Establishment of virome analysis system and molecular evolution analysis of newly identified viruses

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Neo-virology: the raison d'etre of viruses
• Project/Area Number: 19H04843
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 中川 草 東海大学, 医学部, 講師 (70510014)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: RNAウイルス / メタゲノム / 人獣共通感染症 / バイローム / ゲノム解析 / ウイルス進化

Outline of Annual Research Achievements

本研究では自然界に存在するウイルスの多様性を明らかにするために、様々な生物・環境からシークエンスされたメタゲノム・トランスクリプトームデータから新規ウイルス配列とその塩基多型の同定するバイローム（ウイルスメタゲノム）解析システムを構築した。本システムを活用し、様々な動物・環境から採取したサンプルから大規模シークエンスを行った塩基配列データを解析し、新規RNAウイルスを同定し、それらの系統分類や進化について明らかにした。
加えて、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）感染症の流行を受けて、SARS-CoV-2と近縁のコロナウイルスとの比較ゲノム解析を行い、SARS-CoV-2に特徴的な遺伝子について、またその機能進化を明らかにする研究にも取り組んだ。その結果、宿主のインターフェロン誘導を阻害するSARS-CoV-2のORF3bとORF6の遺伝子の性質と機能的な塩基変異について明らかにした。特にORF3bの終止コドンがアミノ酸をコードするように変異したウイルスはインターフェロン抑制能が向上することがわかり、感染後の重症化に関与する可能性が示唆された。加えて複製時のエラー修復に関係するnsp14遺伝子の機能阻害に関連する可能性のある塩基変異などについて、比較ゲノム解析により明らかにした。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Diverse mosquito specific flaviviruses in the Bolivian Amazon basin. (2021)
  • Author(s): Orba, Y., Matsuno, K., Nakao, R., Kryukov, K., Saito, Y., Kawamori, F., Vega, A.L., Watanabe, T., Maemura, T., Sasaki, M., Hall, W.W., Hall, R.A., Pereira, J.A., Nakagawa, S., Sawa, H.
  • Journal Title: Journal of General Virology Volume: 102 Pages: 001518
  • DOI: 10.1099/jgv.0.001518
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expression of ERV3-1 in leukocytes of acute myelogenous leukemia patients (2021)
  • Author(s): Nakagawa S, Kawashima M, Miyatake Y, Kudo K, Kotaki R, Ando K, Kotani A.
  • Journal Title: Gene Volume: 773 Pages: 145363
  • DOI: 10.1016/j.gene.2020.145363
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Virus-like insertions with sequence signatures similar to those of endogenous non-retroviral RNA viruses in the human genome. (2021)
  • Author(s): Kojima S, Yoshikawa K, Ito J, Nakagawa S, Parrish NF, Horie M, Kawano S, Tomonaga K.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 118 Pages: e2010758118
  • DOI: 10.1073/pnas.2010758118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sarbecovirus ORF6 proteins hamper the induction of interferon signaling (2021)
  • Author(s): Kimura I, Konno Y, Uriu K, Hopfensperge K, Sauter D, Nakagawa S, Sato K
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 34 Pages: 108916
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.108916
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sequence Compression Benchmark (SCB) database - A comprehensive evaluation of reference-free compressors for FASTA-formatted sequences (2020)
  • Author(s): Kryukov, K., Ueda, M.T., Nakagawa, S. and Imanishi, T.
  • Journal Title: GigaScience Volume: 9 Pages: giaa072
  • DOI: 10.1093/gigascience/giaa072
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A role for gorilla APOBEC3G in shaping lentivirus evolution including transmission to humans (2020)
  • Author(s): Nakano, Y., Yamamoto, K., Ueda, M. T., Soper, A., Konno, Y., Kimura, I., Uriu, K., Kumata, R., Aso, H., Misawa, N., Nagaoka, S., Shimizu, S., Mitsumune, K., Kosugi, Y., Juarez-Fernandez, G., Ito, J., Nakagawa, S., Ikeda, T., Koyanagi, Y., Harris, R. S., Sato, K.
  • Journal Title: PLOS Pathogens Volume: 16 Pages: e1008812
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1008812
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SARS-CoV-2 ORF3b is a potent interferon antagonist whose activity is further increased by a naturally occurring elongation variant. (2020)
  • Author(s): Konno Y, Kimura I, Uriu K, Fukushi M, Irie T, Koyanagi Y, Sauter D, Gifford RJ; USFQ-COVID19 Consortium, Nakagawa S, Sato K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 32 Pages: 108185
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108185
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comprehensive genomic analysis reveals dynamic evolution of endogenous retroviruses that code for retroviral-like protein domains. (2020)
  • Author(s): Ueda, M.T., Kryukov, K., Mitsuhash, S, Mitsuhash, H, Imanishi, T, Nakagawa, S.
  • Journal Title: Mobile DNA Volume: 11 Pages: 29
  • DOI: 10.1186/s13100-020-00224-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 大量シークエンスデータを活用したウイルス進化研究 新型コロナウイルスを含めて (2020)
  • Author(s): 中川草
  • Organizer: 日本進化学会第22回大会
• [Presentation] ヒトゲノムにおけるウイルス配列挿入の歴史: k-mer出現頻度から読み解く (2020)
  • Author(s): 小嶋将平 、吉川剛平 、伊東潤平 、中川草 、堀江真行、川野秀一、朝長啓造、Nicholas F. Parrish
  • Organizer: 日本進化学会第22回大会
• [Presentation] 哺乳類ゲノムに内在するウイルス様配列の進化と機能 (2020)
  • Author(s): 上田真保子、Kirill Kryukov、三橋里美、三橋弘明、 中川草
  • Organizer: 日本進化学会第22回大会
• [Presentation] ヒトゲノムで機能を獲得したHERV由来配列の探索 (2020)
  • Author(s): 松沢歩、李知英、中川草、三橋里美、高地雄太、石野（金児）知子、石野史敏
  • Organizer: 第43回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2020)
• [Presentation] 哺乳類ゲノムに内在化するウイルスに由来する配列 (2020)
  • Author(s): 中川草
  • Organizer: 第43回 日本分子生物学会年会 (MBSJ2020)
• [Presentation] Genome evolution of SARS-CoV-2 and its virological characteristics (2020)
  • Author(s): So Nakagawa
  • Organizer: Irago Conference 2020
  • Int'l Joint Research / Invited