内在性RNAウイルスの網羅的検索と機能解析

• Project Area: Neo-virology: the raison d'etre of viruses
• Project/Area Number: 16H06430
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 朝長 啓造 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (10301920)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川野 秀一 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50611448)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥161,720,000 (Direct Cost: ¥124,400,000、Indirect Cost: ¥37,320,000); Fiscal Year 2020: ¥30,420,000 (Direct Cost: ¥23,400,000、Indirect Cost: ¥7,020,000); Fiscal Year 2019: ¥29,510,000 (Direct Cost: ¥22,700,000、Indirect Cost: ¥6,810,000); Fiscal Year 2018: ¥30,420,000 (Direct Cost: ¥23,400,000、Indirect Cost: ¥7,020,000); Fiscal Year 2017: ¥29,510,000 (Direct Cost: ¥22,700,000、Indirect Cost: ¥6,810,000); Fiscal Year 2016: ¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
• Keywords: 内在性ウイルス / RNAウイルス / 進化 / ビッグデータ / 内在性RNAウイルス / ボルナウイルス / 機械学習 / 共進化 / 外適応

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、哺乳動物における内在性RNAウイルスを網羅的検索にその機能解明を行い、生物進化におけるウイルス感染の真の意義の発見と新しい概念の構築を行うことである。本年度は、これまでに引き続き①動物ゲノムにおけるRNAウイルス由来配列を網羅的同定、②宿主ゲノムにおける内在性RNAウイルスの機能解明の2つの柱を中心に研究を推進した。①においては、前年度までに作成した機械学習を基盤とする新しいプログラムを用いて、ヒトゲノムにおける未知なる内在性RNAウイルス様配列を網羅的に検索した。その結果、これまでの相同性解析では検出されなかった2つの内在性ボルナウイルス様配列を新たに同定することに成功した。また、既知のRNAウイルスとは相同性を全く持たないウイルス様配列を1か所同定することに成功した。新たに同定された未知の配列は、BLASTを用いた相同性配列検索により、ヒトゲノムに約100カ所の挿入部位があることが確認された。さらに、他の哺乳動物ゲノムにも挿入が確認されるとともに、既知のトランスポゾンとは異なる変異率ウィしましたことから、この配列が感染体由来の配列であることが強く示唆され、今回確立した検索方法の有用性が確認された。柱②においては、「ヒト由来内在性ボルナウイルス様配列-3（hsEBLN-3）の機能解明」ならびに「コウモリゲノムにおける内在性ボルナウイルス様配列（miEBLN-1）の発現と機能解明」を前年度に引き続き実施した。それぞれで宿主細胞での発現と相互作用する宿主因子を同定し、機能の作用機序を明らかにしている。miEBLN-1の解析では、コウモリ細胞における発現に加え、miEBLN-1がIGF2BP2やMOV10などのRNA結合蛋白質と相互作用するとともに、LINE-1の活性を抑える働きを持つことを明らかにし、RNA結合蛋白質として宿主細胞で外適応している可能性を見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題の柱である①「動物ゲノムにおけるRNAウイルス由来配列の網羅的同定」と②「宿主ゲノムにおける内在性RNAウイルスの機能解明」はいずれも当初の研究目的ならびに研究計画に沿って順調に研究が進展している。柱①では、配列の相同性に依存せずに未知の内在性RNAウイルスを検出するプログラムの開発を完了し、実際にヒトゲノムにおいてこれまで検出されなかった内在性RNAウイルス様配列を検出し、その特徴を明かにした。申請書記載の目標は既に達成しているが、今後、プログラムの改良を行うことで、より多くの動物種で検討を行っていく。柱②では、当初計画に基づき、ヒトならびに動物ゲノム内のいくつかの内在性ボルナウイルス様配列の機能解析を行い、既に、ヒトやコウモリで新たな機能を持つ内在性ボルナウイルス様配列の発見を行っている、現在は、論文作成を行っている。

Strategy for Future Research Activity

今後も、2つの柱の研究計画に沿って研究を進める。柱①では、現在の検索プログラムの改良を行う。具体的には機械学習の精度を上げるために、学習サンプルを増やすとともにアルゴリズムの検討を行う。また、様々な哺乳動物に適用可能な検索プログラムと判断基準を開発し、新たな内在性RNAウイルス様配列の同定を行う。それらの結果を基に、進化におけるウイルスと宿主の共進化での未知のRNAウイルスの関与を明らかにする。柱②では、ヒトとコウモリゲノムでの内在性ボルナウイルス様配列の機能解析に関する論文作成を行う。具体的には、hsEBLN-2, hsEBLN-3, miEBLN-1に関する研究結果をまとめる。さらに、ヒトで新たに同定された内在性ボルナウイルスの発現と機能についても解析を開始する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] タフツ大学(米国)
• [Int'l Joint Research] フライブルク大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ヴァンダービルト大学/タフツ大学/コーネル大学(アメリカ合衆国)
• [Int'l Joint Research] フライブルク大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] パスツール研究所(フランス)
• [Journal Article] Integration of viral sequences into eukaryotic host genomes: legacy of ancient infections (2019)
  • Author(s): Tomonaga K, Suzuki N, Berkhout B.
  • Journal Title: Virus Research. Volume: 262 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1016/j.virusres.2018.12.012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Paleovirology of bornaviruses: What can be learned from molecular fossils of bornaviruses (2019)
  • Author(s): Horie M, Tomonaga K.
  • Journal Title: Virus Research Volume: 262 Pages: 002-009
  • DOI: 10.1016/j.virusres.2018.04.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Degradation of amyloid β peptide by neprilysin expressed from Borna disease virus vector. (2018)
  • Author(s): Sakai M, Ueda S, Daito T, Asada-Utsugi M, Komatsu Y, Kinoshita A, Maki T, Kuzuya A, Takahashi R, Makino A, Tomonaga K.
  • Journal Title: Microbiol Immunol. Volume: 62 Pages: 467-472
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12602
  • NAID: 40021602285
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Systematic estimation of insertion dates of endogenous bornavirus-like elements in vesper bats (2018)
  • Author(s): Mukai Y, Horie M, Tomonaga K.
  • Journal Title: J. Vet. Med. Sci. Volume: 80 Issue: 8 Pages: 1356-1363
  • DOI: 10.1292/jvms.18-0211
  • NAID: 130007393943
  • ISSN: 0916-7250, 1347-7439
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Splicing-Dependent Subcellular Targeting of Borna Disease Virus Nucleoprotein Isoforms. (2018)
  • Author(s): Kojima S, Sato R, Yanai M, Komatsu Y, Horie M, Igarashi M, Tomonaga K.
  • Journal Title: J Virol. Volume: 93
  • DOI: 10.1128/jvi.01621-18
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Viral (Arc)hive for Metazoan Memory. (2018)
  • Author(s): Parrish NF,Tomonaga K.
  • Journal Title: Cell Volume: 172 Pages: 8-10
  • DOI: 10.1016/j.cell.2017.12.029
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Antiviral activity of favipiravir (T-705) against mammalian and avian bornaviruses. (2017)
  • Author(s): Tokunaga T, Yamamoto Y, Sakai M, Tomonaga K, Honda T.
  • Journal Title: Antiviral Research Volume: 143 Pages: 237-245
  • DOI: 10.1016/j.antiviral.2017.04.018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dual function of the nuclear export signal of the Borna disease virus nucleoprotein in nuclear export activity and binding to viral phosphoprotein. (2017)
  • Author(s): Yanai M, Sakai M, Makino A, Tomonaga K.
  • Journal Title: Virology Journal Volume: 14 Pages: 126-126
  • DOI: 10.1186/s12985-017-0793-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Linkage between the leader sequence and leader RNA production in Borna disease virus-infected cells (2017)
  • Author(s): Honda T, Sofuku K, Kojima S, Yamamoto Y, Ohtaki N, Tomonaga K.
  • Journal Title: Virology Volume: 510 Pages: 104-110
  • DOI: 10.1016/j.virol.2017.07.011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Generation of a non-transmissive Borna disease virus vector lacking both matrix and glycoprotein genes. (2017)
  • Author(s): Fujino K, Yamamoto Y, Daito T, Makino A, Honda T, Tomonaga K.
  • Journal Title: Microbiology and Immunology Volume: 61 Pages: 380-386
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12505
  • NAID: 40021326041
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Borna disease virus assembles porous cage-like viral factories in the nucleus. (2016)
  • Author(s): Hirai Y, Hirano Y, Matsuda A, Hiraoka Y, Honda T, Tomonaga K.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 291 Pages: 25789-25798
  • DOI: 10.1074/jbc.m116.746396
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] A one-stage estimation of principal component regression for generalized linear models (2018)
  • Author(s): Shuichi Kawano, Hironori Fujisawa, Toyoyuki Takada, Toshihiko Shiroishi
  • Organizer: The 2nd International Conference on Econometrics and Statistics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A one-stage estimation of principal component regression for generalized linear models (2018)
  • Author(s): Shuichi Kawano
  • Organizer: The 11th International Conference of the ERCIM WG on Computational and Methodological Statistics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Roles of RNA transcripts from endogenous bornavirus-like elements in host evolution (2018)
  • Author(s): Keizo Tomonaga
  • Organizer: Evolution
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Roles of non-coding RNAs from endogenous bornavirus-like elements in Borna disease virus infection (2018)
  • Author(s): Keizo Tomonaga
  • Organizer: 2nd International Symposium on RNA virus persistence
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Intranuclear persistent infection of bornavirus as an evolutionary strategy determining the survival and fitness (2018)
  • Author(s): Keizo Tomonaga
  • Organizer: Virus Dynamics Workshop in Japan
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Systematic investigation of novel lineages of endogenous bornavirus-like elements in vertebrate genomes. (2018)
  • Author(s): Masayuki Horie, Shohei Kojima, Bea Clarise B.Garcia, Dong-Yun Kim, Yahiro Mukai, Nicholas F. Parrish, Keizo Tomonaga.
  • Organizer: 17th Negative Strand RNA Virus
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Alternative splicing unmasks an endoplasmic reticulum targeting signal of Borna disease virus nucleoprotein (2018)
  • Author(s): Shohei Kojima, Ryo Sato, Mako Yanai, Yumiko Komatsu, Manabu Igarashi, Masayuki Horie, Keizo Tomonaga.
  • Organizer: 17th Negative Strand RNA Virus
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Translational regulation of Borna disease virus. (2018)
  • Author(s): Akiko Makino, Yutaro Yamamoto, Yuya Hirai, Keizo Tomonaga.
  • Organizer: 17th Negative Strand RNA Virus
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of the biological role of an endogenous bornavirus-like element in miniopterid bat genomes. (2018)
  • Author(s): Yahiro Mukai, Masayuki Horie, Yuki Kobayashi, Shohei Kojima, Ken Maeda, Keizo Tomonaga.
  • Organizer: 17th Negative Strand RNA Virus
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 内在性ボルナウイルス様エレメント由来非コードRNAはボルナウイルスの感染を抑制する． (2018)
  • Author(s): 小嶋 将平, 本田 知之, 朝長 啓造．
  • Organizer: 第20回日本RNA学会年会
• [Presentation] Determination of interacting host factors of an endogenous bornavirus-like element-derived protein in miniopterid bat cells. (2018)
  • Author(s): 向井八尋, 堀江真行, 小林由紀, 小嶋将平, 前田健, 朝長啓造
  • Organizer: 第66回日 本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] Characterization of newly discovered endogenous bornavirus-like elements in the human genome. (2018)
  • Author(s): Dong-Yun Kim, Yahiro Mukai, Shohei Kojima, Yumiko Komatsu, Masayuki Horie, Keizo Tomonaga．
  • Organizer: 第66回日 本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] 内在性RNAウイルス様配列の新規 検索手法の開発と新たなウイルス様配列の同定． (2018)
  • Author(s): 小嶋将平, 川野秀一, 伊藤潤平, 中川草, 堀江真行, 朝長啓造．
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会．
• [Presentation] Bornavirus: a new model of coevolution between RNA virus and host. (2018)
  • Author(s): Tomonaga K
  • Organizer: The 91st Annual Meeting of Japanese Society for Bacteriology.
  • Invited
• [Presentation] Loading of small RNAs derived from an endogenous bornaviruses element on the MIWI protein in GC2 Cells. (2017)
  • Author(s): Honda T, Liu X, Garcia BC, Parrish NF, Tomonaga K.
  • Organizer: The 16th Awaji International Forum on Infection and Immunity.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ユビナガコウモリゲノムに内在する内在性ボルナウイルス様エレメントの基本的な性状解析と内在化年代の推定 (2017)
  • Author(s): 向井八尋，堀江真行，小嶋将平，長田奈緒，前田 健，朝長啓造
  • Organizer: 第160回日本獣医学会学術集会
• [Presentation] Molecular biological and evolutionary analysis of an endogenous bornavirus-like nucleoprotein element in miniopterid bat genomes. (2017)
  • Author(s): Mukai Y, Horie M, Kobayashi K, Kojima S, Nagata N, Maeda K and Tomonaga K.
  • Organizer: 第65回日本ウイルス学会学術集会
• [Presentation] Bornavirus infection: a new model of evolution and coexistence of RNA viruses. (2017)
  • Author(s): Tomonaga K
  • Organizer: The National Symposium on Zoonoses Research 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 哺乳動物ゲノムに内在化しているボルナウイルス由来因子の機能解析 (2016)
  • Author(s): 朝長啓造
  • Organizer: 第39回分子生物学会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Invited
• [Presentation] Transcription profile and prospective function of non-retroviral RNA virus-derived elements in mammalian genomes. (2016)
  • Author(s): Keizo Tomonaga
  • Organizer: International Conference of the Genetics Society of Korea 2016
  • Place of Presentation: Jeju Island, Korea
  • Year and Date: 2016-11-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] カワリリスボルナウイルスの特性評価. (2016)
  • Author(s): 389.牧野晶子, 小森園 亮, Bea Clarise Garcia, 朝長啓造.
  • Organizer: 第64回日本ウイルス学会学術集会.
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2016-10-23
• [Presentation] ウイルス感染を抑制する内在性ボルナウイルス由来RNAエレメントの進化. (2016)
  • Author(s): 小嶋将平, 本田知之, 朝長啓造.
  • Organizer: 第64回日本ウイルス学会学術集会.
  • Place of Presentation: 札幌,
  • Year and Date: 2016-10-23
• [Remarks] 京都大学ウイルス・再生医科学研究所 朝長研究室
  • URL: https://t.rnavirus.virus.kyoto-u.ac.jp/
• [Remarks] 京都大学ウイルス・再生医科学研究所RNAウイルス分野
  • URL: https://t.rnavirus.virus.kyoto-u.ac.jp/
• [Remarks] 京都大学ウイルス・再生医科学研究所朝長研究室HP
  • URL: https://t.rnavirus.virus.kyoto-u.ac.jp/
• [Remarks] ネオウイルス学領域HP
  • URL: http://neo-virology.org/