virology Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] アミノ酸保存性に基づいて見出されたHSV-2 UL13キナーゼの新規活性制御機構の解明 (2021)
  • Author(s): 小栁直人, 加藤哲久, 竹島功高, 丸鶴雄平, 川口寧
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] 単純ヘルペスウイルスVP22のDNA結合能はウイルス感染によって誘導されるAIM2 inflammasome活性化からの回避に必須である (2021)
  • Author(s): 丸鶴雄平, 小栁直人, 加藤哲久, 川口寧
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] Cell-based high throughput membrane fusion assay for SARS-CoV-2 S protein (2021)
  • Author(s): 山本瑞生, 井上純一郎, 川口寧, 合田仁
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] 単純ヘルペスウイルスVP22 によるAIM2 インフラマソーム阻害機構の解析 (2021)
  • Author(s): 丸鶴雄平, 小栁直人, 加藤哲久, 川口寧
  • Organizer: 第34回ヘルペスウイルス研究会
• [Presentation] ケミカル・プロテオミクス解析を駆使した単純ヘルペスウイルス1型がコードする新規神経病原性因子の同定 (2021)
  • Author(s): 加藤哲久, 足達俊吾, 川野秀一, 夏目徹, 川口寧
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] 単純ヘルペスウイルス1型エンベロープ糖タンパク質における特定の糖鎖修飾はウイルスの病態発現に寄与する (2021)
  • Author(s): 福井文望, 丸鶴雄平, 野邊萌香, 小栁直人, 竹島功高, 加藤哲久, 川口寧
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] 単純ヘルペスウイルスの増殖・病態発現の分子基盤 (2021)
  • Author(s): 川口 寧
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Elucidation of the role of specific glycosylation of a herpes simplex virus 1 glycoprotein in viral pathogenesis using a novel viral genetic modification system (2021)
  • Author(s): Ayano Fukui, Yuhei Maruzuru, Moeka Nobe, Naoto Koyanagi, Kosuke Takeshima, Akihisa Kato, Yasushi Kawaguchi
  • Organizer: 第19回あわじ感染と免疫国際フォーラム / The Neo-Virology Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular Mechanisms of Herpes Simplex Virus Infection (2021)
  • Author(s): Yasushi Kawaguchi
  • Organizer: 第19回あわじ感染と免疫国際フォーラム / The Neo-Virology Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 単純ヘルペスウイルス感染の分子機構 (2020)
  • Author(s): 川口 寧
  • Organizer: 第50回日本皮膚免疫アレルギー学会総会学術大会
  • Invited
• [Book] 感染症時代の新教養「ウイルス」入門 (2022)
  • Author(s): 川口 寧
  • Total Pages: 286
  • Publisher: 実務教育出版
  • ISBN: 9784788908291
• [Book] ネオウイルス学 (2021)
  • Author(s): 河岡 義裕、岩見 真吾、大場 靖子、川口 寧、佐藤 佳、澤 洋文、鈴木 信弘、高橋 英樹、朝長 啓造、中川 草、長崎 慶三、西浦 博、野田 岳志、古瀬 祐気、堀江 真行、牧野 晶子、松浦 善治、松野 啓太、村田 和義、望月 智弘、渡辺 登喜子
  • Total Pages: 320
  • Publisher: 集英社
  • ISBN: 9784087211597
• [Book] ひと目でわかる！ ウイルス大解剖 (2020)
  • Author(s): 川口 寧
  • Total Pages: 80
  • Publisher: 誠文堂新光社
  • ISBN: 9784416620663
• [Remarks] 東京大学医科学研究所 感染・免疫部門 ウイルス病態制御分野
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/Kawaguchi-lab/KawaguchiLabTop.html
• [Remarks] 東京大学医科学研究所 感染・免疫部門 ウイルス病態制御分野
  • URL: http://www.ims.u-tokyo.ac.jp/Kawaguchi-lab/KawaguchiLabTop.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 新規ウイルス増殖阻害剤 (2020)
  • Inventor(s): 川口寧、有井潤
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東京大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020