Development of a new culture system for human coronaviruses using organoids

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K19431
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 野田 岳志 京都大学, 医生物学研究所, 教授 (00422410)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 永樂 元次 京都大学, 医生物学研究所, 教授 (40415097)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: オルガノイド / コロナウイルス

Outline of Annual Research Achievements

現在、ヒトの世界に存在するコロナウイルスは、わずか6種類のみである。βコロナウイルス属のHCoV-OC43とHCoV-HKU1、αコロナウイルス属のHCoV-229EとHCoV-NL63の4種類は、ヒトに軽度の風邪症候群を引き起こす。一方、新型コロナウイルス感染症の原因であるSARS-CoV-2と中東呼吸器症候群の原因であるMERS-CoVの2種類は、βコロナウイルス属に属し、ヒトに重篤な呼吸器疾患を引き起こす。βコロナウイルスの増殖性や病原性などを解析するためには、同一の細胞培養系を用いる必要がある。これまで様々な培養細胞が試されてきたが、βコロナウイルスすべてが増殖可能な細胞培養系は存在しない。特に、HCoV-NL63およびHCoV-HKU1については、増殖可能な細胞培養系自体が存在しないという大きな問題があり、コロナウイルス研究の進展を妨げている。そこで本研究では、これまでに確立したヒト鼻腔オルガノイド実験系を改変し、βコロナウイルスの新たな培養法を開発することを目的とした。
本年度は昨年度に引き続き、これまでに開発した3次元のヒト鼻腔オルガノイドの培養方法を改変し、2次元の鼻腔オルガノイドシートの作製方法を開発した。2次元平面培養したヒト鼻腔オルガノイドを用いて、HCoV-229E、HCoV-OC43だけでなく、HCoV-NL63およびHCoV-HKU1が増殖することを確認した。新型コロナウイルスについても、複数の変異株が効率よく増殖することを確認した。さらに近年ヒトで流行するH3N2インフルエンザウイルスはMDCK細胞で増殖しないことが知られているが、2次元鼻腔オルガノイドではウイルスが増殖することを確認した。また、2次元鼻腔オルガノイドの作製方法を改良し、iPS細胞から2次元鼻腔様のオルガノイドを作製することができた。

Research Products

• [Journal Article] The RNA-binding protein Msi2 regulates autophagy during myogenic differentiation (2024)
  • Author(s): Wang R, Kato F, Watson RY, Beedle AM, Call JA, Tsunoda Y, Noda T, Tsuchiya T, Kashima M, Hattori A, Ito T.
  • Journal Title: Life Sci Alliance . Volume: 7 Pages: e202302016
  • DOI: 10.26508/lsa.202302016.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ACE2 knockout hinders SARS-CoV-2 propagation in iPS cell-derived airway and alveolar epithelial cells (2023)
  • Author(s): Niwa R, Sakai K, Lung MSY, Matsumoto T, Mikawa R, Maehana S, Suzuki M, Yamamoto Y, Maurissen TL, Hirabayashi A, Noda T, Kubo M, Gotoh S, Woltjen K.
  • Journal Title: Front Cell Dev Biol . Volume: 11 Pages: 1290876
  • DOI: 10.3389/fcell.2023.1290876.
  • Open Access
• [Journal Article] Structural insights into the agonists binding and receptor selectivity of human histamine H4 receptor (2023)
  • Author(s): Im D, Kishikawa JI, Shiimura Y, Hisano H, Ito A, Fujita-Fujiharu Y, Sugita Y, Noda T, Kato T, Asada H, Iwata S.
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 14 Pages: 6538
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42260-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cryoelectron microscopic structure of the nucleoprotein-RNA complex of the European filovirus, Lloviu virus (2023)
  • Author(s): Hu S, Fujita-Fujiharu Y, Sugita Y, Wendt L, Muramoto Y, Nakano M, Hoenen T, Noda T.
  • Journal Title: PNAS Nexus Volume: 2 Pages: pgad120
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad120
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Replicative capacity of SARS-CoV-2 omicron variants BA.5 and BQ.1.1 at elevated temperatures (2023)
  • Author(s): Muramoto Y, Takahashi S, Halfmann PJ, Gotoh S, Noda T, Kawaoka Y.
  • Journal Title: Lancet Microbe Volume: 4 Pages: e486
  • DOI: 10.1016/S2666-5247(23)00100-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research