蚊媒介性ウイルスによる宿主翻訳抑制の分子機序解明

• 研究課題/領域番号: 20H03495
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分49060:ウイルス学関連
• 研究機関: 順天堂大学 (2023); 大阪大学 (2020-2022)
• 研究代表者: 岡本 徹 順天堂大学, 大学院医学研究科, 教授 (80628595)
• 研究分担者: 奥崎 大介 大阪大学, 免疫学フロンティア研究センター, 特任准教授(常勤) (00346131) ; 宮本 洋一 国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所, 医薬基盤研究所 創薬デザイン研究センター, サブプロジェクトリーダー (10379084)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: フラビウイルス / 翻訳 / 日本脳炎ウイルス / デングウイルス / 解糖系 / ATP / 蛋白質翻訳 / 細胞死 / エネルギー代謝 / 代謝フラックス / ウイルス学 / 細胞核

研究開始時の研究の概要

デングウイルス等が属するフラビウイルス感染細胞では宿主細胞の蛋白質翻訳が低下することが知られているが、その分子機序は不明である。そこで、蛋白質の合成は、mRNAにリゾソームと呼ばれる巨大な蛋白質複合体が結合することで始まることが知られているため、ウイルス感染におけるリゾソームの形成への影響を検討する。また、CRISPR/Cas9を用いた順遺伝学的手法によりゲノムワイドに遺伝子を欠損させ、ウイルス感染による翻訳活性の低下に関与する宿主因子を同定する。得られた知見から、フラビウイルス感染における新しい宿主反応を明らかにできることが期待される。

研究実績の概要

これまでにフラビウイルス科に属する日本脳炎ウイルス(JEV)、デングウイルス(DENV)、ジカウイルス(ZIKV)感染細胞はアポトーシス抑制因子のBCLXを阻害することで顕著なアポトーシスが誘導されることを報告している。その機序としては、ウイルス感染細胞における宿主の翻訳活性の低下による抗アポトーシス因子の MCL1の発現低下が原因であることを明らかにした。翻訳活性の低下は、宿主細胞のATPの低下が起因となっていることを明らかにし、JEV感染細胞を用いたメタボローム解析ではJEV感染によりTCAサイクルの中間産物であるSuccinyl-CoAやSuccinate、Fumarateなどが顕著に減少していることをこれまでに明らかとなった。そこで、JEV感染細胞、非感染細胞を用いて遺伝子発現をRNAシーケンスによって検討した結果、これらのATPの減少は特に解糖系の異常が原因である可能性を見出し、解糖系、TCAサイクルの活性を評価した。その結果、解糖系の経路の活性低下が、TCAサイクル、ならびにミトコンドリアでのATP産生の低下につながっていることが示唆された。そこで、解糖系に着目し、ATPの産生に関わる解糖系の主要な酵素を検討した結果、いくつかの解糖系の酵素がフラビウイルスの複製複合体にリクルートされていることを確認した。したがって1本鎖のプラス鎖RNAをゲノムとしてもつウイルスは自身の増殖において細胞質での反応である解糖系を標的としATPを奪うことが示唆された。さらに、JEV, DENV, ZIKVのコア蛋白質の発現によりミトコンドリアの形態異常や脂質代謝異常による脂肪滴の増大が観察された。以上の結果から、フラビウイルスは宿主からATPを奪い取ると同時にさまざまな代謝を変化させ、自身の増殖に優位となる環境を作っていることが考えられた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の狙いでは、フラビウイルス感染によるエネルギー代謝の活性低下は、従来から言われているPKRなどの自然免疫の活性化に起因していると考えたが、自然免疫ではなくウイルスが積極的に細胞内のATPを奪うことによるものであることを示唆する知見を得ることができ、新しいウイルスの機能であると考えられる。さらに、ウイルス蛋白質の中でもコア蛋白質が単独でミトコンドリアの形状変化や脂肪滴の誘導を引き起こすことを見出し、コア蛋白質の新しい機能の１つを見出すこともできたため、エネルギー代謝を起点として、フラビウイルスの新しい宿主細胞内での機能の一端を見つけることができたため。

今後の研究の推進方策

本研究では、さらにフラビウイルス感染での解糖系への影響を調べるとともに、すでに見出しているフラビウイルスが感染しても細胞死が誘導されない細胞株との比較解析を行い、ウイルス感染によるATPの低下の鍵となるセンサー分子の探索を行う。センサー分子の同定ができれば、センサー分子を破壊することでウイルス増殖を探知し、エネルギー産生をシャットオフすることで細胞死を誘導する宿主細胞の新しい抗ウイルス活性を明らかにする。また、コア蛋白質による脂質代謝への影響とその意義を検討するため、脂質代謝に関わるさまざまな遺伝子欠損細胞を作製し、脂質代謝とウイルス増殖を評価する。

研究成果

• [雑誌論文] SARS-CoV-2 ORF6 disrupts nucleocytoplasmic trafficking to advance viral replication (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto Yoichi、Itoh Yumi、Suzuki Tatsuya、Tanaka Tomohisa、Sakai Yusuke、Koido Masaru、Hata Chiaki、Wang Cai-Xia、Otani Mayumi、Moriishi Kohji、Tachibana Taro、Kamatani Yoichiro、Yoneda Yoshihiro、Okamoto Toru、Oka Masahiro
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 5 号: 1 ページ: 483-483
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03427-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of monoclonal antibodies broadly neutralize infection of hepatitis B virus. (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhang H, Itoh Y, Suzuki T, Ihara KI, Tanaka T, Haga S, Enatsu H, Yumiya M, Kimura M, Takada A, Itoh D, Shibazaki Y, Nakao S, Yoshio S, Miyakawa K, Miyamoto Y, Sasaki H, Kajita T, Sugiyama M, Mizokami M, Tachibana T, Ryo A, Moriishi K, Miyoshi E, Kanto T, Okamoto T, Matsuura Y.
  • 雑誌名: Microbiol Immunol. 巻: 66(4) 号: 4 ページ: 179-192
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12964
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hepatitis C virus modulates signal peptide peptidase to alter host protein processing. (2021)
  • 著者名/発表者名: 11.Hirano J, Yoshio S, Sakai Y, Songling L, Suzuki T, Itoh Y, Zhang H, Chen DV, Haga S, Oomori H, Kodama T, Maeda Y, Ono Y, Takahashi Y, Standley DM, Yamamoto M, Moriishi K, Moriya K, Kanto T, Takehara T, Koike K, Matsuura Y, Okamoto T.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 118(22) 号: 22 ページ: 2026184118-2026184118
  • DOI: 10.1073/pnas.2026184118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ubiquitin specific peptidase 32 acts as an oncogene in epithelial ovarian cancer by deubiquitylating farnesyl-diphosphate farnesyltransferase 1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakae Aya、Kodama Michiko、Okamoto Toru、Tokunaga Makoto、Shimura Hiroko、Hashimoto Kae、Sawada Kenjiro、Kodama Takahiro、Copeland Neal G.、Jenkins Nancy A.、Kimura Tadashi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 552 ページ: 120-127
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.03.049
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deneddylation by SENP8 restricts hepatitis B virus propagation (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen David Virya、Suzuki Tatsuya、Itoh Yumi、Maeda Yusuke、Hirano Junki、Haga Saori、Zhang He、Ito Daiki、Matsuura Yoshiharu、Okamoto Toru
  • 雑誌名: Microbiology and Immunology 巻: 65 号: 3 ページ: 125-135
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12874
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ponesimod suppresses hepatitis B virus infection by inhibiting endosome maturation (2021)
  • 著者名/発表者名: Fauzyah Yuzy、Ono Chikako、Torii Shiho、Anzai Itsuki、Suzuki Rigel、Izumi Takuma、Morioka Yuhei、Maeda Yusuke、Okamoto Toru、Fukuhara Takasuke、Matsuura Yoshiharu
  • 雑誌名: Antiviral Research 巻: 186 ページ: 104999-104999
  • DOI: 10.1016/j.antiviral.2020.104999
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dysregulated Expression of the Nuclear Exosome Targeting Complex Component Rbm7 in Nonhematopoietic Cells Licenses the Development of Fibrosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Kiyoharu、Satoh Takashi、Sugihara Fuminori、Sato Yuki、Okamoto Toru、Mitsui Yuichi、Yoshio Sachiyo、Li Songling、Nojima Satoshi、Motooka Daisuke、Nakamura Shota、Kida Hiroshi、Standley Daron M.、Morii Eiichi、Kanto Tatsuya、Yanagita Motoko、Matsuura Yoshiharu、Nagasawa Takashi、Kumanogoh Atsushi、Akira Shizuo
  • 雑誌名: Immunity 巻: 52 号: 3 ページ: 542-556
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2020.02.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MARCH5 requires MTCH2 to coordinate proteasomal turnover of the MCL1:NOXA complex (2020)
  • 著者名/発表者名: Djajawi Tirta Mario、Liu Lei、Gong Jia-nan、Huang Allan Shuai、Luo Ming-jie、Xu Zhen、Okamoto Toru、Call Melissa J.、Huang David C. S.、van Delft Mark F.
  • 雑誌名: Cell Death & Differentiation 巻: 27 号: 8 ページ: 2484-2499
  • DOI: 10.1038/s41418-020-0517-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ウイルスによる宿主への感染戦略 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡本徹
  • 学会等名: 第18回霊長類医科学フォーラム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ウイルス感染における細胞死の制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本徹
  • 学会等名: 第 93 回日本生化学会大会
  • 招待講演