Promotion of emerging and re-emerging virus research using high-speed reverse genetics

• Project/Area Number: 21H02736
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49060:Virology-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 福原 崇介 北海道大学, 医学研究院, 教授 (70598739)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小野 慎子 大阪大学, 感染症総合教育研究拠点, 特任准教授(常勤) (30626437) ; 津田 祥美 長崎大学, 高度感染症研究センター, 准教授 (70447051)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: リバースジェネティクス / SARS-CoV-2 / 変異株解析 / 中和能 / in vivo imaging / レポーター / Imaging / 高速リバースジェネティクス / マウスモデル / フラビウイルス / 新興再興感染症

Outline of Research at the Start

我々はSARS-CoV-2の高速リバースジェネティクスの確立に成功したが、この技術は他の様々なRNAウイルスに応用可能だと考えられる。作出されたレポーターウイルスを用いて、ウイルスの増殖性や病原性の評価を行う予定である。この技術を駆使して、SARS-CoV-2のみならず、フラビウイルスや肝炎ウイルス研究を飛躍的に推進することができると考えられる。

Outline of Annual Research Achievements

CPER法を駆使した高速リバースジェネティクス法を用いて、(1)変異株の意義の解明や(2)薬剤耐性化機構の解明、(3)効率的な中和能の評価法の開発、(4)In vivo imaging系の開発を行なった。
(1)の変異株の解析では、次々に出現する変異株を日本に感染が拡大するよりも早く遺伝子情報から組替え変異ウイルスを作製することで、変異株の性状解析を行なった。XBB.1.5の変異株解析においては、XBB.1と比較して新たに出現したORF8の欠損変異がMHC関連タンパク質の発現の抑制を介して病原性に関与することを明らかにした（Nature Communications 2023）。
(2)の薬剤耐性化解析においては、抗ウイルス薬であるレムデシビルに対するSARS-CoV-2の耐性化獲得機構を明らかにした。レムデシビル存在下でウイルスを感染継代することで複数の変異が蓄積した。それらの変異を単一で持つ組替えSARS-CoV-2を作製して、レムデシビルの感受性試験を行うことで耐性化に寄与する新たな変異を同定した（PLoS Pathogens 2023）。
(3)の解析では、感染者やワクチン接種を行なった方の血清の中和能をGFP搭載組替えウイルスを用いることで効率的に検討できるようになった（J Virol Methods 2024)。この解析手法を用いて、肝臓移植後で免疫抑制を行なっている患者におけるワクチンの有用性を検証し、抗体誘導能が健常者より悪いことを明らかにした。
(4)の解析では、長波長の生物発光タンパク質であるAkalucを搭載した組替えSARS-CoV-2の作製に成功した。ハムスターにおいて、感染早期では鼻腔、感染後期に肺に感染が移行することを確認できた。またワクチンの有効性もImagingにより評価可能であった（iScience 2024）。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The development of a rapid, high-throughput neutralization assay using a SARS-CoV-2 reporter (2024)
  • Author(s): Suzuki Rigel、Kamiyama Akifumi、Ito Hayato、Kawashiro Keita、Tomiyama Takahiro、Tamura Tomokazu、Suzuki Saori、Yoshizumi Tomoharu、Hotta Kiyohiko、Fukuhara Takasuke
  • Journal Title: Journal of Virological Methods Volume: 326 Pages: 114894-114894
  • DOI: 10.1016/j.jviromet.2024.114894
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A rapid and versatile reverse genetics approach for generating recombinant positive-strand RNA viruses that use IRES-mediated translation (2024)
  • Author(s): Tamura Tomokazu、Yamamoto Hirotaka、Ogino Saho、Morioka Yuhei、Tsujino Shuhei、Suzuki Rigel、Hiono Takahiro、Suzuki Saori、Isoda Norikazu、Sakoda Yoshihiro、Fukuhara Takasuke
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 98 Issue: 3
  • DOI: 10.1128/jvi.01638-23
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Virological characteristics of the SARS-CoV-2 Omicron XBB.1.5 variant (2024)
  • Author(s): Tamura Tomokazu、Irie Takashi、Deguchi Sayaka、Yajima Hisano、Tsuda Masumi、Nasser Hesham、Mizuma Keita、Plianchaisuk Arnon、Suzuki Saori et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Issue: 1 Pages: 1176-1176
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45274-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Virological characteristics of the SARS-CoV-2 BA.2.86 variant (2024)
  • Author(s): Tamura Tomokazu、Mizuma Keita、Nasser Hesham、Deguchi Sayaka、Padilla-Blanco Miguel、Oda Yoshitaka、Uriu Keiya、Tolentino Jarel E.M.、Tsujino Shuhei、Suzuki Rigel、Kojima Isshu、Nao Naganori、Shimizu Ryo、Wang Lei、Tsuda Masumi、Jonathan Michael、Kosugi Yusuke、et al.
  • Journal Title: Cell Host &Microbe Volume: 32 Issue: 2 Pages: 170-180.e12
  • DOI: 10.1016/j.chom.2024.01.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multiple mutations of SARS-CoV-2 Omicron BA.2 variant orchestrate its virological characteristics (2023)
  • Author(s): Kimura Izumi、Yamasoba Daichi、Nasser Hesham et al.
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 97 Issue: 10
  • DOI: 10.1128/jvi.01011-23
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prolonged shedding of viable SARS‐CoV‐2 in immunocompromised patients with haematological malignancies: A prospective study (2023)
  • Author(s): Ichikawa Takaya、Tamura Tomokazu、Takahata Mutsumi、Ishio Takashi、Ibata Makoto、Kasahara Ikumi、Minauchi Koichiro、Yamamoto Satoshi、Teshima Takanori、Fukuhara Takasuke
  • Journal Title: British Journal of Haematology Volume: 204 Issue: 3 Pages: 815-820
  • DOI: 10.1111/bjh.19143
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparative pathogenicity of SARS-CoV-2 Omicron subvariants including BA.1, BA.2, and BA.5 (2023)
  • Author(s): Tamura T, Yamasoba D, Oda Y, Ito J, Kamasaki T, Nao N, Hashimoto R, Fujioka Y, Suzuki R, Wang L, Ito H, Kashima Y, Kimura I, Kishimoto M, Tsuda M, Sawa H, Yoshimatsu K, Yamamoto Y, Nagamoto T, Kanamune J, Suzuki Y, Ohba Y, et al.
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 6 Issue: 1 Pages: 772-772
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05081-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Virological characteristics of the SARS-CoV-2 XBB variant derived from recombination of two Omicron subvariants (2023)
  • Author(s): Tamura Tomokazu、Ito Jumpei、Uriu Keiya、Zahradnik Jiri、Kida Izumi、Anraku Yuki、Nasser Hesham、Shofa Maya、Oda Yoshitaka、Lytras Spyros、Nao Naganori、Itakura Yukari、Deguchi Sayaka、Suzuki Rigel...Suzuki Saori et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 2800-2800
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38435-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Attenuated fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Omicron variant (2022)
  • Author(s): Suzuki Rigel、Yamasoba Daichi、Kimura Izumi、Wang Lei他
  • Journal Title: Nature Volume: 603 Issue: 7902 Pages: 700-705
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04462-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Virological characteristics of the SARS-CoV-2 Omicron BA.2 spike (2022)
  • Author(s): Yamasoba Daichi、Kimura Izumi、Nasser Hesham他
  • Journal Title: Cell Volume: 未定 Issue: 12 Pages: 2103-2115
  • DOI: 10.1016/j.cell.2022.04.035
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Antiviral activity of ciclesonide acetal derivatives blocking SARS-CoV-2 RNA replication (2022)
  • Author(s): Tsuji Genichiro、Nakajima Shogo、Watashi Koichi、Torii Shiho、Suzuki Rigel、Fukuhara Takasuke、Ohoka Nobumichi、Inoue Takao、Demizu Yosuke
  • Journal Title: Journal of Pharmacological Sciences Volume: 149 Issue: 3 Pages: 81-84
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2022.04.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Secretory glycoprotein NS1 plays a crucial role in the particle formation of flaviviruses (2022)
  • Author(s): Tamura Tomokazu、Torii Shiho、Kajiwara Kentaro、Anzai Itsuki、Fujioka Yoichiro、Noda Kisho、Taguwa Shuhei、Morioka Yuhei、Suzuki Rigel、Fauzyah Yuzy、Ono Chikako、Ohba Yusuke、Okada Masato、Fukuhara Takasuke、Matsuura Yoshiharu
  • Journal Title: PLOS Pathogens Volume: 18 Issue: 6 Pages: e1010593-e1010593
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1010593
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of JMJD6 on intrahepatic cholangiocarcinoma. (2022)
  • Author(s): Kosai-Fujimoto Y, Itoh S, Yugawa K, Fukuhara T, Okuzaki D, Toshima T, Harada N, Oda Y, Yoshizumi T, Mori M.
  • Journal Title: Mol Clin Oncol Volume: 17(2) Issue: 2 Pages: 131-131
  • DOI: 10.3892/mco.2022.2564
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SARS-CoV-2 Omicron detection by antigen tests using saliva (2022)
  • Author(s): Murakami K, Iwasaki S, Oguri S, Tanaka K, Suzuki R, Hayasaka K, Fujisawa S, Watanabe C, Konno S, Yokota I, Fukuhara T, Murakami M, Teshima T.
  • Journal Title: J Clin Virol Plus. Volume: 2(4) Issue: 4 Pages: 100109-100109
  • DOI: 10.1016/j.jcvp.2022.100109
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Virological characteristics of the SARS-CoV-2 Omicron BA.2 subvariants, including BA.4 and BA.5 (2022)
  • Author(s): Kimura et al.
  • Journal Title: Cell Volume: 185 Issue: 21 Pages: 3992-4007
  • DOI: 10.1016/j.cell.2022.09.018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Smoking enhances the expression of angiotensin‐converting enzyme 2 involved in the efficiency of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 infection (2022)
  • Author(s): Suzuki Rigel、Ono Yuki、Noshita Koji、Kim Kwang Su、Ito Hayato、Morioka Yuhei、Tamura Tomokazu、Okuzaki Daisuke、Tagawa Tetsuzo、Takenaka Tomoyoshi、Yoshizumi Tomoharu、Shimamura Teppei、Iwami Shingo、Fukuhara Takasuke
  • Journal Title: Microbiology and Immunology Volume: 67 Issue: 1 Pages: 22-31
  • DOI: 10.1111/1348-0421.13034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Virological characteristics of the SARS-CoV-2 Omicron BA.2.75 variant (2022)
  • Author(s): Saito et al.
  • Journal Title: Cell Host & Microbe Volume: 30 Issue: 11 Pages: 1540-1540
  • DOI: 10.1016/j.chom.2022.10.003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enhanced fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Delta P681R mutation (2021)
  • Author(s): Saito Akatsuki、Irie Takashi、Suzuki Rigel、Maemura Tadashi、Nasser Hesham、Uriu Keiya、Kosugi Yusuke、Other 43 authors、Tanaka Shinya、Nakagawa So、Ikeda Terumasa、Fukuhara Takasuke、Kawaoka Yoshihiro、Sato Kei、The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium
  • Journal Title: Nature Volume: 602 Issue: 7896 Pages: 300-306
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04266-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SARS-CoV-2 spike L452R variant evades cellular immunity and increases infectivity (2021)
  • Author(s): Motozono Chihiro、Toyoda Mako、Zahradnik Jiri、Saito Akatsuki、Other 19 authors、Ikeda Terumasa、Nakagawa So、Ueno Takamasa、Sato Kei
  • Journal Title: Cell Host & Microbe Volume: 29 Issue: 7 Pages: 1124-1136
  • DOI: 10.1016/j.chom.2021.06.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Comparative characterization of SARS-CoV-2 Omicron subvariants including BA.1, BA.2, and BA.5 (2023)
  • Author(s): Tomokazu Tamura, Daichi Yamasoba, Shinya Tanaka, Kei Sato, Takasuke Fukuhara
  • Organizer: 42th Annual Meetomg pf the American Society for Virology.
• [Presentation] 革新的リバージェネティクスを用いた新型コロナウイルス研究 (2023)
  • Author(s): 福原 崇介
  • Organizer: 日本遺伝学会第95回大会
• [Presentation] 新型コロナウイルスの進化とその宿主応答、ワクチン開発：今後のCOVID-19の課題 (2023)
  • Author(s): 福原 崇介
  • Organizer: 第96回日本生化学大会
• [Presentation] 新型コロナウイルスに関する基礎研究と臨床応用 (2023)
  • Author(s): 福原 崇介
  • Organizer: 日本気管食道科学会総会ならびに学術講演会
• [Presentation] 高速リバースジェネティクスのIRES依存 +ssRNAウイルスへの応用 (2022)
  • Author(s): 田村友和
  • Organizer: 日本ウイルス学会北海道支部会第55回夏季シンポジウム
• [Presentation] IRES依存+ssRNAウイルスへのリバースジェネティクス法の高速化 (2022)
  • Author(s): 田村 友和、山本 紘嵩、荻野 紗帆、日尾野 隆大、鈴木 理滋、鈴木 紗織、 磯田 典和、迫田 義博、福原 崇介
  • Organizer: 第28回トガ・フラビ・ペスチウイルス研究会
• [Presentation] 数理モデルと分子動力学シュミレーションを用いたレムデシビル耐性SARS-CoV-2変異体の解析 (2022)
  • Author(s): 鈴木理滋
  • Organizer: 第69回 日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] Role of secretory glycoprotein NS1 in the particle formation of flaviviruses (2022)
  • Author(s): Tomokazu Tamura, Shiho Torii, Kentaro Kajiwara, Itsuki Anzai, Yoichiro Fujioka, Kisho Noda, Shuhei Taguwa, Yuhei Morioka, Rigel Suzuki, Yuzy Fauzyah, Chikako Ono, Yusuke Ohba, Masato Okada, Takasuke Fukuhara, Yoshiharu Matsuura
  • Organizer: 第69回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] CPER法による高速リバースジェネティクスを駆使したSARS-CoV-2の応用研究 (2022)
  • Author(s): 福原崇介
  • Organizer: 北海道病理談話会
  • Invited
• [Presentation] Establishment of a simple high-speed reverse genetics system for SARS-CoV-2 and application research using recombinant viruses. (2022)
  • Author(s): 福原崇介
  • Organizer: IWHM6
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高速リバースジェネティクスを用いたSARS-CoV-2の応用研究 (2022)
  • Author(s): 福原崇介
  • Organizer: 第28回トガ・フラビ・ペスチウイルス研究会
  • Invited