新型コロナウイルスSARS-CoV-2のN蛋白質の構造解明による増殖機構解明

• 研究課題/領域番号: 21H02449
• 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43040:生物物理学関連
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 朴 三用 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (20291932)
• 研究分担者: 渡士 幸一 国立感染症研究所, 治療薬・ワクチン開発研究センター, 総括研究官 (40378948)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (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: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2022年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2021年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
• キーワード: 新型コロナウイルス / Nタンパク質 / 構造生物学 / Xタンパク質 / 構造生物学研究

研究開始時の研究の概要

SARS-CoV-2は2020年3月にWHOによりパンデミックとして認定され世界中に広がり、感染による死亡者は数多く、国内外の製薬社や研究機関により、ワクチンやin-silico手法による創薬開発は活発に行われているが開発までには時間がかかる事とウイルス関する学問的な知見が足りない。本計画班の目指すSARS-CoV-2のNタンパク質の構造やウイルスの増殖機構解明は、それを基に細胞内でのウイルス増殖現象の制御・治療・創薬スクリーニングという広大な新分野の開拓を先導するものであり、かつ学術面で独創的な新領域の研究分野であると言える。

研究成果の概要

Nタンパク質はアミノ酸419残基を持つ分子量約50kDa.の分子量である。発現系で確認した結果、大腸菌で大量発現ができた。Nタンパク質は、８両体の複合体の分子量は約450kDa.になり、単粒子解析には最適な試料である。約1000条件程度の条件検討を行った結果、0.1M-クエン酸ナトリウム pH5.0, PEG20K条件で、ポリ微結晶が得られて、最適化を行なった結果平均30ミクロンの結晶を得ることができた。実験系のX線発生装置を使用し、反射点を確認した結果、約４A程度の反射点を得た。今後、質の良い結晶化の条件検討と、大型放射光施設で回折実験を行う予定である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

人類は21世紀に入り、2002年の重症急性呼吸器症候群（SARS）であり、コウモリが原因であると報告されている。その後、2019年末には、SARS-CoV-2は中国の武漢で呼吸器疾患のアウトブレイクを引き起こした。コロナウイルスは一本鎖RNAウイルスで、ヒトへの感染が確認されているCoVは7種類が存在している。これらのCoVに感染すると様々な重症度の呼吸器症状を発症する。今後、生物学的な感染機構解明や合理的で有効な治療薬の開発を急務とされている。本研究はウイルスRNAアセンブリーの安定化に関わっているNタンパク質の構造解明によるウイルスの増殖機構解明を目指し、構造解明を行なった。

研究成果

• [雑誌論文] Structural basis of CXC chemokine receptor 1 ligand binding and activation (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishimoto Naito、Park Jae-Hyun、Kawakami Kouki、Tajiri Michiko、Mizutani Kenji、Akashi Satoko、Tame Jeremy R. H.、Inoue Asuka、Park Sam-Yong
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 4107-4107
  • DOI: 10.1038/s41467-023-39799-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis for ligand recognition and signaling of hydroxy-carboxylic acid receptor 2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Park Jae-Hyun、Kawakami Kouki、Ishimoto Naito、Ikuta Tatsuya、Ohki Mio、Ekimoto Toru、Ikeguchi Mitsunori、Lee Dong-Sun、Lee Young-Ho、Tame Jeremy R. H.、Inoue Asuka、Park Sam-Yong
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 7150-7150
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42764-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of the human galanin receptor 2 bound to galanin and Gq reveals the basis of ligand specificity and how binding affects the G-protein interface (2022)
  • 著者名/発表者名: Heo Yunseok、Ishimoto Naito、Jeon Ye-Eun、Yun Ji-Hye、Ohki Mio、Anraku Yuki、Sasaki Mina、Kita Shunsuke、Fukuhara Hideo、Ikuta Tatsuya、Kawakami Kouki、Inoue Asuka、Maenaka Katsumi、Tame Jeremy R. H.、Lee Weontae、Park Sam-Yong
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 20 号: 8 ページ: e3001714-e3001714
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001714
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural insights into the HBV receptor and bile acid transporter NTCP (2022)
  • 著者名/発表者名: Park JH, Iwamoto M, Yun JH, Uchikubo-Kamo T, Son D, Jin Z, Yoshida H, Ohki M, Ishimoto N, Mizutani K, Oshima M, Muramatsu M, Wakita T, Shirouzu M, Liu K, Uemura T, Nomura N, Iwata S, Watashi K, Tame JRH, Nishizawa T, Lee W, Park SY.
  • 雑誌名: Nature 巻: 606 号: 7916 ページ: 1027-1031
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04857-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Leucine-sensing mechanism of leucyl-tRNA synthetase 1 for mTORC1 activation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim S, Yoon I, Son J, Park J, Kim K, Lee JH, Park SY, Kang BS, Han JM, Hwang KY, Kim S.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 35(4) 号: 4 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109031
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Early-stage dynamics of chloride ion-pumping rhodopsin revealed by a femtosecond X-ray laser. (2021)
  • 著者名/発表者名: MS, Liang M, Sierra RG, Lane TJ, Zhou L, Weierstall U, Zatsepin NA, Ohki M, Tame JRH, Park SY, Spence JCH, Zhang W, Schmidt M, Lee W, Liu H.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 118(13) 号: 13 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1073/pnas.2020486118
  • 査読あり