四量体分泌型IgA抗体を用いた抗ウイルス抗体医薬開発のための基盤研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03500
• 研究機関: 国立感染症研究所
• 研究代表者: 鈴木 忠樹 国立感染症研究所, 感染病理部, 部長 (30527180)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 四量体分泌型IgA抗体 / 抗ウイルス抗体 / 抗体医薬

研究実績の概要

四量体SIgAはIgGや単量体IgAより機能活性が高いことが明らかになっている。我々はモノクローナルIgGの可変領域配列以外の定常領域をIgAの フレームに置き換えることにより、モノクローナル抗体の抗原認識部位を保持しつつIgAに変換し、それらの抗体を人為的に分泌型化と四量体 化させたモノクローナル四量体SIgAを作製する技術を開発した。この四量体SIgAを抗体医薬として作製することができれば、ウイルス変異に耐性の高い抗ウイルス薬の開発が可能と考えられるが、そのためには四量体SIgAの感染抑制機構の詳細な理解が必要である。そこで、本研究では 、四量体SIgA分子構造解析による四量体SIgA形成機構の解明を目指すとともに、インフルエンザウイルスもしくはSARS-CoV-2に対する様々な四量体SIgAを作製し、四量体SIgAのウイルス感染抑制機構を解明することを目的としている。今年度は、SARS-CoV-2に対する四量体SIgAを作製し、その機能解析を行った。SARS-CoV-2中和抗体の多くは スパイク(S)タンパク質を標的とする。そこで、SARS-CoV-2 Sタンパク質上のエピトープの違いにより５種類に分類される7つのクローン由来のヒト組み換えモノクローナル抗SARS-CoV-2 Sタンパク質SIgAを作製した。その結果、7つのクローン全てにおいて、SIgAは単量体IgG／IgAと比較して高い抗原結合活性および中和活性を示した。また、SIgAは単量体IgG／IgAと比較してSタンパク質からの結合解離速度が低下することが明らかになった。今後、SIgAの中和活性とエピトープの関係を明らかにしていく予定である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初は、クライオ電子顕微鏡解析を実施する予定であったが、SARS-CoV-2に対する抗体機能解析を優先させることにした。その研究の結果、SARS-CoV-2に対する四量体IgA抗体の作製に成功し、抗ウイルス活性の作用機序の解析を実施できた。インフルエンザウイルスとは異なる動態を示しており、ウイルス毎に多量体IgA抗体の意義が異なる可能性が考えられた。次年度はさらにSARS-CoV-2に対する研究を進めていくとともに四量体IgAの構造解析についても研究を進めていく予定である。また、今年度予定していたクライオ電子顕微鏡解析も進めていく予定である。

今後の研究の推進方策

タンパク質性状の理解には構造情報は非常に有用である。我々の解析により四量体SIgAは4つの重鎖と4つの軽鎖、1つのJ鎖、1つのSecretory Component (SC)から 成ることが明らかになっているが(PLoS Pathog. 2019)、それぞれのユニットがどのように結合し四量体を形成しているのかについては分かっていない。これまで に、四量体SIgAの構造を解析するため、分子構造の可動性の高いFabに相当する部分を欠損した変異体から成る四量体SIgA(IgAΔ)を作製しX線結晶構造解析を試み ているが、IgAΔの作製には成功しているもののX線結晶構造解析に適した結晶ができないことが明らかになった。一方、IgAと同じように多量体構造を呈するIgM は、これまで正五角形をしていると信じられていたが、実際には大きなギャップを持つ非対称で歪な五角形をしていることが、最近の電子顕微鏡解析により明ら かにされており(Sci Adv. 2018)、五量体IgMと同程度の大きさを有する四量体SIgAも同様の手法で原子レベルの構造情報が得られることが期待できる。今年度は、 クライオ電子顕微鏡解析用サンプルの合成とネガティブ染色検体の通常型電子顕微鏡による1次品質チェックを行い、クライオ電子顕微鏡解析に十分な品質のサン プル作製を行い、四量体SIgAの構造解析データ取得を行う予定であったが、SARS-CoV-2に対する抗体機能の解析を優先させたことから、次年度は、クライオ電子顕微鏡解析を優先して実施する。

研究成果

• [雑誌論文] Isolation of human monoclonal antibodies with neutralizing activity to a broad spectrum of SARS-CoV-2 viruses including the Omicron variants (2022)
  • 著者名/発表者名: Ueno M, Iwata-Yoshikawa N, Matsunaga A, Okamura T, Saito S, Ashida S, Yoshida I, Nagashima M, Asakura H, Yaoita Y, Suzuki J, Sadamasu K, Yoshimura K, Kutsuna S, Shiwa-Sudo N, Nagata N, Suzuki T, Suzuki A, Okamoto M, Kimura M, Ohmagari N, Miura R, Ishizaka Y
  • 雑誌名: Antiviral Research 巻: 201 ページ: 105297～105297
  • DOI: 10.1016/j.antiviral.2022.105297
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vaccination-infection interval determines cross-neutralization potency to SARS-CoV-2 Omicron after breakthrough infection by other variants (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto S, Arashiro T, Adachi Y, Moriyama S, Kinoshita H, Fukushi S, Takahashi Y, Suzuki T et al.
  • 雑誌名: Med 巻: 3 ページ: 249～261.e4
  • DOI: 10.1016/j.medj.2022.02.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure-Guided Creation of an Anti-HA Stalk Antibody F11 Derivative That Neutralizes Both F11-Sensitive and -Resistant Influenza A(H1N1)pdm09 Viruses (2021)
  • 著者名/発表者名: Kotani Osamu、Suzuki Yasushi、Saito Shinji、Ainai Akira、Ueno Akira、Hemmi Takuya、Sano Kaori、Tabata Koshiro、Yokoyama Masaru、Suzuki Tadaki、Hasegawa Hideki、Sato Hironori
  • 雑誌名: Viruses 巻: 13 ページ: 1733～1733
  • DOI: 10.3390/v13091733
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] SARS-CoV-2に対する多量体型IgA抗体の機能解析と経鼻ワクチン開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木忠樹
  • 学会等名: 日本薬学会第142年会
  • 招待講演