インフルエンザウイルス感染におけるシンギュラリティ

• Project Area: Singularity biology
• Project/Area Number: 19H05411
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 大場 雄介 北海道大学, 医学研究院, 教授 (30333503)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2020: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: インフルエンザウイルス / シンギュラリティ

Outline of Research at the Start

医学が大幅に進歩した現在においても、ウイルス感染症は人類が対策を怠ることができない疾病である。我々は、ウイルス粒子数を厳密に制御して感染実験を行う手法を開発し、1細胞あたりに暴露されるウイルス粒子数が20個以上と20個未満の場合で感染時に生じる宿主細胞の応答が劇的に変化することを明らかにした。本研究では、この20個/宿主細胞がウイルス感染における「特異点」、この数値を境に細胞応答の変化を「ウイルス感染のシンギュラリティ現象」と定義し、「ウイルス感染初期段階におけるシンギュラリティ細胞の役割と現実世界での感染様式」を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

我々はこれまでに、カルシウムチャネルがインフルエンザウイルス感染の鍵となる受容体であることを報告している。また、一部の細胞株においては、どんなに高力価のウイルスを暴露しても、感染効率は60~70%程度にとどまることを見出している。すなわち、細胞種依存的にウイルス感染のheterogeneityが存在する。興味深いことに、カルシウム チャネルがこのheterogeneityに関与することを示唆することが明らかになった（論文投稿準備中）。一方で、細胞に暴露するウイルスの感染価を下げても、感染細胞数決して0にならない。またこの時認められる感染細胞数は、カルシウムチャネル阻害薬によって変化しない。つまり、ある点を境に感染モードがカルシウムイオン非依存性からカルシウムイオン依存性にシフトする「特異点」があることを明らかにした。加えてこれらの現象を、ウイルス粒子を精密測定した上で実行することより、特異点はウイルスの粒子数により決定され、その数20個であることが判明した。すなわち、インフルエンザウイルス感染には粒子によるシンギュラリティ現象が存在することが明らかになった。
次に、特異点を乗り越えるメカニズムが何であるかを明らかにするために、広視野カルシウムイメージングを行った。その結果、カルシウムシグナル自身がカルシウムイオン非依存性からカルシウムイオン依存性へとシフトするキューであることが明らかになった。ウイルス感染が生じた細胞を起点にカルシウム伝播が生じるとカルシウムイオン依存性に感染が生じやすくなる「感染場」のようなものが形成され、その伝播の波をトレースするように、インフルエンザウイルス感染が拡大する。この感染拡大は我々が開発した感染レポーターにより追跡した。
これらの研究に加えて、ウイルス感染モードのシンギュラリティ現象について、SARS-CoV-2を用いた実験も展開中である。

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] An Antiviral Drug Screening Platform with a FRET Biosensor for Measurement of Arenavirus Z Assembly (2020)
  • Author(s): T. Mizutani, Y. Ohba, S. Mizuta, J. Yasuda and S. Urata.
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 45 Issue: 2 Pages: 155-163
  • DOI: 10.1247/csf.20030
  • NAID: 130007961120
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A phospho-switch controls RNF43-mediated degradation of Wnt receptors to suppress tumorigenesis (2020)
  • Author(s): Tsukiyama Tadasuke、Zou Juqi、Kim Jihoon、Ogamino Shohei、Shino Yuki、Masuda Takamasa、Merenda Alessandra、Matsumoto Masaki、Fujioka Yoichiro、Hirose Tomonori、Terai Sayuri、Takahashi Hidehisa、Ishitani Tohru、Nakayama Keiichi I.、Ohba Yusuke、Koo Bon-Kyoung、Hatakeyama Shigetsugu
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18257-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Calcium Wave Promotes Cell Extrusion (2020)
  • Author(s): Takeuchi Y、Narumi R、Akiyama R、Vitiello E、Shirai T、Tanimura N、Kuromiya K、Ishikawa S、Kajita M、Tada M、Haraoka Y、Akieda Y、 Ishitani T、Fujioka Y、Ohba Y、Yamada S、Hosokawa Y、Toyama Y、Matsui T、Fujita Y
  • Journal Title: Current Biology Volume: 30 Issue: 4 Pages: 670-681.e6
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.11.089
  • NAID: 120006960639
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Localization of BCR-ABL to Stress Granules Contributes to Its Oncogenic Function (2019)
  • Author(s): Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Takeshi Kondo, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Hitoshi Sasajima, Maho Amano, Takanori Teshima, Yusuke Ohba
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 44 Issue: 2 Pages: 195-204
  • DOI: 10.1247/csf.19033
  • NAID: 130007775561
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Folding Latency of Fluorescent Proteins Affects the Mitochondrial Localization of Fusion Proteins (2019)
  • Author(s): Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Prabha Nepal, Atsushi Tsuzuki, Ozora Aoki, Sarad Paudel, Hitoshi Sasajima, Yusuke Ohba
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 44 Issue: 2 Pages: 183-194
  • DOI: 10.1247/csf.19028
  • NAID: 130007775556
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of immortalized human tumor endothelial cells from renal cancer (2019)
  • Author(s): Nako Maishi, Hiroshi Kikuchi, Masumi Sato, Hiroko Nagao-Kitamoto, Dorcas A. Annan, Shogo Baba, Takayuki Hojo, Misa Yanagiya, Yusuke Ohba, Genichiro Ishii, Kenkichi Masutomi, Nobuo Shinohara, Yasuhiro Hida, Kyoko Hida
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 20 Issue: 18 Pages: 4595-4595
  • DOI: 10.3390/ijms20184595
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical efficacy and safety of first-line nilotinib therapy and evaluation of the clinical utility of the FRET-based drug sensitivity test. (2019)
  • Author(s): Kondo T, Fujioka M, Fujisawa S, Sato K, Tsuda M, Miyagishima T, Mori A, Iwasaki H, Kakinoki Y, Yamamoto S, Haseyama Y, Ando S, Shindo M, Ota S, Nishio M, Kurosawa M, Ohba Y, Teshima T, on behalf of the North Japan Hematology Study Group (NJHSG).
  • Journal Title: International Journal of Hematology Volume: 110 Issue: 4 Pages: 482-489
  • DOI: 10.1007/s12185-019-02696-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ミトコンドリア-エンドソーム間相互作用によるエンドソーム成熟化促進機構 (2020)
  • Author(s): 佐藤絢、藤岡容一朗、大場雄介
  • Organizer: 第72回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] インフルエンザウイルスの宿主細胞における感染成立機構の解析 (2020)
  • Author(s): 藤岡容一朗,佐藤絢,吉田藍子,天野麻穂,皆川慶嘉,田端和仁,野地博行,大場雄介
  • Organizer: 第72回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 蛍光タンパク質の成熟促進化はミトコンドリアマーカー本来の局在を阻害する (2020)
  • Author(s): 柏木 彩花、藤岡 容一朗、佐藤 絢、吉田 藍子、藤岡 真理、Nepal Prabha、続木 惇、 青木 大空、Paudel Sarad、笹島 仁、大場 雄介
  • Organizer: 第97回日本生理学会大会
• [Presentation] Live-cell imaging and analysis of the plasma membrane dynamics during clathrin-mediated endocytosis by high-speed atomic force microscopy (2019)
  • Author(s): A. Yoshida、N . Sakai、N . Takahashi、S . H . Yoshimura、 Y . Ohba
  • Organizer: ASCB|EMBO 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional Analysis of Mitochondria-endosome Interaction in the Regulation of Endocytosis (2019)
  • Author(s): A. O. Satoh、Y .Fujioka、H. Sasajima、S . Paudel、A . Nanbo、Y . Ohba
  • Organizer: ASCB|EMBO 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Irs4 Mediates Egf-dependentUpregulation of Endocytosis through the Recruitment of Ras-pi3k Complex to the Endosome. (2019)
  • Author(s): M . Amano、Y. Fujioka、A . O . Satoh、K. Horiuchi、A . Yoshida、H. Sasajima、C . Obuse、 Y. Ohba
  • Organizer: ASCB|EMBO 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] インフルエンザウイルス粒子の細胞取り込み機構の解析 (2019)
  • Author(s): 藤岡 容一朗、佐藤 絢、吉田 藍子、笹島 仁、Sarad Paudel、皆川 慶嘉、田端 和仁、野地 博行、大場 雄介
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] IRS4はRas ‐ PI3K複合体のエンドソーム局在化を介して依存性エンドサイトーシスを制御する (2019)
  • Author(s): 天野 麻穂、藤岡 容一朗、佐藤 絢、堀内 浩水、吉田 藍子、笹島 仁、小布施 力史、大場 雄介
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Probing in vivo dynamics of plasma membrane during clathrin-mediated endocytosis (2019)
  • Author(s): Aiko Yoshida、Nobuaki Sakai、Naoki Takahashi、Shige H. Yoshimura、Yusuke Ohba
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 電位依存性Ca2+チャネルはシアル酸化依存的にA型インフルエンザヘマグルチニンと結合し宿主細胞へのウイルス粒子の取り込みを制御する (2019)
  • Author(s): 大場雄介
  • Organizer: 第92回日本生化学会学会
  • Invited
• [Presentation] クラスリン依存性エンドサイトーシスに伴う細胞膜動態のライブセル可視化解析 (2019)
  • Author(s): 吉田藍子、大場雄介
  • Organizer: 第92回日本生化学会学会
  • Invited
• [Presentation] 細胞膜動態のcorrelative imaging (2019)
  • Author(s): 大場雄介
  • Organizer: 第57回日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 高速原子間力顕微鏡によるエンドサイトーシスに伴う細胞膜の形状変化の ライブセルイメージング (2019)
  • Author(s): 吉田 藍子、酒井 信明、 高橋 直希、吉村 成弘、 大場 雄介
  • Organizer: 第71回日本細胞生物学会
• [Presentation] ミトコンドリアポアタンパク質を介したミトコンドリア _ エンドソーム間 相互作用によるエンドサイトーシス制御機構 (2019)
  • Author(s): 佐藤 絢、藤岡 容一朗、笹島 仁、 南保 明日香、大場 雄介
  • Organizer: 第71回日本細胞生物学会
• [Presentation] 蛍光タンパク質の成熟促進化はオルガネラマーカー本来の局在を阻害する (2019)
  • Author(s): 柏木 彩花、藤岡 容一朗、 笹島 仁、大場 雄介
  • Organizer: 第71回日本細胞生物学会
• [Presentation] Ras-PI3Kシグナルによるエンドサイトーシスの制御機構 (2019)
  • Author(s): 大場雄介
  • Organizer: 第71回日本細胞生物学会
• [Remarks] 細胞生理学教室-北海道大学大学院医学研究院・医学院
  • URL: http://cp.med.hokudai.ac.jp