| 研究課題/領域番号 |
17K08069
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
五十嵐 学 北海道大学, 人獣共通感染症リサーチセンター, 准教授 (10374240)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | インフルエンザ / ウイルス / 抗体 / 分子動力学計算 / 分子モデリング / 分子間相互作用 / 親和性 / 結合自由エネルギー |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、計算機上で抗体の親和性・特異性を制御する手法の確立を目指している。具体的には、インフルエンザウイルスの表面糖蛋白質ヘマグルチニン（HA）と中和モノクローナル抗体S139/1との複合体構造をモデルに用いて、分子動力学（MD）シミュレーションから得られる結合自由エネルギーを指標に、HAに対する抗体の結合能を改変し、エスケープ変異株やより多くのHA亜型のウイルスを中和する抗体の設計を試みている。
これまで、A/Victoria/3/75 (H3N2)（Vic株）をS139/1存在下で培養すると、HA上158番目にアミノ酸置換を持つエスケープ変異株が分離されることを明らかにした。すなわち、S139/1はこのエスケープ変異株のHA（HA_vic158）と強く結合しない。そこでHA_vic158に対して、S139/1が再結合できるように結合能の改変を試みた。はじめにHA-S139/1複合体構造を基に、エスケープ変異による構造への影響を調べた。その結果、変異後の158番目の残基はS139/1のL鎖CDR3と物理的に衝突していた。この衝突を避けるため、公共データベースに登録されている抗体の構造からL鎖CDR3をすべて抽出した後、S139/1のL鎖CDR3領域に移植し、改変S139/1の分子モデルを計算機上で網羅的に構築した。これらの改変S139/1とHA_vic158との親和性を分子力学法により計算した結果、S139/1と野生型HAの親和性と同等の値を示す改変S139/1が複数存在した。これらのほとんどはS139/1のL鎖CDR3よりも短いアミノ酸配列であった。また最も高い親和性スコアを有した改変S139/1とHA_vic158との複合体に対して、MDシミュレーションを行い、結合自由エネルギーを解析した。この改変S139/1はHA_vic158に対して弱い結合しか示さなかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初は、HA_vic158とS139/1との結合構造を初期構造に分子シミュレーションを行い、親和性増強が期待されるS139/1側の残基位置およびアミノ酸を同定する戦略で研究を進めていた。しかしながら、実際研究を進めると、この戦略では所望する抗体の設計は難しいことが分かってきた。一方、上述したようにエスケープ変異による構造への影響を再度調べてみると、HA上の158番目の残基はアミノ酸置換によってS139/1のL鎖CDR3と物理的に大きく衝突することが分かった。そこで、L鎖CDR3をまるごと入れ替える方向に戦略を軌道修正した。さらに軌道修正した方法によって現在、分子モデリング、分子動力学シミュレーションと研究を進めていたが、想定以上にシミュレーションの時間がかかること、また思ったような結果が得られなかったことから、進捗状況としてはやや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述したようにシミュレーションの初期構造の構築ついて手法の見直を行った。また期待通りの結果が得られていないことから、再度プロトコルのブラッシュアップが必要である。したがって、本年度以降に行う予定の
(1)結合自由エネルギー計算を指標にした抗体の中和能の予測、
(2)中組換え抗体の作出とin vitroでの評価、
に関して当初の予定より若干遅れる可能性はあるが、申請書に従い研究を推進していく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由：当初予定していた方法を変更したこと、分子シミュレーションに要する時間が想定以上にかかってしまったことにより、抗体分子設計を開始する時期が遅れ、ソフトウェアの購入時期も遅れてしまった。これに伴い、成果が出るのも遅れ、旅費分も次年度の使用予定となった。
使用計画：当初の計画通り、抗体の分子設計を行うため、専用ソフトウェアを導入する。本年度は学会に参加し、成果発表も行う。
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