Elucidation of protein translation shutoff by mosquito-borne flavivirus

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03495
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 岡本 徹 大阪大学, 高等共創研究院, 教授 (80628595)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奥崎 大介 大阪大学, 免疫学フロンティア研究センター, 特任准教授(常勤) (00346131) ; 宮本 洋一 国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所, 医薬基盤研究所 細胞核輸送ダイナミクスプロジェクト, サブプロジェクトリーダー (10379084)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 日本脳炎ウイルス / デングウイルス / 蛋白質翻訳 / 細胞死 / エネルギー代謝 / 代謝フラックス

Outline of Annual Research Achievements

これまでにフラビウイルス科に属する日本脳炎ウイルス(JEV)、デングウイルス(DENV)、ジカウイルス(ZIKV)感染細胞はアポトーシス抑制因子のBCLXを阻害することで顕著なアポトーシスが誘導されることを報告している。その機序としては、ウイルス感染細胞における宿主の翻訳活性の低下による抗アポトーシス因子のMCL1の発現低下が原因であることを明らかにした。本研究では、フラビウイルス感染における宿主細胞の翻訳活性の低下の分子機序を検討している。これまでの検討により、自然免疫反応に関係する因子を欠損させてもフラビウイルス感染により翻訳活性が低下することが示されたが、その一方で翻訳に必須なATPの産生経路である解糖系やミトコンドリア呼吸がフラビウイルス感染により阻害されATPの枯渇が生じることを確認している。これらの結果から、フラビウイルス感染細胞の翻訳活性の低下は自然免疫応答による影響ではなく、エネルギー代謝異常が関係している可能性が示唆されている。そこで、フラビウイルス感染による代謝への影響を検討するため、JEV感染細胞のメタボローム解析を実施したところ、JEV感染によりTCAサイクルの中間産物であるSuccinyl-CoAやSuccinate、Fumarateなどが顕著に減少していることが明らかになった。さらに、JEV感染によるミトコンドリアATP産生能の低下は、Succinateの添加により回復したことから、フラビウイルス感染によるミトコンドリアの代謝異常は、ミトコンドリア呼吸鎖への直接的な作用ではなく、ミトコンドリア呼吸の基質が減少することで生じている可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初予定していた、フラビウイルス感染細胞での宿主の蛋白質翻訳の低下は他のウイルスで報告されている自然免疫による関与はないことが示され、さらに分子機序として解糖系やミトコンドリアの電子伝達系といった代謝変動への影響が翻訳活性の低下に繋がるデータを取得でき、メタボローム解析やRNA-sequence解析といったマルチオミクス解析によって原因因子を追求できる基礎データが得られた。フラビウイルス感染による翻訳低下の原因として、エネルギー代謝異常の可能性が示唆されたことから、JEV感染細胞のメタボローム解析を実施した。その結果、JEV感染は、TCAサイクルの中間産物を減少させることを確認できた。この結果は、代謝物のTCAサイクルへの流入、あるいは流出する速度や代謝経路の変動が原因であると考えられ、代謝フラックス解析による詳細な解析の必要性を示す重要なデータを取得できたと考える。

Strategy for Future Research Activity

今後は、フラビウイルス感染による解糖系の阻害やTCAサイクルの中間産物が減少する原因を検討する。そのために、フラビウイルス感染が細胞の主要栄養源であるグルコースやグルタミン等の細胞内取込みやそれら栄養素の代謝経路に及ぼす影響を代謝解析により詳細に検討する。代謝異常が生じる原因を明らかにすることで、エネルギー代謝異常を是正できる細胞株を作製し、翻訳低下の回復に繋がるか検証を行う。

Research Products

• [Journal Article] Establishment of monoclonal antibodies broadly neutralize infection of hepatitis B virus. (2022)
  • Author(s): Zhang H, Itoh Y, Suzuki T, Ihara KI, Tanaka T, Haga S, Enatsu H, Yumiya M, Kimura M, Takada A, Itoh D, Shibazaki Y, Nakao S, Yoshio S, Miyakawa K, Miyamoto Y, Sasaki H, Kajita T, Sugiyama M, Mizokami M, Tachibana T, Ryo A, Moriishi K, Miyoshi E, Kanto T, Okamoto T, Matsuura Y.
  • Journal Title: Microbiol Immunol. Volume: 66(4) Pages: 179-192
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12964
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hepatitis C virus modulates signal peptide peptidase to alter host protein processing (2021)
  • Author(s): Hirano J, Yoshio S, Sakai Y, Songling L, Suzuki T, Itoh Y, Zhang H, Chen DV, Haga S, Oomori H, Kodama T, Maeda Y, Ono Y, Takahashi Y, Standley DM, Yamamoto M, Moriishi K, Moriya K, Kanto T, Takehara T, Koike K, Matsuura Y, Okamoto T.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 118(22) Pages: e2026184118
  • DOI: 10.1073/pnas.2026184118
  • Peer Reviewed / Open Access