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 / NEC / HSV脳炎 / N型糖鎖修飾 / 内因性免疫 / 感染享受 / HSV / SLC35E1 / 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、以下の知見を得た。
1. HSV粒子の核膜通過に必須なウイルス因子であるNEC(Nuclear egress complex)に対するインターラクトーム解析を通じて同定した宿主因子に関して、KO細胞を樹立したところ、従来のNEC機能とは全く異なる内因性免疫に関する表現系が得られ、かつ、その表現系がNEC依存的であることも確認された。本知見は、HSV病態発現に極めて重要とされる内因性免疫の新規制御機構を紐解く知見であり、その制御機構は広域の生物学への波及効果が期待できる。また、KOマウスと遺伝子組換えウイルスを併用したin vivo解析より、他の代表的な内因性免疫実行因子をHSVが回避する分子機構がHSV脳炎の発症を司ることを解明後、本分子機構を基盤とし、アデノ随伴ウイルスベクターを用いたHSV脳炎治療戦略も確立しつつある。
2. HSV主要エンベロープ蛋白質gBのAsn-141におけるN型糖鎖修飾が、生体レベルにおいて、初感染時および再感染時に複数の生物学的意義を有することを解明した。さらに、本研究を通じて確立したスクリーニング系を用いて、抗体依存性細胞傷害(ADCC)活性とウイルス蛋白質に関する包括的な知見を得た。今後は、本スクリーニング結果を基盤に、HSV病態発現におけるADCC活性のインパクトに関して、さらに詳細な解析を試みる計画である。

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。本年度は、昨年度、不足気味であった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という点に関しては、当初計画通りの進捗が得られた。また、①および③と異なり、昨年度、国際学術誌に知見を発表できなかった②に関しても、結果を取りまとめる段階に至ったことから、本研究はバランスよく推移していると思われる。しかしながら、本申請課題の重要な柱の1つであるHSV輸送機構・粒子成熟機構の解明に関しては、ユニークな副次的な成果が得られた一方で、HSV輸送機構・粒子成熟機構そのものに関しては、タスクが分散してしまい、当初の期待ほどの結果を得ることができなかった。また、②の知見が国際学術誌の掲載段階までは至らなかったことを鑑みると、本研究は全体として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、昨年度の計画通り、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再度、試みる。また、HSV粒子の最終エンベロープ獲得を司る宿主因子に関しても、粒子形成の場へのリクルートメント機構が明らかとなりつつあることから、超解像顕微鏡や電子顕微鏡を駆使した詳細な解析を継続する。②に関しては、確立したHSV遺伝子発現の不均一性の可視化・分離系を駆使し、HSV遺伝子発現の不均一性に関与するウイルス蛋白質に関する解析を継続する。また、ウイルス蛋白質と相互作用することで、HSV遺伝子発現に関与が示唆されている宿主因子に関しても、本結合に必要なウイルス因子における最小アミノ酸を同定済みであることから、部位特異的に変異を導入した組換えウイルスを作出し、培養細胞系のみならず、マウスモデルにおける本相互作用の生物学的意義の解明を目指す。③に関しては、同定したNECによる内因性免疫制御機構に関する解析を継続すること、および、他の内因性免疫回避機構に着目したアデノ随伴ウイルスベクターを用いたHSV脳炎治療戦略に関して、実際に、脳内におけるウイルス産生量が、モデルと同様の増減を示すのか検証することで、さらなる概念実証(POCの獲得)を目指す。

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] Redundant and Specific Roles of A-Type Lamins and Lamin B Receptor in Herpes Simplex Virus 1 Infection (2022)
  • Author(s): Takeshima Kosuke、Maruzuru Yuhei、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Kawaguchi Yasushi
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 96 Issue: 24
  • DOI: 10.1128/jvi.01429-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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] 単純ヘルペスウイルス内因性免疫に対する新規回避機構の解明とヘルペス脳炎制御への応用 (2023)
  • Author(s): 加藤哲久, 播磨勇人, 恒川雄二, 五十嵐学, 喜多村晃一, 若江亨祥, 竹島功高, 丸鶴雄平, 小栁直人, 岡田尚巳, 村松正道, 川口寧
  • Organizer: 第70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型エンベロープタンパク質における糖鎖修飾の機能解析 (2022)
  • Author(s): 福井文望, 丸鶴雄平, 野邊萌香, 岩田修治, 小栁直人, 竹島功高, 加藤哲久, 川口寧
  • Organizer: 第35回ヘルペスウイルス研究会
• [Presentation] HSV-1非標準的遺伝子のさらなる解読と新規virion構成因子UL31.6の性状解析 (2022)
  • Author(s): 加藤哲久, 岩﨑亮二, 竹島功高, 中山佳尚, 淡中崇徳, 丸鶴雄平, 小栁直人, 川野秀一, 川口寧
  • Organizer: 第35回ヘルペスウイルス研究会
• [Presentation] ケミカル・プロテオミクスによる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さらなる同定 (2022)
  • Author(s): 加藤哲久, 岩﨑亮二, 竹島功高, 中山佳尚, 淡中崇徳, 丸鶴雄平, 小柳直人, 川野 秀一, 川口寧
  • Organizer: 第69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 glycoprotein Bの N型糖鎖修飾はウイルスの神経病原性とヒト中和抗体からの回避に寄与する (2022)
  • Author(s): 福井文望, 丸鶴雄平, 野邊萌香, 岩田修治, 小栁直人, 竹島功高, 加藤哲久, 川口寧
  • Organizer: 第69回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] HSV-1の感染不均一性を司る要因の解明 (2022)
  • Author(s): 丸鶴雄平, 竹島功高, 小栁直人, 加藤哲久, 鈴木穣, 川口寧
  • Organizer: 第69回日本ウイルス学会学術集会
• [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