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RNAウイルスの進化的脆弱性に関する研究

公募研究

研究領域ウイルス感染現象における宿主細胞コンピテンシーの分子基盤
研究課題/領域番号 25115519
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 生物系
研究機関国立感染症研究所

研究代表者

佐藤 裕徳  国立感染症研究所, 病原体ゲノム解析研究センター, 室長 (80260272)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワードRNAウイルス / ランダム行列理論 / 分子動力学 / ノロウイルスカプシド / ヒト免疫不全ウイルスエンベロ-プ / 変化の秩序 / カプシド蛋白質 / 変化の制約 / 免疫学的弱点 / 情報科学
研究実績の概要

ウイルス粒子の最外殻を構成する外被蛋白質は、宿主免疫との攻防に曝され、常時変化する。その際、ウイルスの存続に必須の蛋白質機能を維持する必要があり、無秩序な変化は許されない。しかし、変化の秩序を司る原理はほとんどわかっていない。本研究では、この制御原理の解明を目的とした。研究成果は、ウイルスの高度可変蛋白質の進化上の弱点や進化の方向性のより良い理解に繋がり、感染症対策研究の基盤を提供する。
(1)ノロウイルスカプシドの変化の秩序:公共データベース由来のカプシド全長配列(n=930)のアライメントより相互相関行列を構築し、ランダム行列理論によりノイズを除去することで、“必然的に”共変異している部位(セクタ)を推定した。カプシドには4つのセクタが存在し、カプシドの機能領域(血液型抗原結合部位周辺、および二量体境界面)に位置することがわかった。セクタにはエピトープが含まれることから、抗体の標的となるアミノ酸残基は、機能的ネットワークを構成し、他の特定部位と共変異する必要があることがわかった。
(2)ヒト免疫不全ウイルスエンベロ-プgp120の変化の秩序:Gp120の全長構造モデルを構築し、分子動力学計算によりアミノ酸残基の溶液中の揺らぎの相互相関行列を構築し、ランダム行列理論によりノイズを除去することで、“必然的に”連動する部位(セクタ)を推定した。Gp120には3つのセクタが存在し、機能領域を連結する未報告のアロステリックパスが存在することがわかった。
以上、数理科学の理論とコンピュータ科学を取り入れて、蛋白質の機能を維持しながら秩序だった変化を行うためのアミノ酸ネットワークを包括的に予測した。今後、セクタの生物学的機能を実験で、物理化学的機能をコンピュータ科学で検証する予定でいる。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (8件)

  • [雑誌論文] Tertiary mutations stabilize CD8+ T lymphocyte escape-associated compensatory mutations following transmission of simian immunodeficiency virus2014

    • 著者名/発表者名
      Benjamin J. Burwitz, Helen L. Wu, Jason S. Reed, Katherine B. Hammond, Laura P. Newman, Benjamin N. Bimber, Francesca A. Nimiyongskul, Enrique J. Leon, Nicholas J. Maness, Thomas C. Friedrich, Masaru Yokoyama, Hironori Sato, Tetsuro Matano, David H. O’Connor, and Jonah B. Sacha
    • 雑誌名

      J. Virol.

      巻: 88 号: 6 ページ: 3598-3604

    • DOI

      10.1128/jvi.03304-13

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation of rhesus macaque-tropic HIV-1 clones that are resistant to major anti-HIV-1 restriction factors2013

    • 著者名/発表者名
      Nomaguchi M, Yokoyama M, Kono K, Nakayama EE, Shioda T, Doi N, Fujiwara S, Saito A, Akari H, Miyakawa K, Ryo A, Ode H, Iwatani Y, Miura T, Igarashi T, Sato H, Adachi A
    • 雑誌名

      J Virol

      巻: 87(21) 号: 21 ページ: 11447-11461

    • DOI

      10.1128/jvi.01549-13

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Genomics and computational science for virus research2013

    • 著者名/発表者名
      Sato H, Yokoyama M, Toh H
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 4 ページ: 42-42

    • DOI

      10.3389/fmicb.2013.00042

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conformational epitope consisting of the V3 and V4 loops as a target for potent and broad neutralization of simian immunodeficiency viruses.2013

    • 著者名/発表者名
      Kuwata T
    • 雑誌名

      J Virol.

      巻: in press 号: 10 ページ: 933-943

    • DOI

      10.1128/jvi.00201-13

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] HIV-1 gp120における中和逃避ためのアロステリックパス2014

    • 著者名/発表者名
      横山勝、佐藤裕徳
    • 学会等名
      第28回日本エイズ学会学術集会・総会
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2014-12-03 – 2014-12-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ランダム行列理論によるHIV gp120の動的性質の解析2014

    • 著者名/発表者名
      横山勝、佐藤裕徳
    • 学会等名
      第37回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-11-25 – 2014-11-27
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] ノロウイルスGII.4カプシドにおける共変異部位の推定2014

    • 著者名/発表者名
      横山勝、中村浩美、佐藤裕徳
    • 学会等名
      第62回日本ウイルス学会学術集会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-11-10 – 2014-11-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Strong constraints on changes in capsid protein of norovirus pandemic lineage GII.4_2006b after the onset of outbreaks2014

    • 著者名/発表者名
      Sato H, Yokoyama M, Nakamura H, Motomura K.
    • 学会等名
      XVI International Congress of Virology (The IUMS 2014)
    • 発表場所
      Montreal , Canada
    • 年月日
      2014-07-27 – 2014-08-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Structural dynamics and correlated motions of HIV-1 gp120 revealed by molecular dynamics simulation2014

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama M and Sato H
    • 学会等名
      XVI International Congress of Virology (The IUMS 2014)
    • 発表場所
      Montreal , Canada
    • 年月日
      2014-07-27 – 2014-08-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Selective constraints on changes of a norovirus pandemic lineage GII.4_2006b2013

    • 著者名/発表者名
      Sato H, Yokoyama M, Motomura K, Nakamura H, Oka T, Katayama K, Takeda N, Noda M, Tanaka T, and the Norovirus Surveillance Group of Japan
    • 学会等名
      The Fifth International Calicivirus Conference
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ノロウイルスGII.4_2006bのカプシドと酵素に働くアミノ酸変化の制約2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤裕徳、横山勝、本村和嗣、中村浩美、岡智一郎、片山和彦、武田直和、野田衛、田中智之
    • 学会等名
      第61回日本ウイルス学会学術集会
    • 発表場所
      神戸
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] V1/V2によるHIV-1 gp120のゆらぎに与える影響2013

    • 著者名/発表者名
      横山勝、佐藤裕徳
    • 学会等名
      第36回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      神戸
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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