Elucidation of the mechanism of disease severity caused by SARS-CoV-2 focusing on the incompatibility between by virus and host

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K15455
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 荒井 泰葉 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 研究員 (80793182)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: SARS-CoV-2 / RIG-I

Outline of Annual Research Achievements

初年度では、短鎖viral RNAの代表的な配列に基づき複数種の短鎖viral RNAをin vitro transcription により合成し、当該RNAの配列と長さの違いによるサイトカイン誘導性を解析した。また、合成した短鎖viralRNAの特徴（二次構造、脱リン酸化、キャップ構造の有無）によるサイトカイン誘導性を確認することで、非自己RNAセンサーによる短鎖viral RNAの認識機構を明らかにした。さらに、非自己RNAセンサーをsiRNA導入によりノックダウンし、短鎖viral RNAによる免疫誘導の消失を確認している。
本年度では、短鎖viral RNA代表配列を対象としたstem-loop RT-PCRを構築し感染経過時間ごとに細胞中における短鎖viral RNA量を定量し、細胞内での非自己RNAセンサーの発現量との関連性を評価した。また、本研究で対象とする短鎖viral RNA はその長さから、宿主のmicro RNAのようにエクソソーム中に効率よく含有されると予想されるため、感染細胞培養上製中に含まれるエクソソームを単離し、small RNA-seqにより解析を行った。
これらの解析により、細胞中の短鎖viral RNA量が感染後期において細胞内に多く蓄積され、相関して非自己RNAセンサーの発現も上昇することを確認した。またエクソソーム中においては、感染細胞中と同様の短鎖viral RNAを検出することができた。

本研究では新型コロナウイルスが産生する短鎖viral RNAに着目し、当該RNAが感染時病態の重症化に与える影響について評価した。短鎖viral RNAはその特徴から、細胞内のサイトカイン産生を強く誘導しており、生体内で短鎖viral RNAが多量に産生される場合にはサイトカインストームを引き起こす一因子なり得ると推察される。

Research Products

• [Journal Article] Stimulation of interferon-β responses by aberrant SARS-CoV-2 small viral RNAs acting as retinoic acid-inducible gene-I agonists (2023)
  • Author(s): Arai Yasuha、Yamanaka Itaru、Okamoto Toru、Isobe Ayana、Nakai Naomi、Kamimura Naoko、Suzuki Tatsuya、Daidoji Tomo、Ono Takao、Nakaya Takaaki、Matsumoto Kazuhiko、Okuzaki Daisuke、Watanabe Yohei
  • Journal Title: iScience Volume: 26 Pages: 105742～105742
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105742
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ACE2 N-glycosylation modulates interactions with SARS-CoV-2 spike protein in a site-specific manner (2022)
  • Author(s): Isobe Ayana、Arai Yasuha、Kuroda Daisuke、Okumura Nobuaki、Ono Takao、Ushiba Shota、Nakakita Shin-ichi、Daidoji Tomo、Suzuki Yasuo、Nakaya Takaaki、Matsumoto Kazuhiko、Watanabe Yohei
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 5 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04170-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ACE2 N-glycosylation modulates interactions with SARS-CoV-2 spike protein in a site-specific manner (2022)
  • Author(s): Ayana Isobe, Yasuha Arai, Nobuaki Okumura, Takao Ono, Shin-ichi Nakakita, Tomo Daidoji, Yasuo Suzuki, Takaaki Nakaya, Kazuhiko Matsumoto, Yohei Watanabe
  • Organizer: 日本ウイルス学会
• [Presentation] Stimulation of IFN-beta responses by aberrant SARS-CoV-2 small viral RNAs (2022)
  • Author(s): Yasuha Arai, Itaru Yamanaka, Toru Okamoto, Ayana Isobe, Naomi Nakai, Naoko Kamimura, Tatsuya Suzuki, Tomo Daidoji, Takaaki Nakaya, Daisuke Okuzaki, Yohei Watanabe
  • Organizer: 日本RNA学会