The history of mononegavirus infections hidden in the eukaryotic genomes

• Project/Area Number: 23K20902
• Project/Area Number (Other): 21H01199 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17050:Biogeosciences-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022-2024); Osaka Prefecture University (2021)
• Principal Investigator: 堀江 真行 大阪公立大学, 大学院獣医学研究科, 教授 (20725981)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2025: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: モノネガウイルス / 内在性ウイルス様配列 / 古代ウイルス / 進化 / 古ウイルス学 / 新規ウイルス / ウイルス探索

Outline of Research at the Start

モノネガウイルス目はRNAウイルスの中で最も多様性に富んだ分類群である。モノネガウイルスは進化の過程において真菌・植物からヒトを含む動物まで様々な宿主に適応し、一部のウイルスは細胞質から細胞核へと複製の場所を変更するなど、他のウイルスにはない様々な進化プロセスを経ることによって現在の多様性を生み出した。本研究では、①生物ゲノムに存在するモノネガウイルスの「分子化石」から過去のウイルスの宿主と年代を推定し、「ウイルス感染史・生物との共進化史」を構築する。さらに、②「分子化石」と「細胞質から細胞核へと複製の場を移した3種のウイルス」を用い、RNAウイルスの細胞核への適応進化機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本年度の実績は大きく3つに分けられる。
1. 我々は以前に、新規のウイルスを発見することによって新たな内在性ウイルス様エレメント（EVE）を検出することができることを証明している。より網羅的にモノネガウイルス由来のEVEを検出するために、公共データベース検索により新規のモノネガウイルスの探索を行ったところ、複数の新規の動物モノネガウイルスを発見した。例えば水牛より新規（新種と考えられる）のエフェメロウイルスを同定するとともに、その塩基配列からの性状解析を行った。その他にも少なくとも3種以上の新規の新規モノネガウイルスが見つかっており、現在、それらのウイルスについても同様の解析を行っている。
2. 昨年度行ったEVE検索および「1」で同定したウイルスを加えたEVE検索の結果を比較したところ、「1」で同定したウイルスを加えることによって、新規のEVEを複数検出することができることが判明した。そのため、EVE解析については一旦中断し、1のウイルス解析を終えた後にもう一度大規模検索を行うことにした。
3. 昨年度のTFASTX/Yに加え、隠れマルコフモデルを用いた配列類似性検索によるEVEの検索を試みた。その結果、昨年度に発見したこれまでの配列類似性検索では検出することのできないボルナウイルスのN/X/Pの3つの遺伝子をコードする特殊な転写産物である1.9 kbのmRNAに由来するEVEを検出することができた。この手法を他のEVE探索へと応用したところ、これまでの配列類似性検索では検出できない配列がヒットしたが、その詳細な解析を行ったところ新たなEVEと確定できる証拠は得られていない。しかし、上記の通り、これまでの配列類似性検索よりは確実に感度が高いと考えられるため、今後、詳細な配列解析をするとともに、閾値を検討することによってより感度の高い検索が可能になるであろうと考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

EVEの検出手法の検討は終え、今後の大規模解析に使用する手法は決定した。一方で新たなウイルスも次々と発見したため、EVEの検索に使う配列が増えており、より効率のよい再検索法を導入する必要がある。

Strategy for Future Research Activity

2024年度の前半は新規ウイルスの網羅的検出とその性状解析に集中する。一定の新規ウイルスが見つかったところで、再び大規模検索を行う。また、今後もさらに新規ウイルスの配列が増えるであろうことを考慮し、効率的に検索の差分データを利用できるようなシステム（DIGS-EVE）を利用し、EVE検索を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Friedrich-Loeffler-Institut(ドイツ)
• [Journal Article] The hidden diversity of?ancient bornaviral sequences from X and?P genes in?vertebrate genomes (2023)
  • Author(s): Garcia Bea Clarise B、Mukai Yahiro、Tomonaga Keizo、Horie Masayuki
  • Journal Title: Virus Evolution Volume: 9 Issue: 1 Pages: 038-038
  • DOI: 10.1093/ve/vead038
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of a novel ephemerovirus in a water buffalo (Bubalus bubalis [Linnaeus, 1758]) (2023)
  • Author(s): Sakiho Imai, Mai Kishimoto, Masayuki Horie
  • Journal Title: Jxiv Volume: -
  • Open Access
• [Journal Article] Nyamanini Virus Nucleoprotein and Phosphoprotein Organize Viral Inclusion Bodies That Associate with Host Biomolecular Condensates in the Nucleus (2023)
  • Author(s): Hirai Yuya、Horie Masayuki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Issue: 7 Pages: 6550-6550
  • DOI: 10.3390/ijms24076550
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Large‐scale investigation of zoonotic viruses in the era of high‐throughput sequencing (2022)
  • Author(s): Kawasaki Junna、Tomonaga Keizo、Horie Masayuki
  • Journal Title: Microbiology and Immunology Volume: 67 Issue: 1 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1111/1348-0421.13033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An endogenous bornavirus‐like nucleoprotein in miniopterid bats retains the RNA‐binding properties of the original viral protein (2022)
  • Author(s): Mukai Yahiro、Horie Masayuki、Kojima Shohei、Kawasaki Junna、Maeda Ken、Tomonaga Keizo
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 596 Issue: 3 Pages: 323-337
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14290
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Borna disease virus phosphoprotein triggers the organization of viral inclusion bodies by liquid-liquid phase separation (2021)
  • Author(s): Hirai Yuya、Tomonaga Keizo、Horie Masayuki
  • Journal Title: International Journal of Biological Macromolecules Volume: 192 Pages: 55-63
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.09.153
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Borna Disease Virus 2 (BoDV-2) Nucleoprotein Is a Conspecific Protein That Enhances BoDV-1 RNA-Dependent RNA Polymerase Activity (2021)
  • Author(s): Kanda Takehiro、Horie Masayuki、Komatsu Yumiko、Tomonaga Keizo
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 95 Issue: 21 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1128/jvi.00936-21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hidden Viral Sequences in Public Sequencing Data and Warning for Future Emerging Diseases (2021)
  • Author(s): Kawasaki Junna、Kojima Shohei、Tomonaga Keizo、Horie Masayuki
  • Journal Title: mBio Volume: 12 Issue: 4
  • DOI: 10.1128/mbio.01638-21
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 水牛 （Bubalus bubalis [Linnaeus, 1758]）における新規エフェメロウイルスの同定 (2023)
  • Author(s): 今井咲帆、岸本麻衣、堀江真行
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 水牛 （Bubalus bubalis [Linnaeus, 1758]）における新規エフェメロウイルスの同定 (2023)
  • Author(s): 今井咲帆、岸本麻衣、堀江真行
  • Organizer: NGS EXPO 2023
• [Presentation] 核内に封入体を形成するニャウイルスのNおよびPタンパク質の性状解析 (2023)
  • Author(s): 礒道美奈、大西歩武、萩原悠斗、岸本麻衣、堀江真行
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 脊椎動物ゲノムに隠された内在性ボルナウイルス様配列 (2023)
  • Author(s): Bea Clarise B Garcia、向井八尋、朝長啓造、堀江真行
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 大規模データベース検索によるウイルス探索とリバースジェネティクスによる解析 (2023)
  • Author(s): 堀江真行
  • Organizer: ウイルス学会北海道支部 第56回夏季シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] ウイルスメタゲノム解析と実験ウイルス学的解析により見えてきた新たなウイルス伝播機構 (2023)
  • Author(s): 堀江真行
  • Organizer: 日本微生物生態学会第36回浜松大会
  • Invited
• [Presentation] Endogenous bornavirus-like elements (2023)
  • Author(s): Masayuki Horie
  • Organizer: The EBVC lecture viruses in silico
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Inconspicuous endogenous bornavirus-like element from ancient bornaviral X and P genes in the miniopterid bat genomes (2022)
  • Author(s): Bea Clarise B. Garcia, Yahiro Mukai, Keizo Tomonaga, Masayuki Horie
  • Organizer: 第69回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] The hidden diversity of ancient bornaviral sequences from X and P genes in vertebrate genomes (2022)
  • Author(s): Bea Clarise B. Garcia, Yahiro Mukai, Keizo Tomonaga, Masayuki Horie
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ミッドウェイウイルスのタンパク質の局在と複製部位の解析 (2022)
  • Author(s): 大西歩武、堀江真行
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] San Jacinto virusのN、Pタンパク質の共発現による細胞核内での生体分子凝集体の形成 (2022)
  • Author(s): 萩原悠斗、大西歩武、堀江真行
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ボルナ病ウイルスは液-液相分離により細胞核内封入体を形成する (2021)
  • Author(s): 平井 悠哉、朝長 啓造、堀江 真行
  • Organizer: 2021 International HBV Meeting
• [Presentation] 100-My history of bornavirus infections hidden in vertebrate genomes. (2021)
  • Author(s): Junna Kawasaki, Shohei Kojima, Yahiro Mukai, Keizo Tomonaga, Masayuki Horie
  • Organizer: 第23回日本レトロウイルス研究会 夏期セミナー
• [Presentation] 脊椎動物ゲノムに隠された1億年にわたるボルナウイルス感染の歴史 (2021)
  • Author(s): 川崎純菜、小嶋将平、向井八尋、朝長啓造、堀江真行
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] 哺乳類・鳥類の公的シークエンスデータを用いたRNAウイルス配列の網羅的探索 (2021)
  • Author(s): 川崎純菜、小嶋将平、朝長啓造、堀江真行
  • Organizer: 第68回日本ウイルス学会学術集会