ウイルスー宿主攻防の数理科学解析

2016 年度 実績報告書

• 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: 24115008
• 研究機関: 総合研究大学院大学
• 研究代表者: 佐々木 顕 総合研究大学院大学, 先導科学研究科, 教授 (90211937)
• 研究分担者: 小柳 義夫 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (80215417)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: A3H多型 / Vif多型 / 感染実験 / R0中心性 / 感染部位ネットワーク / トロピズム / HIV / 宿主内感染ダイナミクス

研究実績の概要

抗原進化ダイナミクスのモデル化に関しては宿主免疫をエスケープする突然変異体の流行と宿主免疫獲得の連鎖を確率過程で表すことにより、流行型の年次変化幅、抗原空間における進化軌道の直進性、進路の角度分布についての理論的な結果を得た。

また、宿主内の複数の組織で増殖する能力をもつウイルスの動態を、それぞれの組織での増殖と、ウイルス粒子の組織間移動を取り入れたモデルとして解析した。宿主体内の多数の部位が複雑な移動経路でつながったネットワーク上で増殖するウイルスについて、その挙動や治療の効果を探るのは困難と思われてきたが、R0中心性の概念(Yashima and Sasaki 2016)と摂動展開を用いることにより、病原体が最も高い増殖率をもつ部位だけに集中的に介入する戦略が極めて有効であり、それ以外の部位への対策はほとんど効果がないこと等を解析的に明らかにした。

HIVに対する宿主防御因子APOBEC3 (A3)ファミリーのひとつであるA3H遺伝子には7つの遺伝子多型があるが、その形質は安定発現型（A3H+）と不安定型（A3H-）に大別され、A3H+は一部のHIV Vifに耐性を示す。一方、APOBEC3による抗ウイルス効果を相殺する機能を持つウイルスタンパク質であるVifは、A3H+を拮抗阻害できるHyper-Vifと、拮抗阻害できないhypo-Vifに大別され、その機能は39, 48番目のアミノ酸残基で規定されている。そこで、A3H多型とVif多型の進化的なダイナミズムを探るため、ヒト血液幹細胞移植マウスに野生型及びvif変異HIV-1の感染実験を行い、遺伝子多型解析を行った。その結果、A3H+は生体内HIV増殖を制御する宿主防御因子であること、A3H+存在下においてはHyper-Vifの機能が必須であることがわかった（Nakano et al, in prep）。

現在までの達成度 (段落)

28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

28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] Partitioning light spectra: adaptive stratification of phytobenthic communities in Antarctic lakes (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki A, and Mizuno A
  • 雑誌名: J Theor Biol 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2017.04.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional mutations in spike glycoprotein of Zaire ebolavirus associated with an increase in infection efficiency. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ueda MT, Kurosaki Y, Izumi T, Nakano Y, Oloniniyi OK, Yasuda J, Koyanagi Y, Sato K, Nakagawa S.
  • 雑誌名: Genes Cells. 巻: 22 ページ: 148-159
  • DOI: 10.1111/gtc.12463
  • 査読あり
• [雑誌論文] Feline immunodeficiency virus evolutionarily acquires two proteins, Vif and protease, capable of antagonizing feline APOBEC3. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa R, Takeuchi J, Yamada E, Nakano Y, Misawa N, Kimura Y, Ren F, Miyazawa T, Koyanagi Y, Sato K.
  • 雑誌名: J Virol 巻: JVI.00250-17 ページ: -
  • DOI: 10.1128/JVI.00250-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Various plus unique: Viral protein U as a plurifunctional protein for HIV-1 replication (2017)
  • 著者名/発表者名: Soper A, Juarez-Fernandez G, Aso H, Moriwaki M, Yamada E, Nakano Y, Koyanagi Y, Sato K.
  • 雑誌名: Exp Biol Med 巻: 242 ページ: 850-858
  • DOI: 10.1177/1535370217697384
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] HIV-1 competition experiments in humanized mice show that APOBEC3H imposes selective pressure and promotes virus adaptation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakano Y, Misawa N, Juarez-Fernandez G, Moriwaki M, Nakaoka S, Funo T, Yamada E, Soper A, Yoshikawa R, Ebrahimi D, Tachiki Y, Iwami S, Harris RS, Koyanagi Y, Sato K.
  • 雑誌名: PLoS Pathogens 巻: in press ページ: -
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A conflict of interest: the evolutionary arms race between mammalian APOBEC3 and lentiviral Vif (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakano Y, Aso H, Soper A, Yamada E, Moriwaki M, Juarez-Fernandez G, Koyanagi Y, Sato K,
  • 雑誌名: Retrovirology 巻: in press ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spotting epidemic keystones by R0 sensitivity analysis: High-risk stations in the Tokyo metropolitan area (2016)
  • 著者名/発表者名: Yashima K, and Sasaki A
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 11:e0162406 ページ: -
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0162406
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evolutionary branching under multi-dimensional evolutionary constraints (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito H, and Sasaki A
  • 雑誌名: J Theor Biol 巻: 407 ページ: 409-428
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2016.07.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Beyond pairs: Definition and interpretation of third-order structure in spatial point patterns (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaito C, Dieckmann U, Sasaki A, and Takasu F
  • 雑誌名: J Theor Biol 巻: 372 ページ: 22-38
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2015.02.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization of RyDEN (C19orf66) as an interferon-stimulated cellular inhibitor against dengue virus replication. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Y, Chin WX, Han QE, Ichiyama K, Lee CH, Eyo WZ, Ebina E, Takahashi H, Takahashi C, Tan BH, Hishiki T, Ohba K, Matsuyama T, Koyanagi Y, Tan YJ, Sawasaki T, Chu JJH, Vasudevan SG, Sano K, Yamamoto N.
  • 雑誌名: PLoS Pathogens 巻: 12:e1005357 ページ: -
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1005357
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Perspectives of genome-editing technologies 1 for HIV therapy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ebina H, Gee P, Koyanagi Y
  • 雑誌名: Curr HIV Res 巻: 14 ページ: 2-8
  • DOI: 10.2174/1570162X13666150807105718
  • 査読あり
• [雑誌論文] Species-specific differences in the ability of feline lentiviral Vif to degrade feline APOBEC3 proteins. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa R, Nakano Y, Yamada E, Izumi T, Misawa N, Koyanagi Y, Sato K.
  • 雑誌名: Microbiol Immunol 巻: 60 ページ: 272-279
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12371
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantifying the effect of Vpu on the promotion of HIV-1 replication in the humanized mouse model. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ikeda H, Nakaoka S, de Boer RJ, Morita S, Misawa N, Koyanagi Y, Aihara K, Sato K, Iwami S
  • 雑誌名: Retrovirology 巻: 13 ページ: 23
  • DOI: 10.1186/s12977-016-0252-2
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Small ruminant lentiviral Vif proteins commonly utilize cyclophilin A, an evolutionary and structurally conserved protein, to degrade ovine and caprine APOBEC3 proteins (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa R, Izumi T, Nakano Y, Yamada E, Moriwaki M, Misawa N, Ren F, Kobayashi T, Koyanagi Y, Sato K.
  • 雑誌名: Microbiol Immunol 巻: 60 ページ: 427-436
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12387.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insufficient anti-HIV-1 potency of the CRISPR/Cas9 system for full viral replication. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ueda S, Hirotaka Ebina H, Kanemura Y, Misawa N, Koyanagi Y,
  • 雑誌名: Microbiol Immunol 巻: 60 ページ: 483-496
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12395
  • 査読あり
• [雑誌論文] APOBEC3 proteins can copackage and comutate HIV-1 genomes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Desimmie BA, Burdick RC, Izumi T, Doi H, Shao W, Alvord WG, Sato K, Koyanagi Y, Jones S, Wilson E, Hill S, Maldarelli F, Hu WS, Pathak VK.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 44: ページ: 7848-7865
  • DOI: 10.1093/nar/gkw653
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Association of lymph-node antigens with lower Gag-specific central-memory and higher Env-specific effector-memory CD8(+) T-cell frequencies in a macaque AIDS model. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishii H, Matsuoka S, Nomura T, Nakamura M, Shiino T, Sato Y, Iwata-Yoshikawa N, Hasegawa H, Mizuta K, Sakawaki H, Miura T, Koyanagi Y, Naruse TK, Kimura A, Matano T.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 6:30153 ページ: -
  • DOI: 10.1038/srep30153
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A naturally occurring bovine APOBEC3 confers resistance to bovine lentiviruses: implication for the co-evolution of bovids and their lentiviruses. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamada E, Yoshikawa R, Nakano Y, Misawa N, Kobayashi T, Ren F, Izumi T, Miyazawa T, Koyanagi Y, Sato K.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6:33988 ページ: -
  • DOI: 10.1038/srep33988
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Impact of endogenous APOBEC3H haplotypes on HIV-1 replication in vivo (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakano, Y., Moriwaki, M., Juarez-Fernandez, G., Yoshikawa, R., Yamada, E., Soper, A., Misawa, N., Sato, K. and Koyanagi, Y.
  • 学会等名: 64th Annual Meeting of the Japanese Society for Virology
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2016-10-23
• [学会発表] Investigation of the interplay between cellular proteins and HIV-1-encoding proteins using humanized mouse model (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato, K.
  • 学会等名: The 15th Awaji International Forum on Infection and Immunity
  • 発表場所: Awaji
  • 年月日: 2016-09-08
• [学会発表] HIV-1 quickly overcomes anti-viral activity of APOBEC3H in vivo (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakano, Y., Moriwaki, M., Juarez-Fernandez, G., Yoshikawa, R., Yamada, E., Soper, A., Misawa, N., Sato, K. and Koyanagi, Y.
  • 学会等名: The 15th Awaji International Forum on Infection and Immunity
  • 発表場所: Awaji
  • 年月日: 2016-09-08
• [学会発表] Evolution of global and local viral infection in the structured SIS model. (2016)
  • 著者名/発表者名: Koichi Saeki and Akira Sasaki
  • 学会等名: The 26th annual meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: Kyushu University, Fukuoka
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-09
• [学会発表] Resampling after discrimination destabilizes mutualism (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Uchiumi, Hisashi Ohtsuki, and Akira Sasaki
  • 学会等名: The 26th annual meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: Kyushu University, Fukuoka
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-09
• [学会発表] A Bayesian updating model for the antigenic escapes of influenza virus subtypes (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira Sasaki
  • 学会等名: The 26th annual meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: Kyushu University, Fukuoka
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-09
• [学会発表] Evolution of vertical transmission of symbionts by reducing the rate of cell division (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Uchiumi, Hisashi Ohtsuki, and Akira Sasaki
  • 学会等名: The 26th annual meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: Kyushu University, Fukuoka
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-09
• [学会発表] Network centrality measure based on sensitivity analysis of the basic reproductive ratio (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenta Yashima and Akira Sasaki
  • 学会等名: The 26th annual meeting of the Japanese Society for Mathematical Biology
  • 発表場所: Kyushu University, Fukuoka
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-09
• [学会発表] Hosts end up destabilizing horizontally transmitted mutualism by resampling new symbionts after discrimination (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Uchiumi, Hisashi Ohtsuki, Akira Sasaki
  • 学会等名: 10th European Conference on Mathematical & Theoretical Biology and SMB Annual Meeting
  • 発表場所: University of Nottingham, Nottingham, UK
  • 年月日: 2016-07-11 – 2016-07-15
  • 国際学会
• [図書] 「感染症の生態学」第22章 ヒトのインフルエンザ (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 顕
  • 総ページ数: pp286-296
  • 出版者: 共立出版
• [図書] 「感染症の生態学」第10章 病原生物と宿主の進化． (2016)
  • 著者名/発表者名: 加茂将史・佐々木 顕
  • 総ページ数: pp132-156
  • 出版者: 共立出版