ベータコロナウイルスの粒子形成機構の構造生物学的研究

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K15046
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 張 志寛 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (60866937)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: SARS-CoV-2 / 粒子形成 / M protein

Outline of Annual Research Achievements

近年まで、COVID-19パンデミックの危機を引き起こしたSARS-CoV-2はベータコロナウイルスであり、そのウイルス粒子は主に４種類の構造タンパク質 (S, N, MおよびEタンパク質)、脂質二重膜とゲノムRNAから構成されている。SARS-CoV-2のMタンパク質はウイルスの粒子形成の過程で主要な役割を果たしているが、その詳細な分子メカニズムは不明である。本研究の初年度には、私たちの研究チームと共同研究者のチームは世界初めてSARS-CoV-2 のMタンパク質の立体構造をクライオ電顕解析で解明した (Nature Communications, 2022)。Mタンパク質は二量体を形成し、２種類の異なるコンフォメーションを形成し、いずれのコンフォメーションもウイルスの粒子形成に重要であることを提唱した。
今年度では、多量体型のMタンパク質の立体構造を解析するため、精製した二量体型Mタンパク質の多量体化再構成を試みた。その結果、可溶化されたMタンパク質は自発的に多量体化になる傾向が確認された。しかし、分取した多量体画分をクライオ電子顕微鏡で観察した結果、不定形な粒子が確認され、構造解析には至らなかった。今後、Mタンパク質をリポソームなどの脂質二重膜へ再構成することで、多量体型Mタンパク質の調製を試みる予定である。一方、今年度では、Mタンパク質をターゲットする抗ウイルス薬の創薬研究に向けて、サーマルシフトアッセイに基づいたMタンパク質と抗体や低分子化合物との結合実験の手法を構築した。今後、共同研究者が開発したMタンパク質をターゲットする低分子化合物の結合様式をクライオ電顕で解析する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Structural basis of hepatitis B virus receptor binding (2024)
  • Author(s): Asami Jinta、Park Jae-Hyun、Nomura Yayoi、Kobayashi Chisa、Mifune Junki、Ishimoto Naito、Uemura Tomoko、Liu Kehong、Sato Yumi、Zhang Zhikuan、Muramatsu Masamichi、Wakita Takaji、Drew David、Iwata So、Shimizu Toshiyuki、Watashi Koichi、Park Sam-Yong、Nomura Norimichi、Ohto Umeharu
  • Journal Title: Nature Structural and Molecular Biology Volume: 31 Pages: 447～454
  • DOI: 10.1038/s41594-023-01191-5
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A novel Toll-like receptor 7/8-specific antagonist E6742 ameliorates clinically relevant disease parameters in murine models of lupus (2023)
  • Author(s): Ishizaka Sally T.、Hawkins Lynn、Chen Qian、Tago Fumitoshi、Yagi Takuya、Sakaniwa Kentaro、Zhang Zhikuan、Shimizu Toshiyuki、Shirato Manabu
  • Journal Title: European Journal of Pharmacology Volume: 957 Pages: 175962～175962
  • DOI: 10.1016/j.ejphar.2023.175962
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for thioredoxin-mediated suppression of NLRP1 inflammasome (2023)
  • Author(s): Zhang Zhikuan、Shibata Takuma、Fujimura Akiko、Kitaura Jiro、Miyake Kensuke、Ohto Umeharu、Shimizu Toshiyuki
  • Journal Title: Nature Volume: 622 Pages: 188～194
  • DOI: 10.1038/s41586-023-06532-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structural analysis of SARS-CoV-2 membrane protein (2023)
  • Author(s): Zhikuan Zhang, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • Organizer: 26th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography (IUCr 2023)
  • Int'l Joint Research