デジタルウイルス増殖機構の解析

• 研究領域: シンギュラリティ生物学
• 研究課題/領域番号: 21H00417
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 丸鶴 雄平 東京大学, 医科学研究所, 助教 (50825750)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: HSV / ウイルス

研究開始時の研究の概要

研究代表者は独自の手法により感染細胞におけるウイルス蛋白質の量とその細胞におけるウイルス粒子数を同時に解析することで、感染細胞のウイルス蛋白質量には感染性ウイルス粒子の産生が爆発的に増加する特異点が存在することを見出した。本研究はウイルス蛋白質量が特異点を超え、ウイルス産生量が爆発的に増加する現象を「ウイルス産生のビッグバン」、感染初期にウイルス産生のビッグバンを迎える細胞をウイルス感染の「シンギュラリティ細胞」と定義し、シンギュラリティ細胞の発生原理や、シンギュラリティ細胞を起点としたウイルス産生細胞の拡大原理を解析する。

研究実績の概要

ウイルスは宿主細胞に侵入後、宿主遺伝子発現機構をハイジャックし、ウイルス粒子を構成する蛋白質群を発現する。これらの蛋白質群は細胞内で集合し、巨大な蛋白質複合体であるウイルス粒子を形成する為、細胞内のウイルス粒子数はウイルス蛋白質量に依存することが考えられるが、この関係性の定量的な解析は未着手である。この課題に取り組む為には感染細胞におけるウイルス蛋白質の量と、その細胞における感染性ウイルス粒子数を同時に解析する実験系の確立が必要であったが、我々は単純ヘルペスウイルス(HSV)の組み換え技術を駆使することで、この系の確立に成功した。昨年度までに、感染細胞における感染性ウイルス粒子数は細胞のウイルス蛋白質量が少ない範囲では増加しないが、ある値を超えると劇的に増加することが明らかになった。言い換えれば、感染細胞のウイルス蛋白質量には感染性ウイルス粒子の産生が爆発的に増加する特異点(シンギュラリティ)が存在することになる。また、ウイルス蛋白質量が特異点を超えた細胞の割合は、感染初期では集団の1%以下であったが時間経過と共に増加していた。従って、感染細胞はウイルス産生の“ON”と“OFF”の状態が明確に区別可能であり、ウイルス増殖は「ウイルス産生がONとなった細胞数が増加するデジタルな現象」と捉え直すことができる。令和4年度はHSV感染細胞のscRNA-seq解析によって、HSV感染細胞におけるウイルス産生の“ON”と“OFF”の運命に関与する宿主因子の同定に至った。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4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] 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] 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
• [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 Arginine Cluster in the Disordered Domain of Herpes Simplex Virus 1 UL34 for the Recruitment of ESCRT-III for Viral Primary Envelopment (2022)
  • 著者名/発表者名: Arii Jun、Takeshima Kosuke、Maruzuru Yuhei、Koyanagi Naoto、Nakayama Yoshitaka、Kato Akihisa、Mori Yasuko、Kawaguchi Yasushi
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 96 号: 2
  • DOI: 10.1128/jvi.01704-21
  • 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: F. Maeda, A. Kato, K. Takeshima, M. Shibazaki, R. Sato, T. Shibata, K. Miyake, H. Kozuka-Hata, M. Oyama, E. Shimizu, S. Imoto, S. Miyano, S. Adachi, T. Natsume, K. Takeuchi, Y. Maruzuru, N. Koyanagi, J. Arii, Y. Kawaguchi.
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: -
  • 査読あり
• [学会発表] 単純ヘルペスウイルスVP22によるAIM2インフラマソーム阻害機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 丸鶴 雄平、小栁 直人、加藤 哲久、川口 寧
  • 学会等名: 第34回ヘルペスウイルス研究会
• [学会発表] 単純ヘルペスウイルスVP22のDNA結合能はウイルス感染によって誘導されるAIM2 inflammasome活性化からの回避に必須である (2021)
  • 著者名/発表者名: 丸鶴 雄平、小栁 直人、加藤 哲久、川口 寧
  • 学会等名: 第68回日本ウイルス学会学術集会