単純ヘルペスウイルスによる核内コンパートメントのリモデリング機構の解析

• 研究課題/領域番号: 22K15468
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分49060:ウイルス学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 竹島 功高 東京大学, 医科学研究所, 特任研究員 (30882500)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 単純ヘルペスウイルス / 核ラミナ / クロマチン / ウイルス

研究開始時の研究の概要

単純ヘルペスウイルス(HSV)は、ヒトに脳炎、口唇ヘルペス、性器ヘルペスといった病態を引き起こす医学上重要なウイルスの一つである。HSV感染細胞では核内クロマチンが核膜近傍に集積する感染現象が観察され、MEF細胞ではLamin A/Cが関与するとされるが、その分子機構は明らかとなっていない。申請者らはCrispr/Cas9 systemを用い、核内膜関連タンパク質を網羅的にKOすることで、ヒト細胞においてHSV感染時のクロマチン局在制御を司る新規因子を見出した。本研究では新規因子、およびLamin A/Cを同時解析し、HSV感染時のクロマチン局在制御の分子機構とHSV増殖への影響解明を試みる。

研究実績の概要

単純ヘルペスウイルス（HSV）に感染した細胞の核は、非感染時と比較して肥大することが知られている。今年度、我々は共焦点顕微鏡と3D画像解析ソフトを併用することで、HSV感染細胞の３D立体画像の構築とその解析系を新たに立ち上げ、HSV感染における核の体積、核ラミナ、宿主クロマチン、核内ウイルスタンパク質の時空間的変動を観察し、以下の結果を得た。1) HSV感染後の4、8、12、24時間後まで時間経過とともに核の体積が増加することが観察された。2）1）の結果と同様にHSV感染後から時間経過とともに、非感染細胞において核全体に存在する宿主クロマチンが、最終的に核の辺縁に局在することが明らかになった。3）さらに、核内膜直下に存在する核ラミナを構成するタンパク質であるLamin A/Cの存在しない領域が、HSV感染が進行するとともに増加した。4）また、HSV感染時、核内ウイルスタンパク質が感染進行に伴い、宿主クロマチンを押しのける様に核全体に散在することが観察された。5）最後にLamin A/Cまたは、核内膜タンパク質であるLamin B Receptorの2重欠損により、1）-4）の表現型が観察されず、HSV増殖が著しく抑制されることが明らかになった。これらの結果から、HSV感染により多種多様な核内コンパートメントがリモデリングされ、そのリモデリングがHSV増殖に重要であることが示唆された。

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

共焦点顕微鏡、および３D解析ソフトを用いて、HSV感染細胞の核を立体的かつ、詳細に把握することが可能となった。前年度に見出いだしたLaminA/CとLamin B ReceptorがHSV感染の核内リモデリングに必要であることを利用し、LaminA/CとLamin B Receptorの2重欠損細胞におけるHSV感染細胞核を立体的に把握することで、核内コンパートメントのリモデリングがHSV増殖に重要であることが新たに示唆された。以上のことからも本研究はおおむね順調に進行していると考えられる。

今後の研究の推進方策

今後は、HSV感染によって引き起こされるダイナミックな核内コンパートメントのリモデリングがどのように引き起こされているのか、そのメカニズム解明を試みる。具体的には、HSV感染時、核の大部分を占める特定のウイルスタンパク質に蛍光タンパク質を挿入した融合蛋白質を発現する組換えHSVを作出する。本組換えウイルスを利用することで、HSV感染細胞における、核の体積、クロマチン、ウイルスタンパク質の時空間的動態を把握する。さらに、CRISPR/Cas9システムを用い、HSV感染時の核内クロマチンの変化を解析することにより、核内コンパートメントのリモデリングに関与する宿主因子の同定を試みる。

研究成果

• [雑誌論文] MYBBP1A is required for efficient replication and gene expression of herpes simplex virus 1 (2024)
  • 著者名/発表者名: Nobe Moeka、Maruzuru Yuhei、Takeshima Kosuke、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Kawaguchi Yasushi
  • 雑誌名: Microbiology and Immunology 巻: 68 号: 4 ページ: 148-154
  • DOI: 10.1111/1348-0421.13120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dual impacts of a glycan shield on the envelope glycoprotein B of HSV-1: evasion from human antibodies <i>in vivo</i> and neurovirulence (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukui Ayano、Maruzuru Yuhei、Ohno Shiho、Nobe Moeka、Iwata Shuji、Takeshima Kosuke、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Kitazume Shinobu、Yamaguchi Yoshiki、Kawaguchi Yasushi
  • 雑誌名: mBio 巻: 14 ページ: 992-1023
  • DOI: 10.1128/mbio.00992-23
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Establishment of a system to quantify wild‐type herpes simplex virus-induced cell-cell fusion reveals a role of N‐glycosylation of HSV‐1 envelope glycoprotein B in cell?cell fusion (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukui Ayano、Maruzuru Yuhei、Takeshima Kosuke、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Kawaguchi Yasushi
  • 雑誌名: Microbiology and Immunology 巻: 67 号: 3 ページ: 114-119
  • DOI: 10.1111/1348-0421.13050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Redundant and Specific Roles of A-Type Lamins and Lamin B Receptor in Herpes Simplex Virus 1 Infection (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeshima Kosuke、Maruzuru Yuhei、Koyanagi Naoto、Kato Akihisa、Kawaguchi Yasushi
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 96 号: 24
  • DOI: 10.1128/jvi.01429-22
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of the orphan transporter SLC35E1 in the nuclear egress of herpes simplex virus 1 (2022)
  • 著者名/発表者名: Fumio Maeda, Akihisa Kato, Kosuke Takeshima, Misato Shibazaki, Ryota Sato, Takuma Shibata, Kensuke Miyake, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Eigo Shimizu, Seiya Imoto, Satoru Miyano, Shungo Adachi, Tohru Natsume, Koh Takeuchi, Yuhei Maruzuru, Naoto Koyanagi, Jun Arii, Yasushi Kawaguchi
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: - 号: 10 ページ: 10-10
  • DOI: 10.1128/jvi.00306-22
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] HSV-1 感染における Lamin A/C、および LBR の重複した役割と Lamin A/C 特異的な役割の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 竹島功高
  • 学会等名: 第36回ヘルペスウイルス研究会
• [学会発表] A-type Lamins and the Lamin B receptor Play Redundant and Specific Roles in Herpes SimplexVirus 1 Infection (2023)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Takeshima
  • 学会等名: International Herpesvirus Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Lamin A/Cは単純ヘルペスウイルス1型のウイルス増殖を制御する (2022)
  • 著者名/発表者名: 竹島功高
  • 学会等名: ヘルペスウイルス研究会
• [学会発表] HeLa細胞における単純ヘルペスウイルス1型のウイルス増殖に関与するLamin A/Cの役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 竹島功高
  • 学会等名: ウイルス学会
• [備考] 東京大学医科学研究所 感染・免疫部門 ウイルス病態制御分野
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/Kawaguchi-lab/publications.html