T=3正二十面体ウイルス粒子構造を模した分子構築法の開発と感染症ワクチンへの応用

• Project/Area Number: 22K19253
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 42:Veterinary medical science, animal science, and related fields
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 新川 武 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 教授 (50305190)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 玉城 志博 琉球大学, 熱帯生物圏研究センター, 助教 (00720822)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 正二十面体ウイルス / ノンエンベロープウイルス / 神経壊死性ウイルス / 分子足場（molecular scaffold） / Shell domain / Protrusion domain / T=3 正二十面体ウイルス

Outline of Research at the Start

本研究が提案する「Scaffold粒子形成法」は、本来、構造的に粒子形成しないタンパク質やドメイン構造等をVLPを模した粒子構造にまで組み上げることで、3量体構造を取ることが限界であった標的抗原のワクチン機能を格段向上させることを狙ったものである。例えば、多くのエンベロープウイルス表層には細胞侵入に必要なリガンド分子が存在し、それらが理想的なワクチン標的となる場合が多いが、原則、天然ウイルスの脂質膜上でしか3量体形成しない。よって、このような標的分子を単に発現させるだけでは、3量体形成が限界だが、「Scaffold 法」なら原理的に全ての3量体形成タンパク質等を粒子化可能である。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、本来3量体構造を取るタンパク質やドメイン構造を粒子状に再構築する技術の確立である。特にウイルス表層抗原には3量体構造を取るものが多く、それらを粒子形成させることで、その免疫原性は飛躍的に向上することが期待できる。この目的を達成するため、三角形分割数 T=3 正二十面体構造を有し、かつshell domain（S ドメイン）と protrusion domain（P ドメイン）が短い柔軟性の高いリンカーで繋がれたベータノダウイルス属に属する神経壊死性ウイルス (Nervous necrosis virus: NNV)の Sドメインを3量体抗原の“分子足場 (Molecular scaffold)”とし、任意の異種抗原を搭載した状態で粒子形成させる技術を確立する。
特にSドメインに3量体形成コイルドコイル分子 (CMP) を融合させた場合、NNV様粒子を形成することが示された。一方、Sドメイン単独では粒子形成しないことも分かった。よって、この結果はPドメインや他の3量体形成ドメインがSドメインの3量体形成の核として機能し、その後、粒子形成することを示唆している。さらにこの結果は、Pドメインを任意の3量体形成ドメインと置き換えても粒子形成可能なことを示している。以上の結果は、Scaffold 法が3量体構造をもつ異種抗原に対し、適応できる可能性を示唆しているといえる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまで、Sドメインに3量体形成コイルドコイル分子を融合させた場合、NNV様粒子を形成することが示され、Pドメインを任意の3量体形成ドメインと置き換えても粒子形成可能であることを示した。この結果は、Scaffold 法が3量体構造をもつ異種抗原に対し、適応可能なことを示唆している。ただし、今後、Scaffold粒子の精製法を確立する必要があり、総合評価として、「おおむね順調に進展している。」とした。

Strategy for Future Research Activity

本事業期間中に異種病原体由来の3量体抗原を搭載したScaffold粒子の精製法を確立する必要がある。また、その粒子の免疫原性や感染防御能を解析する必要がある。特に鶏の産卵低下症候群 (EDS) ウイルス（アデノウイルス）ファイバータンパク質ノブドメインをモデル抗原としてScaffold 法で粒子形成させたものを効率よく精製する方法を確立する。