Development of next generation recombinant vaccines against antigens allowing conformational change for escape from antibody production

• Project/Area Number: 20K21614
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 54:Internal medicine of the bio-information integration and related fields
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: Nosaka Tetsuya 三重大学, 医学系研究科, 教授 (30218309)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 遺伝子組換えワクチン / RSウイルス / プレフュージョン型 / 中和抗体 / hPIV2 / SARS-CoV-2 / 新型コロナウイルス / ＲＳウイルス / ヒトパラインフルエンザ2型ウイルス

Outline of Research at the Start

生涯にわたり繰り返し感染するウイルスは中和抗体ができにくいという特徴に着目し、それらウイルスが感染前後にエンベロープ蛋白のコンフォメーションを大きく変化（pre-fusion型からpost-fusion型へ）させることがワクチン作製不能の原因ではないかと考えた。そこで、当該ウイルスによる巧妙な中和抗体誘導回避機構を克服し、感染防御型ワクチンを創成するために、pre-fusion型のエンベロープ蛋白をベクター上に搭載した遺伝子組換えワクチンを作製することを考えた。汎用技術の第一弾として未だ世界で成功例のないRSウイルス pre-fusion型Fワクチンの創成を試みる挑戦的な萌芽研究である。

Outline of Final Research Achievements

Recurrently infectious viruses such as RSV escape from neutralizing antibody production through conformational change of the envelope protein upon infection. We have generated an intranasal vaccine expressing the prefusion-stabilized DS-Cav1 mutant (McLellan JS et al., Science 342, 592-598, 2013) of RSV F protein, by using a replication-defective BC-PIV vector which we developed. BC-PIV/DS-Cav1 efficiently induced the neutralizing antibody in the sera after intranasal immunization of hamsters. Similarly, BC-PIV expressing the prefusion-stabilized spike protein of SARS-CoV-2 including various variant strains efficiently induced the neutralizing antibody production upon intranasal immunization of hamsters. Thus it is possible that this strategy can be applicable to any enveloped virus showing conformational change of the surface protein upon infection to overcome the common escape machinery from neutralizing antibody production.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

COVID-19で明らかになったように生涯何度でも感染するウイルスが存在する。インフルエンザウイルスやRSウイルスもそうであるが、これらRNAウイルスは一般にDNAウイルスより変異しやすい。しかし、それだけが原因ではない。上記のウイルスは感染に関与するエンベロープ蛋白が感染前後で大きく立体構造を変えるという特徴を有する。感染前の不安定な立体構造を安定化させる変異を導入した蛋白を抗原として用いることによって効率よく中和抗体が誘導されることが今回明らかになった。このことは、今後の振興・再興感染症のパンデミック対策として有効なワクチンを迅速に作製することにおいて大いに役立つと思われた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] フラウンホーファー研究所(ドイツ)
• [Journal Article] 新型コロナウイルスに対する次世代型鼻スプレーワクチン開発 (2022)
  • Author(s): 野阪哲哉
  • Journal Title: 脳と発達 Volume: 54 (Suppl)
• [Journal Article] Inhibition of lung microbiota-derived proapoptotic peptides ameliorates acute exacerbation of pulmonary fibrosis. (2022)
  • Author(s): D'Alessandro-Gabazza CN, Yasuma T, Kobayashi T, Toda M, Abdel-Hamid AM, Fujimoto H, Hataji O, Nakahara H, Takeshita A, Nishihama K, Okano T, Saiki H, Okano Y, Tomaru A, D'Alessandro VF, Shiraishi M, Mizoguchi A, Ono R, Ohtsuka J, Fukumura M, Nosaka T, et al. & Gabazza EC
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1558-1558
  • DOI: 10.1038/s41467-022-29064-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Non-propagative human parainfluenza virus type 2 nasal vaccine robustly protects the upper and lower airways against SARS-CoV-2. (2021)
  • Author(s): Ohtsuka J, Imai M, Fukumura M, Maeda M, Eguchi A, Ono R, Maemura T, Ito M, Yamayoshi S, Kataoka Y, Kawaoka Y, Nosaka T
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Issue: 12 Pages: 103379-103379
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.103379
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tet1 is not required for myeloid leukemogenesis by MLL-ENL in novel mouse models. (2021)
  • Author(s): Ono R, Masuya M, Inoue N, Shinmei M, Ishii S, Maegawa Y, Maharjan BD, Katayama N, Nosaka T.
  • Journal Title: PLosONE Volume: 16 Issue: 3 Pages: e0248425-e0248425
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0248425
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic polymorphisms and vincristine-induced peripheral neuropathy in patients treated with rituximab, cyclophosphamide, doxorubicin, vincristine, and prednisone therapy. (2020)
  • Author(s): Sawaki A, Miyazaki K, Yamaguchi M, Takeuchi T, Kobayashi K, Imai H, Tawara I, Ono R, Nosaka T, Katayama N.
  • Journal Title: Int J Hematol Volume: 111 Issue: 5 Pages: 686-691
  • DOI: 10.1007/s12185-020-02832-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 血液腫瘍モデル動物の現状と展望. In: 金倉譲 編集. 造血器腫瘍学（第2版）-基礎と臨床の最新研究動向-. II. 造血器腫瘍の基礎 (2020)
  • Author(s): 小埜良一、野阪哲哉.
  • Journal Title: 日本臨床 Volume: 78 増刊号3 Pages: 152-158
• [Presentation] 新型コロナウイルスに対する次世代型鼻スプレーワクチン開発 (2022)
  • Author(s): 野阪哲哉
  • Organizer: 第64回日本小児神経学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] ワクチン開発と今後の課題 (2021)
  • Author(s): 野阪哲哉、福村正之、大塚順平
  • Organizer: 第31回日本産業衛生学会全国協議会
  • Invited
• [Presentation] Tet1 is not necessarily essential for MLL-ENL-induced myeloid leukemia. (2020)
  • Author(s): Ryoichi Ono, Masahiro Masuya, Makoto Shinmei, Satomi Ishii, Yuri Maegawa, Bishnu Devi Maharjan, Naoyuki Katayama, Tetsuya Nosaka.
  • Organizer: 第82回日本血液学会学術集会
• [Patent(Industrial Property Rights)] SARS-CoV-2 vaccine (2021)
  • Inventor(s): 野阪、小埜、河岡、今井、山吉、福村、大塚
  • Industrial Property Rights Holder: 三重大学、東京大学、バイオコモ株式会社
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] SARS-CoV-2 vaccine (2021)
  • Inventor(s): 野阪 、小埜、河岡、今井、山吉、福村、大塚
  • Industrial Property Rights Holder: 野阪 、小埜、河岡、今井、山吉、福村、大塚
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] SARS-CoV-2 vaccine (2020)
  • Inventor(s): 野阪 哲哉、小埜 良一、福村 正之、大塚 順平
  • Industrial Property Rights Holder: 野阪 哲哉、小埜 良一、福村 正之、大塚 順平
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020
  • Overseas