ＡＰＯＢＥＣ３によるレトロウイルス感染制御の分子基盤の解明

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24590568
• Research Institution: 独立行政法人国立病院機構(名古屋医療センター臨床研究センター)
• Principal Investigator: 岩谷 靖雅 独立行政法人国立病院機構(名古屋医療センター臨床研究センター), その他部局等, その他 (90303403)
• Keywords: レトロウイルス / 宿主因子 / APOBEC3 / 感染制御 / シチジンデアミナーゼ / 核酸結合 / 生化学 / HIV

Research Abstract

APOBEC3 ファミリーは、HIV やレトロトランスポゾンを含むレトロウイルスに対して強い増殖抑制効果を示す細胞内防御因子である。ヒトでは、22番染色体上にタンデムに APOBEC3 遺伝子群（AとB、C、D、F、G、Hの7種）としてコードされ、レトロウイルスとの共進化により霊長類以降で増幅・構築された遺伝子群である。本研究課題では、APOBEC3 による抗レトロウイルス作用メカニズムと特異性を決定する新たな要因を見出すために、APOBEC3 タンパク質の生化学的な特性を網羅的に解析し、APOBEC3 による抗ウイルス作用に関与する未同定因子の探索を行っている。
２年目である当該年度では、APOBEC3 の核酸への結合特性について重点的に研究を進めた。その結果、一本鎖核酸に対する高い親和性（解離定数）はAPOBEC3 のホモ多量体形成能の有無と相関していた。さらに、その核酸結合強度は、vif 欠失型 HIV-1 ウイルス粒子への取込みの効率とも相関しており、多量体形成（おそらく二量体形成）が重要であるという新たな知見を見出した。さらに、抗 HIV-1 作用が最も強い APOBEC3G に関して、一分子の核酸を用いた結合解析技術 (Single Molecule DNA Stretching 法) により、タンパク質の結合状態を計測（計測は、米国の研究者との共同研究により行われた）した。その結果、APOBEC3G には２つのステップ、核酸結合モード、早く弱い結合・解離と強く遅い解離モードが存在し、後者のモードでは核酸上における APOBEC3G の多量体形成（F126/W127 残基が重要）が寄与していることが見出された。このことは、我々が以前報告した「APOBEC3G による逆転写伸長反応抑制効果には、APOBEC3G の未解明な核酸結合特性が関与する」(Nucleic Acids Research, 2007)現象は APOBEC3G の多量体形成能が深く関与していたということにつながり、APOBEC3 の抗ウイルス作用の分子メカニズムに関する新たな知見につながると考えられる。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

発現・精製した 7 種の APOBEC3 タンパク質を活用して、核酸結合および多量体形成能について詳細な解析を進めることができた。多量体形成能がウイルス粒子への取込み効率と相関しており、APOBEC3 が逆転写反応過程で抗ウイルス作用を発揮しうることと結びつくことが明らかになった。さらに、一分子 DNA 結合解析技術（共同研究）により、APOBEC3G の抗ウイルス作用メカニズム（酵素活性非依存的なメカニズム）について、多量体形成によって誘導される“遅く強い核酸結合・解離モード”が関与していることを見出した。これらの研究成果の一部は、APOBEC3G による抗 HIV 作用の分子メカニズムに関する研究論文 (Nature Chemistry 6. 28-33, 2014) の掲載に欠かせない成果情報となり、APOBEC3 に関する貴重な学術的情報を輩出できた点では計画以上に進んだ感がある。さらに、一連の研究成果について、シンガポールで開催されたアジア太平洋細胞生物学会 (7th APOCB) や第 14 回熊本エイズセミナーなどにおいても招待講演を行い、研究成果について発表し討論する機会をもてた。これらことからも、当各年度の本研究課題は、総じて研究計画以上に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

最終年度として、これまで蓄積した生化学的データに基づき APOBEC3 による抗ウイルス作用メカニズムを精査し、本研究課題に関する成果を輩出することに重点をおく。さらに、当初の計画通り、HIV-1 感染細胞あるいは精製ウイルス粒子などを用いて、粒子コア（逆転写複合体）内で生じる逆転写反応（内在性逆転写反応）に対する抗ウイルス作用メカニズムを in vivo の視点からも検証する研究、および APOBEC3 の抗ウイルス分子メカニズムに影響を与える未同定因子の探索研究も継続して行う。最終的に、APOBEC3 ファミリータンパク質の抗レトロウイルス作用メカニズムの全容解明を目指したい。

Research Products

• [Journal Article] Oligomerization transforms human APOBEC3G from an efficient enzyme to a slowly dissociating nucleic acid binding protein. (2014)
  • Author(s): Chaurasiya KR, McCauley MJ, Wang W, Qualley DF, Wu T, Kitamura S, Geertsema H, Chan DSB, Hertz A, Iwatani Y, Levin JG, Musier-Forsyth K, Rouzina I, and Williams MC.
  • Journal Title: Nature Chemistry Volume: 6 Pages: 28-33
  • DOI: 10.1038/nchem.1795
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lack of association between intact/deletion polymorphisms of the APOBEC3B gene and HIV-1 risk. (2014)
  • Author(s): Imahashi M, Izumi T, Watanabe D, Imamura J, Matsuoka K, Ode H, Masaoka T, Sato K, Kaneko N, Ichikawa S, Koyanagi Y, Takaori-Kondo A, Utsumi M, Yokomaku Y, Shirasaka T, Sugiura W, Iwatani Y, Naoe T.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 9 Pages: e92861
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0092861
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Poly-proline motif in HIV-2 Vpx is critical for its efficient translation. (2013)
  • Author(s): Miyake A, FujitaM, Fujino H, Koga R, Kawamura S, Otsuka M, Ode H, Iwatani Y, Sakai Y, Doi N, Nomaguchi N, Adachi A, and Miyazaki Y.
  • Journal Title: Journal of General Virology Volume: 95 Pages: 179-189
  • DOI: 10.1099/vir.0.057364-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Results of external quality assessment for proviral DNA testing of HIV tropism in the Maraviroc Switch collaborative study. (2013)
  • Author(s): Tu E, Swenson LC, Land S, Pett S, Emery S, Marks K, Kelleher AD, Kaye S, Kaiser R, Schuelter E, Harrigan R and the research laboratory.
  • Journal Title: Journal of Clinical Microbiology Volume: 51 Pages: 2063-2071
  • DOI: 10.1128/JCM.00510-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TRIM5 genotypes in cynomolgus monkeys primarily influence inter-individual diversity in susceptibility to monkey-tropic human immunodeficiency virus type 1. (2013)
  • Author(s): Saito A, Nomaguchi M, Kono K, Iwatani Y, Yokoyama M, Yasutomi Y, Sato H, Shioda T, Sugiura W, Matano T, Adachi A, Nakayama EE, and Akari H.
  • Journal Title: Journal of General Virology Volume: 94 Pages: 1318-1324
  • DOI: 10.1099/vir.0.050252-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of rhesus macaque-tropic HIV-1 clones that are resistant to major anti-HIV-1 restriction factors. (2013)
  • Author(s): Nomaguchi M, Yokoyama M, Kono K, Nakayama EE, Shioda T, Doi N, Fujiwara S, Saito A, Akari H, Miyakawa K, Ryo A, Ode H, Iwatani Y, Miura T, Igarashi T, Sato H, and Adachi A.
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 87 Pages: 11447-11461
  • DOI: 10.1128/JVI.01549-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HIV アクセサリータンパク質の機能 (2013)
  • Author(s): 北村紳悟、岩谷靖雅
  • Journal Title: ウイルス Volume: 63 Pages: 187-198
• [Presentation] HIV-1 Invalidates Antiviral System of Cellular APOBEC3 Cytidine Deaminases (2014)
  • Author(s): Iwatani Y
  • Organizer: 7th APOCB Congress and ASCB workshop
  • Place of Presentation: シンガポール
  • Year and Date: 20140224-20140227
  • Invited
• [Presentation] Vif/APOBEC3を標的とする治療薬開発の戦略（Vif) (2013)
  • Author(s): 岩谷靖雅
  • Organizer: 第27回日本エイズ学会学術集会・総会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20131120-20131122
  • Invited
• [Presentation] APOBEC3F C末端側ドメインの構造解析とHIV-1 Vif 結合インターフェイス (2013)
  • Author(s): 中島雅晶、北村紳悟、黒澤哲平、大出裕高、河村高志、今橋真弓、長縄由里子、真野由有、横幕能行、渡邉信久、杉浦 亙、岩谷靖雅
  • Organizer: 第27回日本エイズ学会学術集会・総会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20131120-20131122
• [Presentation] 抗HIV-1宿主因子APOBEC3FのVif 結合領域に関する構造学的解析 (2013)
  • Author(s): 北村紳悟、中島雅晶、黒沢哲平、大出裕高、河村高志、今橋真弓、長縄由里子、真野由有、横幕能行、渡邉信久、杉浦亙、岩谷靖雅
  • Organizer: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 20131110-20131112
• [Presentation] 宿主防御因子APOBEC3Bの遺伝子欠損によるHIV-1感染伝播・病勢への影響に関する研究 (2013)
  • Author(s): 今橋真弓、泉泰輔、渡邊大、今村淳治、松岡和弘、正岡崇志、佐藤桂、金子典代、市川誠一、小柳義夫、高折晃史、内海眞、横幕能行、白阪琢磨、直江知樹、杉浦亙、岩谷靖雅
  • Organizer: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 20131110-20131112
• [Presentation] Structural features of HIV-1 Vif-binding Interface on antiviral APOBEC3 proteins. (2013)
  • Author(s): Iwatani Y
  • Organizer: The 14th KUMAMOTO AIDS Seminar
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 20131029-20131031
  • Invited
• [Presentation] Crystal structure of human APOBEC3C and HIV-1 Vif-binding interface (2013)
  • Author(s): Kitamura S, Ode H, Nakashima M, Imahashi M, Naganawa Y, Kurosawa T, Yokomaku Y, Yamane T, Watanabe N, Suzuki A, Sugiura W, Iwatani Y
  • Organizer: American Crystallographic Association Annual Meeting
  • Place of Presentation: ハワイ、米国
  • Year and Date: 20130720-20130724
• [Presentation] HIV-1感染伝播・病勢に対するAPOBEC3B遺伝子型の影響に関する解析 (2013)
  • Author(s): 岩谷靖雅
  • Organizer: 第15回白馬シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20130719-20130720
  • Invited
• [Presentation] ヒト抗レトロウイルス因子APOBEC3ファミリー間におけるHIV-1 Vif 結合インターフェイスの構造比較 (2013)
  • Author(s): 北村紳悟, 大出裕高, 中島雅晶, 今橋真弓, 長縄由里子, 黒沢哲平, 横幕能行, 山根隆, 渡邉信久, 鈴木淳巨, 杉浦亙, 岩谷靖雅
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 鳥取
  • Year and Date: 20130612-20130614
• [Presentation] The crystal structure of APOBEC3C including HIV-1 Vif-binding interface (2013)
  • Author(s): Kitamura S, Ode H, Nakashima M, Imahashi M, Naganawa Y, Kurosawa T, Yokomaku Y, Yamane T, Watanabe N, Suzuki A, Sugiura W, Iwatani Y
  • Organizer: 4th International Symposium on Diffraction Structural Biology
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 20130526-20130529