Investigation of evolutionary arms race between viruses and hosts through systems virology approach

• Project Area: Neo-virology: the raison d'etre of viruses
• Project/Area Number: 17H05813
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo (2018); Kyoto University (2017)
• Principal Investigator: 佐藤 佳 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (10593684)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2018: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2017: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: システムウイルス学 / 進化的軍拡競争 / レンチウイルス / 共進化 / ネオウイルス学

Outline of Annual Research Achievements

計画1a：ゴリラ免疫不全ウイルス（SIVgor）の適応進化原理の解明
SIVgorは、チンパンジー免疫不全ウイルス（SIVcpz）がゴリラに種間伝播することで誕生したと考えられている。霊長類は、レンチウイルスの感染を阻害するために、A3Gという遺伝子をコードしている。一方、レンチウイルスは、Vifという遺伝子を進化的に獲得し、宿主のA3Gを拮抗阻害することで、その感染を成立させる。本研究では、SIVcpz Vifが16番目のアミノ酸に変異を獲得することで、ゴリラA3Gを拮抗阻害する機能を獲得したことを明らかにした。
計画1b：ネコ免疫不全ウイルスとネコ科動物の進化的軍拡競争の分子メカニズムの解明
北米大陸には、ピューマレンチウイルス（PLV）というレンチウイルスが存在し、系統学的にA型とB型に分類される。PLV-Aはピューマとボブキャット両者に感染していることが確認されているが、PLV-Bはピューマにのみ感染している。本研究では、ボブキャットA3Z3が、PLV-B Vifに対して抵抗性を有することを明らかにした。
計画2：ヒト集団におけるHIVの適応進化原理の実験的検証
HIVは出芽の際に、Gagタンパク質に存在するふたつのモチーフ（PTAPモチーフとYPXnLモチーフ）を用いる。PTAPは、細胞のタンパク質であるTSG101を、YPXnL、細胞のタンパク質ALIXをそれぞれハイジャックすることで出芽する。公共データベースを用いた分子系統学的解析から、日本を含む先進国で流行するサブタイプBのウイルスはYPXnLモチーフを有するのに対し、主にアフリカで流行するサブタイプCのウイルスはこのモチーフを有さないことを明らかにした。さらに、実験ウイルス学的に検証を行った結果、YPXnLモチーフとALIXの結合が、ウイルスの出芽および複製・増殖に重要であることを明らかにした。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Comparative description of the expression profile of interferon-stimulated genes in multiple cell lineages targeted by HIV-1 infection (2019)
  • Author(s): Hirofumi Aso, Jumpei Ito, Yoshio Koyanagi & Kei Sato
  • Journal Title: Front Microbiol Volume: 10 Pages: 429-429
  • DOI: 10.3389/fmicb.2019.00429
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] New World feline APOBEC3 potently controls inter-genus lentiviral transmission (2018)
  • Author(s): Yoriyuki Konno, Shumpei Nagaoka, Izumi Kimura, Keisuke Yamamoto, Yumiko Kagawa, Ryuichi Kumata, Hirofumi Aso, Mahoko Takahashi Ueda, So Nakagawa, Tomoko Kobayashi, Yoshio Koyanagi, Kei Sato
  • Journal Title: Retrovirology Volume: 15 Issue: 1 Pages: 31-31
  • DOI: 10.1186/s12977-018-0414-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Type I interferon responses by HIV-1 infection: association with disease progression and control (2018)
  • Author(s): Andrew Soper, Izumi Kimura, Shumpei Nagaoka, Yoriyuki Konno, Keisuke Yamamoto, Yoshio Koyanagi & Kei Sato*. (*Correspondence)
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 8 Pages: 1823-1823
  • DOI: 10.3389/fimmu.2017.01823
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Experimental adaptive evolution of simian immunodeficiency virus SIVcpz to pandemic human immunodeficiency virus type 1 using a humanized mouse model (2018)
  • Author(s): Kei Sato*, Naoko Misawa, Junko S Takeuchi, Tomoko Kobayashi, Taisuke Izumi, Hirofumi Aso, Shumpei Nagaoka, Keisuke Yamamoto, Izumi Kimura, Yoriyuki Konno, Yusuke Nakano & Yoshio Koyanagi. (*Correspondence)
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 92 Issue: 4
  • DOI: 10.1128/jvi.01905-17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Different effects of two mutations on the infectivity of Ebola virus glycoprotein in nine mammalian species (2018)
  • Author(s): Kurosaki, Y., Ueda, M.T., Nakano, Y., Yasuda, J., Koyanagi, Y., Sato, K. and Nakagawa, S.
  • Journal Title: Journal of General Virology Volume: 99(2) Issue: 2 Pages: 181-186
  • DOI: 10.1099/jgv.0.000999
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Various plus unique: Viral protein U as a plurifunctional protein for HIV-1 replication (2017)
  • Author(s): Soper A, Juarez-Fernandez G, Aso H, Moriwaki M, Yamada E, Nakano Y, Koyanagi Y, Sato K.
  • Journal Title: Exp Biol Med Volume: 242 Issue: 8 Pages: 850-858
  • DOI: 10.1177/1535370217697384
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Feline immunodeficiency virus evolutionarily acquires two proteins, Vif and protease, capable of antagonizing feline APOBEC3. (2017)
  • Author(s): Yoshikawa R, Takeuchi J, Yamada E, Nakano Y, Misawa N, Kimura Y, Ren F, Miyazawa T, Koyanagi Y, Sato K.
  • Journal Title: J Virol Volume: JVI.00250-17 Issue: 11
  • DOI: 10.1128/jvi.00250-17
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HIV-1 competition experiments in humanized mice show that APOBEC3H imposes selective pressure and promotes virus adaptation. (2017)
  • Author(s): Yusuke Nakano, Naoko Misawa, Guillermo Juarez-Fernandez, Miyu Moriwaki, Shinji Nakaoka, Takaaki Funo, Eri Yamada, Andrew Soper, Rokusuke Yoshikawa, Diako Ebrahimi, Yuuya Tachiki, Shingo Iwami, Reuben S. Harris, Yoshio Koyanagi & Kei Sato
  • Journal Title: PLOS Pathogens Volume: 13 Issue: 5 Pages: 31-31
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1006348
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dynamics and mechanisms of clonal expansion of HIV-1-infected cells in a humanized mouse model (2017)
  • Author(s): Satou Yorifumi、Katsuya Hiroo、Fukuda Asami、Misawa Naoko、Ito Jumpei、Uchiyama Yoshikazu、Miyazato Paola、Islam Saiful、Fassati Ariberto、Melamed Anat、Bangham Charles R. M.、Koyanagi Yoshio、Sato Kei
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7(1) Issue: 1 Pages: 6913-6913
  • DOI: 10.1038/s41598-017-07307-4
  • NAID: 120006364095
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Broad-spectrum antiviral agents: secreted phospholipase A2 targets viral envelope lipid bilayers derived from the endoplasmic reticulum membrane (2017)
  • Author(s): Ming Chen, Chie Aoki-Utsubo, Masanori Kameoka, Lin Deng, Yutaka Terada, Wataru Kamitani, Kei Sato, Yoshio Koyanagi, Makoto Hijikata, Keiko Shindo, Takeshi Noda, Michinori Kohara & Hak Hotta.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 15931-15931
  • DOI: 10.1038/s41598-017-16130-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Human-specific adaptations in Vpu conferring anti-tetherin activity are critical for efficient early HIV-1 replication in vivo. (2017)
  • Author(s): Eri Yamada, Shinji Nakaoka, Lukas Klein, Elisabeth Reith, Simon Langer, Kristina Hopfensperger, Shingo Iwami, Gideon Schreiber, Frank Kirchhoff, Yoshio Koyanagi, Daniel Sauter & Kei Sato
  • Journal Title: Cell Host & Microbe Volume: 23 Issue: 1 Pages: 110-120
  • DOI: 10.1016/j.chom.2017.12.009
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research