Establishment of virome analysis system and molecular evolution analysis of newly identified viruses

• Project Area: Neo-virology: the raison d'etre of viruses
• Project/Area Number: 19H04843
• 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: Tokai University
• Principal Investigator: 中川 草 東海大学, 医学部, 講師 (70510014)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: RNAウイルス / メタゲノム / 人獣共通感染症 / バイローム / ゲノム解析 / ウイルス進化 / ウイルス / 分子進化 / バイオインフォマティクス / 新規ウイルス同定 / メタトランスクリプトーム解析 / モチーフ配列 / バイローム解析 / メタゲノム解析 / トランスクリプトーム

Outline of Research at the Start

本研究はウイルスの多様性を明らかにするために、さまざまな生物・環境からシークエンスされたメタゲノム・トランスクリプトームデータから新規ウイルス配列とその塩基多型の同定し、分子進化解析する。この目的のために、下記のバイローム（大規模ウイルス配列）解析システムを平成３１年度の夏までに構築し、東京大学医科学研究所のスーパーコンピュータSHIROKANEで運用を開始する。その後は、共同研究者らのサンプルを始めとして、公共配列データベースを活用し、さまざまなメタゲノム・トランスクリプトームデータのバイローム解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では自然界に存在するウイルスの多様性を明らかにするために、様々な生物・環境からシークエンスされたメタゲノム・トランスクリプトームデータから新規ウイルス配列とその塩基多型の同定するバイローム（ウイルスメタゲノム）解析システムを構築した。本システムを活用し、様々な動物・環境から採取したサンプルから大規模シークエンスを行った塩基配列データを解析し、新規RNAウイルスを同定し、それらの系統分類や進化について明らかにした。
加えて、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）感染症の流行を受けて、SARS-CoV-2と近縁のコロナウイルスとの比較ゲノム解析を行い、SARS-CoV-2に特徴的な遺伝子について、またその機能進化を明らかにする研究にも取り組んだ。その結果、宿主のインターフェロン誘導を阻害するSARS-CoV-2のORF3bとORF6の遺伝子の性質と機能的な塩基変異について明らかにした。特にORF3bの終止コドンがアミノ酸をコードするように変異したウイルスはインターフェロン抑制能が向上することがわかり、感染後の重症化に関与する可能性が示唆された。加えて複製時のエラー修復に関係するnsp14遺伝子の機能阻害に関連する可能性のある塩基変異などについて、比較ゲノム解析により明らかにした。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Diverse mosquito-specific flaviviruses in the Bolivian Amazon basin (2021)
  • Author(s): Orba Yasuko、Matsuno Keita、Nakao Ryo、Kryukov Kirill、Saito Yumi、Kawamori Fumihiko、Loza Vega Ariel、Watanabe Tokiko、Maemura Tadashi、Sasaki Michihito、Hall William W.、Hall Roy A.、Pereira Juan Antonio、Nakagawa So、Sawa Hirofumi
  • Journal Title: Journal of General Virology Volume: 102 Issue: 3 Pages: 001518-001518
  • DOI: 10.1099/jgv.0.001518
  • NAID: 120007041994
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expression of ERV3-1 in leukocytes of acute myelogenous leukemia patients (2021)
  • Author(s): Nakagawa S, Kawashima M, Miyatake Y, Kudo K, Kotaki R, Ando K, Kotani A.
  • Journal Title: Gene Volume: 773 Pages: 145363-145363
  • DOI: 10.1016/j.gene.2020.145363
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Virus-like insertions with sequence signatures similar to those of endogenous non-retroviral RNA viruses in the human genome. (2021)
  • Author(s): Kojima S, Yoshikawa K, Ito J, Nakagawa S, Parrish NF, Horie M, Kawano S, Tomonaga K.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 118 Issue: 5
  • DOI: 10.1073/pnas.2010758118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sarbecovirus ORF6 proteins hamper the induction of interferon signaling (2021)
  • Author(s): Kimura I, Konno Y, Uriu K, Hopfensperge K, Sauter D, Nakagawa S, Sato K
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 34 Issue: 13 Pages: 108916-108916
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108916
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sequence Compression Benchmark (SCB) database - a comprehensive evaluation of reference-free compressors for FASTA-formatted sequences (2020)
  • Author(s): Kirill Kryukov, Mahoko Takahashi Ueda, So Nakagawa, Tadashi Imanishi
  • Journal Title: GigaScience Volume: 9 Issue: 7
  • DOI: 10.1093/gigascience/giaa072
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A role for gorilla APOBEC3G in shaping lentivirus evolution including transmission to humans (2020)
  • Author(s): Nakano Yusuke、Yamamoto Keisuke、Ueda Mahoko Takahashi、Soper Andrew、Konno Yoriyuki、Kimura Izumi、Uriu Keiya、Kumata Ryuichi、Aso Hirofumi、Misawa Naoko、Nagaoka Shumpei、Shimizu Soma、Mitsumune Keito、Kosugi Yusuke、Juarez-Fernandez Guillermo、Ito Jumpei、...、Koyanagi Yoshio、Harris Reuben S.、Sato Kei
  • Journal Title: PLOS Pathogens Volume: 16 Issue: 9 Pages: 1008812-1008812
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1008812
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SARS-CoV-2 ORF3b Is a Potent Interferon Antagonist Whose Activity Is Increased by a Naturally Occurring Elongation Variant (2020)
  • Author(s): Konno Yoriyuki、Kimura Izumi、Uriu Keiya、Fukushi Masaya、Irie Takashi、Koyanagi Yoshio、Sauter Daniel、Gifford Robert J.、Nakagawa So、Sato Kei
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 32 Issue: 12 Pages: 108185-108185
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108185
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comprehensive genomic analysis reveals dynamic evolution of endogenous retroviruses that code for retroviral-like protein domains. (2020)
  • Author(s): Ueda, M.T., Kryukov, K., Mitsuhash, S, Mitsuhash, H, Imanishi, T, Nakagawa, S.
  • Journal Title: Mobile DNA Volume: 11 Issue: 1 Pages: 29-29
  • DOI: 10.1186/s13100-020-00224-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phylogenetic analyses reveal that simian foamy virus isolated from Japanese Yakushima macaques (Macaca fuscata yakui) is distinct from most of Japanese Hondo macaques (Macaca fuscata fuscata) (2020)
  • Author(s): Hashimoto-Gotoh Akira、Yoshikawa Rokusuke、Nakagawa So、Okamoto Munehiro、Miyazawa Takayuki
  • Journal Title: Gene Volume: 734 Pages: 144382-144382
  • DOI: 10.1016/j.gene.2020.144382
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular characterization of feline paramyxovirus in Japanese cat populations. (2020)
  • Author(s): Sakaguchi, S., Nakagawa, S., Mitsuhashi, S., Ogawa, M., Sugiyama, K., Tamukai, K., Koide, R., Katayama, Y., Nakano, T., Makino, S., Imanishi, T., Miyazawa, T., and Mizutani, T.
  • Journal Title: Archives of Virology Volume: 165 Issue: 2 Pages: 413-418
  • DOI: 10.1007/s00705-019-04480-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of a distinct lineage of aviadenovirus from crane feces. (2019)
  • Author(s): Mukai Y, Tomita Y, Kryukov K, Nakagawa S, Ozawa M, Matsui T, Tomonaga K, Imanishi T, Kawaoka Y, Watanabe T, Horie M
  • Journal Title: Virus Genes Volume: 55 Issue: 6 Pages: 815-824
  • DOI: 10.1007/s11262-019-01703-w
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 大量シークエンスデータを活用したウイルス進化研究 新型コロナウイルスを含めて (2020)
  • Author(s): 中川草
  • Organizer: 日本進化学会第22回大会
• [Presentation] ヒトゲノムにおけるウイルス配列挿入の歴史: k-mer出現頻度から読み解く (2020)
  • Author(s): 小嶋将平 、吉川剛平 、伊東潤平 、中川草 、堀江真行、川野秀一、朝長啓造、Nicholas F. Parrish
  • Organizer: 日本進化学会第22回大会
• [Presentation] 哺乳類ゲノムに内在するウイルス様配列の進化と機能 (2020)
  • Author(s): 上田真保子、Kirill Kryukov、三橋里美、三橋弘明、 中川草
  • Organizer: 日本進化学会第22回大会
• [Presentation] ヒトゲノムで機能を獲得したHERV由来配列の探索 (2020)
  • Author(s): 松沢歩、李知英、中川草、三橋里美、高地雄太、石野（金児）知子、石野史敏
  • Organizer: 第43回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2020)
• [Presentation] 哺乳類ゲノムに内在化するウイルスに由来する配列 (2020)
  • Author(s): 中川草
  • Organizer: 第43回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2020)
• [Presentation] Genome evolution of SARS-CoV-2 and its virological characteristics (2020)
  • Author(s): So Nakagawa
  • Organizer: Irago Conference 2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 哺乳類ゲノムに存在するレトロウイルス様タンパク質をコードする配列の比較ゲノム進化解析 (2019)
  • Author(s): 中川草、上田真保子
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2019)
• [Presentation] ヒトゲノムで機能を獲得したHERV由来配列の探索 (2019)
  • Author(s): 松沢歩、李知英、中川草、石野（金児）知子、石野史敏
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2019)
• [Presentation] イヌメラノーマで高発現する内在性レトロウイルス由来遺伝子の探索 (2019)
  • Author(s): 北尾晃一、水野拓也、中川草、宮沢孝幸
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2019)
• [Presentation] NAF - data compression for next generation of molecular sequence databases (2019)
  • Author(s): Kirill Kryukov, Mahoko Takahashi Ueda, So Nakagawa, Tadashi Imanishi
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2019)
• [Presentation] Massive nucleotide sequence data analysis reveals the nature of viruses (2019)
  • Author(s): So Nakagawa
  • Organizer: 第67回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] 機械学習を用いた内在性ウイルス様配列の新規検索手法の開発 (2019)
  • Author(s): 小嶋将平、吉川剛平、伊藤潤平、中川草、堀江真行、川野秀一、朝長啓造
  • Organizer: 第67回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] 大規模DNAシーケンス時代のウイルス進化研究 (2019)
  • Author(s): 中川草
  • Organizer: 日本進化学会第21回大会
• [Presentation] 哺乳類ゲノムに存在するウイルス様タンパク質ドメインをコードする配列のダイナミックな進化 (2019)
  • Author(s): 上田真保子、Kirill Kryukov、三橋里美、三橋弘明、今西規、中川草
  • Organizer: 日本進化学会第21回大会
• [Presentation] A systematic survey of non-retroviral elements in eukaryote genomes (2019)
  • Author(s): Kryukov Kirill, Mahoko Takahashi Ueda, Tadashi Imanishi, So Nakagawa
  • Organizer: The Society for Molecular Biology & Evolution 2019 (SMBE2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RNAウイルスを中心とした遺伝子伝播による生物進化 (2019)
  • Author(s): 中川草
  • Organizer: RNAフロンティアミーティング2019
  • Invited
• [Presentation] Genome-wide comparative analysis of mammalian transposable elements that code for viral-like proteins (2019)
  • Author(s): So Nakagawa
  • Organizer: The 3rd Korea-Japan International Symposium for Transposable Elements
  • Int'l Joint Research / Invited