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ウイルスプロテアーゼのレドックス制御による抗ウイルス戦略の構築

研究課題

研究課題/領域番号 23K14341
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分47030:薬系衛生および生物化学関連
研究機関東北大学

研究代表者

鄭 ミン境  東北大学, 医学系研究科, 学術研究員 (00855760)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード超硫黄分子 / 抗ウイルス効果 / チオールプロテアーゼ / レドックス制御 / スパイクタンパク質 / 抗ウイルス / ポリスルフィド化タンパク質
研究開始時の研究の概要

超硫黄分子は生体内で豊富に生成され、レドックスシグナル制御活性や抗炎症作用など多彩な生理機能を発揮する。一方、新型コロナウイルスは、感染した宿主内で複製して増殖するには自身が有するチオールプロテアーゼが必須である。研究代表者は最近、超硫黄分子がSARS-CoV-2のチオールプロテアーゼを阻害して抗ウイルス活性を発揮することを見出した。さらに興味深いことに、生体内の殆どのタンパク質はポリスルフィド化(超硫黄化)しているのに対し、ウイルス性チオールプロテアーゼは超硫黄化してないことが判明した。本研究課題では、ウイルスプロテアーゼのレドックス制御による抗ウイルス戦略の構築に向けた基礎研究を行う。

研究実績の概要

研究代表者らはこれまで、超硫黄分子が生体内で豊富に生成され、レドックスシグナル制御活性や抗炎症作用など多彩な生理機能を発揮することを明らかにしてきた。一方、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)は、ウイルス自身のゲノムに2つのチオールプロテアーゼ(PLpro、3CLpro)を有し、これらのプロテアーゼに依存して宿主内で複製・増殖することが知られている。研究代表者は、超硫黄分子の一つであるグルタチオントリスルフィド(GSSSG)が、SARS-CoV-2チオールプロテアーゼ活性を強力に阻害することを見出した。また、生体内の殆どのタンパク質は超硫黄化しているのに対して、ウイルスチオールプロテアーゼは超硫黄化していないことを明らかにした。本研究課題では、ウイルス性プロテアーゼのレドックス制御による抗ウイルス戦略の構築に向けた基礎研究を行う。
当該年度の解析により、GSSSGのみならず、無機超硫黄分子(Na2S2、Na2S3、Na2S4)がウイルスチオールプロテアーゼの活性中心に結合して阻害活性を示す一方、生体内のチオールプロテアーゼであるカテプシンBに対しては、大きな阻害活性を示さないことを明らかにした。さらに、超硫黄分子によって阻害されたチオールプロテアーゼに還元剤を処理したところ、ウイルスプロテアーゼの活性は回復しなかった。従って、超硫黄分子はウイルスチオールプロテアーゼ選択的に強力な阻害活性を発揮することが示唆された。また、無機超硫黄分子はウイルス表面のスパイクタンパク質の構造維持に重要なジスルフィド結合を切断し、構造変化を引き起こすことで、本ウイルスの感染性を抑制する可能性が示唆された。以上のことから、超硫黄分子による抗ウイルスメカニズムは、今後レドックス制御による新規抗ウイルス戦略に貢献することが期待される。

現在までの達成度 (区分)
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

当該年度の研究実施計画に沿って、超硫黄分子によるウイルスチオールプロテアーゼ活性の阻害作用について解析を行った結果、GSSSGあるいは無機超硫黄分子がウイルスチオールプロテアーゼに対して強力な阻害活性を示すことを見出した。また、超硫黄分子によって阻害されたチオールプロテアーゼに還元剤を処理したところ、高度に超硫黄化されているカテプシンB(生体内チオールプロテアーゼ)やパパイン(植物チオールプロテアーゼ)は完全に活性が回復する一方、超硫黄化されていないウイルスチオールプロテアーゼの活性は回復しなかった。従って、チオールプロテアーゼの超硫黄化レベルが超硫黄分子による阻害の選択性に大きく寄与することが示唆された。さらに、超硫黄分子は、当初の想定を超えてウイルスのチオールプロテアーゼのみならず、スパイクタンパク質も標的にして抗ウイルス効果をもたらすことが明らかとなり、超硫黄分子によるSARS-CoV-2の抗ウイルスのメカニズム解明に関する知見を深めることができ、研究はおおむね順調に進展していると評価できる。

今後の研究の推進方策

感染細胞における超硫黄分子による抗ウイルス活性を解析するため、超硫黄分子の主な産生酵素であるミトコンドリア型システイニルtRNA合成酵素(CARS2)をノックダウンしたVeroE6/TMPRSS2細胞を作製してSARS-CoV-2を感染させた後、GSSSGあるいは無機超硫黄分子を処理する。その後、plaque assay又はRT-PCRを用いて超硫黄分子の抗ウイルス活性を評価する。また、最近研究代表者らは、呼気中に無機超硫黄分子が多く放出されることを見出した。そこで、本ウイルスを様々な超硫黄分子種と反応させた後、細胞に感染させてplaque assayを行うことで、呼気中に放出される超硫黄分子がウイルスの感染性を抑制かを検討する。
さらに、感染動物における超硫黄分子の抗ウイルス活性を解析するため、ヒトアンジオテンシン変換酵素2(ACE2)を発現するACE2トランスジェニックマウス(ACE2-Tgマウス)及びCARS2欠損ACE2-Tgマウスを作製し、本ウイルスを気管内感染させ、内因性超硫黄分子の影響について解析を行う。また、GSSSGの抗ウイルス効果を検討するため、SARS-CoV-2感染シリアンハムスターにGSSSGを投与し、体重変化・肺病変部の改善度について詳細に解析する。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 6件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] 2H-Thiopyran-2-thione sulfine, a compound for converting H2S to HSOH/H2S2 and increasing intracellular sulfane sulfur levels2024

    • 著者名/発表者名
      Cui Qi、Shieh Meg、Pan Tony W.、Nishimura Akiyuki、Matsunaga Tetsuro、Kelly Shane S.、Xu Shi、Jung Minkyung、Ogata Seiryo、Morita Masanobu、Yoshitake Jun、Chen Xiaoyan、Robinson Jerome R.、Qian Wei-Jun、Nishida Motohiro、Akaike Takaaki、Xian Ming
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 2453-2453

    • DOI

      10.1038/s41467-024-46652-7

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Longevity control by supersulfide-mediated mitochondrial respiration and regulation of protein quality2024

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Akira、Yoon Sunghyeon、Matsunaga Tetsuro、Ida Tomoaki、Jung Minkyung、Ogata Seiryo、Morita Masanobu、Yoshitake Jun、Unno Yuka、Barayeu Uladzimir、Takata Tsuyoshi、Takagi Hiroshi、Motohashi Hozumi、van der Vliet Albert、Akaike Takaaki
    • 雑誌名

      Redox Biology

      巻: 69 ページ: 103018-103018

    • DOI

      10.1016/j.redox.2023.103018

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Persulfide biosynthesis conserved evolutionarily in all organisms2023

    • 著者名/発表者名
      Ogata Seiryo、Matsunaga Tetsuro、Jung Minkyung、Barayeu Uladzimir、Morita Masanobu、Akaike Takaaki
    • 雑誌名

      Antioxidants Redox Signaling

      巻: 39 号: 13-15 ページ: 983-999

    • DOI

      10.1089/ars.2023.0405

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Supersulfide catalysis for nitric oxide and aldehyde metabolism2023

    • 著者名/発表者名
      Kasamatsu Shingo、Nishimura Akira、Alam Md. Morshedul、Morita Masanobu、Shimoda Kakeru、Matsunaga Tetsuro、Jung Minkyung、Ogata Seiryo、Barayeu Uladzimir、Ida Tomoaki、Nishida Motohiro、Nishimura Akiyuki、Motohashi Hozumi、Akaike Takaaki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 号: 33 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1126/sciadv.adg8631

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Supersulphides provide airway protection in viral and chronic lung diseases2023

    • 著者名/発表者名
      Matsunaga Tetsuro、Sano Hirohito、Takita Katsuya、Morita Masanobu、Yamanaka Shun、Ichikawa Tomohiro、Numakura Tadahisa、Ida Tomoaki、Jung Minkyung、Ogata Seiryo、Yoon Sunghyeon、Fujino Naoya、Kyogoku Yorihiko、Akaike Takaaki、et al.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 4476-4476

    • DOI

      10.1038/s41467-023-40182-4

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis of sulfides and persulfides is not impeded by disruption of three canonical enzymes in sulfur metabolism2023

    • 著者名/発表者名
      Zainol Abidin Qamarul Hafiz、Ida Tomoaki、Morita Masanobu、Matsunaga Tetsuro、Nishimura Akira、Jung Minkyung、Hassan Naim、Takata Tsuyoshi、Ishii Isao、Kruger Warren、Wang Rui、Motohashi Hozumi、Tsutsui Masato、Akaike Takaaki
    • 雑誌名

      Antioxidants

      巻: 12 号: 4 ページ: 868-868

    • DOI

      10.3390/antiox12040868

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 超硫黄分子によるウイルス感染制御2023

    • 著者名/発表者名
      Jung Minkyung、松永哲郎、緒方星陵、井田智章、守田匡伸、赤池孝章
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 超硫黄分子による抗ウイルス感染制御2023

    • 著者名/発表者名
      Jung Minkyung、松永哲郎、緒方星陵、井田智章、守田匡伸、赤池孝章
    • 学会等名
      第34回日本生体防御学会学術総会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 超硫黄分子による新型コロナウイルスの感染制御機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      Jung Minkyung、松永哲郎、緒方星陵、井田智章、Yoon Sunghyeon、守田匡伸、赤池孝章
    • 学会等名
      第75回日本細菌学会東北支部総会・学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 超硫黄分子による新型コロナウイルス感染に対する生体防御機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      Jung Minkyung、松永哲郎、緒方星陵、井田智章、Yoon Sunghyeon、海野雄加、守田匡伸、赤池孝章
    • 学会等名
      第76回日本酸化ストレス学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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