インフルエンザウイルス感染におけるシンギュラリティ

• 研究領域: シンギュラリティ生物学
• 研究課題/領域番号: 19H05411
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大場 雄介 北海道大学, 医学研究院, 教授 (30333503)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2020年度)
• 配分額: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2019年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
• キーワード: インフルエンザウイルス / シンギュラリティ

研究開始時の研究の概要

医学が大幅に進歩した現在においても、ウイルス感染症は人類が対策を怠ることができない疾病である。我々は、ウイルス粒子数を厳密に制御して感染実験を行う手法を開発し、1細胞あたりに暴露されるウイルス粒子数が20個以上と20個未満の場合で感染時に生じる宿主細胞の応答が劇的に変化することを明らかにした。本研究では、この20個/宿主細胞がウイルス感染における「特異点」、この数値を境に細胞応答の変化を「ウイルス感染のシンギュラリティ現象」と定義し、「ウイルス感染初期段階におけるシンギュラリティ細胞の役割と現実世界での感染様式」を解明する。

研究実績の概要

我々はこれまでに、カルシウムチャネルがインフルエンザウイルス感染の鍵となる受容体であることを報告している。また、一部の細胞株においては、どんなに高力価のウイルスを暴露しても、感染効率は60~70%程度にとどまることを見出している。すなわち、細胞種依存的にウイルス感染のheterogeneityが存在する。興味深いことに、カルシウム チャネルがこのheterogeneityに関与することを示唆することが明らかになった（論文投稿準備中）。一方で、細胞に暴露するウイルスの感染価を下げても、感染細胞数決して0にならない。またこの時認められる感染細胞数は、カルシウムチャネル阻害薬によって変化しない。つまり、ある点を境に感染モードがカルシウムイオン非依存性からカルシウムイオン依存性にシフトする「特異点」があることを明らかにした。加えてこれらの現象を、ウイルス粒子を精密測定した上で実行することより、特異点はウイルスの粒子数により決定され、その数20個であることが判明した。すなわち、インフルエンザウイルス感染には粒子によるシンギュラリティ現象が存在することが明らかになった。
次に、特異点を乗り越えるメカニズムが何であるかを明らかにするために、広視野カルシウムイメージングを行った。その結果、カルシウムシグナル自身がカルシウムイオン非依存性からカルシウムイオン依存性へとシフトするキューであることが明らかになった。ウイルス感染が生じた細胞を起点にカルシウム伝播が生じるとカルシウムイオン依存性に感染が生じやすくなる「感染場」のようなものが形成され、その伝播の波をトレースするように、インフルエンザウイルス感染が拡大する。この感染拡大は我々が開発した感染レポーターにより追跡した。
これらの研究に加えて、ウイルス感染モードのシンギュラリティ現象について、SARS-CoV-2を用いた実験も展開中である。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] An Antiviral Drug Screening Platform with a FRET Biosensor for Measurement of Arenavirus Z Assembly (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Mizutani, Y. Ohba, S. Mizuta, J. Yasuda and S. Urata.
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 45 号: 2 ページ: 155-163
  • DOI: 10.1247/csf.20030
  • NAID: 130007961120
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A phospho-switch controls RNF43-mediated degradation of Wnt receptors to suppress tumorigenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsukiyama Tadasuke、Zou Juqi、Kim Jihoon、Ogamino Shohei、Shino Yuki、Masuda Takamasa、Merenda Alessandra、Matsumoto Masaki、Fujioka Yoichiro、Hirose Tomonori、Terai Sayuri、Takahashi Hidehisa、Ishitani Tohru、Nakayama Keiichi I.、Ohba Yusuke、Koo Bon-Kyoung、Hatakeyama Shigetsugu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18257-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Calcium Wave Promotes Cell Extrusion (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Y、Narumi R、Akiyama R、Vitiello E、Shirai T、Tanimura N、Kuromiya K、Ishikawa S、Kajita M、Tada M、Haraoka Y、Akieda Y、 Ishitani T、Fujioka Y、Ohba Y、Yamada S、Hosokawa Y、Toyama Y、Matsui T、Fujita Y
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 号: 4 ページ: 670-681.e6
  • DOI: 10.1016/j.cub.2019.11.089
  • NAID: 120006960639
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Localization of BCR-ABL to Stress Granules Contributes to Its Oncogenic Function (2019)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Takeshi Kondo, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Hitoshi Sasajima, Maho Amano, Takanori Teshima, Yusuke Ohba
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 44 号: 2 ページ: 195-204
  • DOI: 10.1247/csf.19033
  • NAID: 130007775561
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Folding Latency of Fluorescent Proteins Affects the Mitochondrial Localization of Fusion Proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Sayaka Kashiwagi, Yoichiro Fujioka, Aya O. Satoh, Aiko Yoshida, Mari Fujioka, Prabha Nepal, Atsushi Tsuzuki, Ozora Aoki, Sarad Paudel, Hitoshi Sasajima, Yusuke Ohba
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 44 号: 2 ページ: 183-194
  • DOI: 10.1247/csf.19028
  • NAID: 130007775556
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of immortalized human tumor endothelial cells from renal cancer (2019)
  • 著者名/発表者名: Nako Maishi, Hiroshi Kikuchi, Masumi Sato, Hiroko Nagao-Kitamoto, Dorcas A. Annan, Shogo Baba, Takayuki Hojo, Misa Yanagiya, Yusuke Ohba, Genichiro Ishii, Kenkichi Masutomi, Nobuo Shinohara, Yasuhiro Hida, Kyoko Hida
  • 雑誌名: Int J Mol Sci 巻: 20 号: 18 ページ: 4595-4595
  • DOI: 10.3390/ijms20184595
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clinical efficacy and safety of first-line nilotinib therapy and evaluation of the clinical utility of the FRET-based drug sensitivity test. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kondo T, Fujioka M, Fujisawa S, Sato K, Tsuda M, Miyagishima T, Mori A, Iwasaki H, Kakinoki Y, Yamamoto S, Haseyama Y, Ando S, Shindo M, Ota S, Nishio M, Kurosawa M, Ohba Y, Teshima T, on behalf of the North Japan Hematology Study Group (NJHSG).
  • 雑誌名: International Journal of Hematology 巻: 110 号: 4 ページ: 482-489
  • DOI: 10.1007/s12185-019-02696-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ミトコンドリア-エンドソーム間相互作用によるエンドソーム成熟化促進機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤絢、藤岡容一朗、大場雄介
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] インフルエンザウイルスの宿主細胞における感染成立機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤岡容一朗,佐藤絢,吉田藍子,天野麻穂,皆川慶嘉,田端和仁,野地博行,大場雄介
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 蛍光タンパク質の成熟促進化はミトコンドリアマーカー本来の局在を阻害する (2020)
  • 著者名/発表者名: 柏木 彩花、藤岡 容一朗、佐藤 絢、吉田 藍子、藤岡 真理、Nepal Prabha、続木 惇、 青木 大空、Paudel Sarad、笹島 仁、大場 雄介
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
• [学会発表] Live-cell imaging and analysis of the plasma membrane dynamics during clathrin-mediated endocytosis by high-speed atomic force microscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: A. Yoshida、N . Sakai、N . Takahashi、S . H . Yoshimura、 Y . Ohba
  • 学会等名: ASCB|EMBO 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Functional Analysis of Mitochondria-endosome Interaction in the Regulation of Endocytosis (2019)
  • 著者名/発表者名: A. O. Satoh、Y .Fujioka、H. Sasajima、S . Paudel、A . Nanbo、Y . Ohba
  • 学会等名: ASCB|EMBO 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Irs4 Mediates Egf-dependentUpregulation of Endocytosis through the Recruitment of Ras-pi3k Complex to the Endosome. (2019)
  • 著者名/発表者名: M . Amano、Y. Fujioka、A . O . Satoh、K. Horiuchi、A . Yoshida、H. Sasajima、C . Obuse、 Y. Ohba
  • 学会等名: ASCB|EMBO 2019
  • 国際学会
• [学会発表] インフルエンザウイルス粒子の細胞取り込み機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤岡 容一朗、佐藤 絢、吉田 藍子、笹島 仁、Sarad Paudel、皆川 慶嘉、田端 和仁、野地 博行、大場 雄介
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] IRS4はRas ‐ PI3K複合体のエンドソーム局在化を介して依存性エンドサイトーシスを制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 天野 麻穂、藤岡 容一朗、佐藤 絢、堀内 浩水、吉田 藍子、笹島 仁、小布施 力史、大場 雄介
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Probing in vivo dynamics of plasma membrane during clathrin-mediated endocytosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Aiko Yoshida、Nobuaki Sakai、Naoki Takahashi、Shige H. Yoshimura、Yusuke Ohba
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 電位依存性Ca2+チャネルはシアル酸化依存的にA型インフルエンザヘマグルチニンと結合し宿主細胞へのウイルス粒子の取り込みを制御する (2019)
  • 著者名/発表者名: 大場雄介
  • 学会等名: 第92回日本生化学会学会
  • 招待講演
• [学会発表] クラスリン依存性エンドサイトーシスに伴う細胞膜動態のライブセル可視化解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田藍子、大場雄介
  • 学会等名: 第92回日本生化学会学会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞膜動態のcorrelative imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: 大場雄介
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡によるエンドサイトーシスに伴う細胞膜の形状変化の ライブセルイメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田 藍子、酒井 信明、 高橋 直希、吉村 成弘、 大場 雄介
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会
• [学会発表] ミトコンドリアポアタンパク質を介したミトコンドリア _ エンドソーム間 相互作用によるエンドサイトーシス制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 絢、藤岡 容一朗、笹島 仁、 南保 明日香、大場 雄介
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会
• [学会発表] 蛍光タンパク質の成熟促進化はオルガネラマーカー本来の局在を阻害する (2019)
  • 著者名/発表者名: 柏木 彩花、藤岡 容一朗、 笹島 仁、大場 雄介
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会
• [学会発表] Ras-PI3Kシグナルによるエンドサイトーシスの制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大場雄介
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会
• [備考] 細胞生理学教室-北海道大学大学院医学研究院・医学院
  • URL: http://cp.med.hokudai.ac.jp