広範囲の抗ウイルス活性を示す宿主因子MARCH8の分子抑制機構の解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K07060
• 研究機関: 国立感染症研究所
• 研究代表者: 徳永 研三 国立感染症研究所, 感染病理部, 主任研究官 (50342895)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: MARCH8 / ウイルスエンベロープ糖蛋白質 / シュードウイルス / 抗ウイルス活性

研究実績の概要

本研究課題のMARCH8研究に関連して、これまでの我々を含め複数の研究グループによる報告を総括して執筆した総説がFEBS Journalの総説特別枠 “State-of-The-Art-Review” に掲載された（FEBS J. 2021）。更に前回（平成30年～令和2年度）の基盤研究（C）の研究成果をまとめた原著論文 “MARCH8 Targets Cytoplasmic Lysine Residues of Various Viral Envelope Glycoproteins”を米国微生物学会（ASM）のMicrobiology Spectrum誌に投稿した後、revisionの過程において、MARCH8がHIV-1エンベロープの場合と同様に複数のエンベロープウイルス（狂犬病ウイルス、リンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス、チクングニアウイルス、ロスリバー熱ウイルス、SARSコロナウイルス、新型コロナウイルス）糖タンパク質のウイルス粒子への取り込みを阻害することを、シュードウイルスを用いた実験により明らかにした。また、それらエンベロープ糖タンパク質の細胞質領域リジン残基を標的として、実際にユビキチン化してリソゾーム分解する事を、阻害剤を用いた蛍光抗体法およびウエスタンブロッティグ法により明らかにした。更に、そうしたMARCH8の抑制機能において必要とされるC末細胞質領域チロシンモチーフの要求性はウイルスによって異なること、MARCHファミリーメンバーのMARCH1およびMARCH2は程度の差こそあれMARCH8と同様に上記エンベロープ糖タンパク質に対する抑制能を有することを明らかにした。本原著論文は1月にオンライン掲載された（Microbiol. Spectr. 2022）。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

2021年度はコロナ禍において感染研全所体制で取り組んだ新型コロナウイルス対策により、部のメンバーとして多くの時間をコロナ業務対応（その成果はCellの姉妹紙Med 2022に掲載）に費やしたため、本研究課題におけるMARCH8研究の進捗自体はかなり遅れた。また昨年4月より熊本大学大学院博士課程に入学して私の指導の下で研究を開始する予定だった中国人留学生の孔徳川氏が、入国制限のために1年間来日できなかったことも強く影響した。しかしその間、前回（2018～2020年度）の基盤研究（C）で開発したHiBiTレンチウイルスベクターによるスパイクタンパク質シュードウイルスを応用したコロナウイルス研究において、英国ケンブリッジ大学との共同研究および東大医科研の佐藤佳先生を中心したThe Genotype to Phenotype Japan（G2P-Japan）コンソーシアムメンバーとしてのプロジェクト参加により、複数の共著論文（J. Infect. Dis. 2021, Nature 2021, Nature, 2021, Cell Rep. 2022, Nature 2022, Nature 2022）に関わった。また前述の熊本大学ヒトレトロウイルス学共同研究センター上野貴将教授との共同研究は前年度から続く研究成果を2報の共著論文（J. Virol. 2021, Front. Microbiol. 2021）として報告することができた。

今後の研究の推進方策

今年度（2022年度）は、昨年度コロナ禍で取り組むことができなかったMARCH8の宿主コファクターの同定に注力する。MARCH8の宿主コファクター要求性を検討する為に、293T細胞のcDNA ライブラリーを用いたyeast two-hybrid assayを行い、MARCH8に結合する宿主因子の検索を試みる。あるいはMARCH8の安定発現293T細胞株を作製して大量調整を行い、抗MARCH8抗体を用いた免疫沈降により、MARCH8と結合するタンパク質を調製、東京大学アイソトープ総合センタープロテオミクス研究室の川村猛准教授の研究協力のもと、膜タンパク質LC‐MSプロテオーム解析によりMARCH8の結合タンパク質を同定する。また標的宿主因子のノックダウン/ノックアウト実験により、エンベロープ糖タンパク質のダウンレギュレーションにおけるMARCH8の宿主コファクターの要求性を確認する。更にMARCH8と宿主コファクターの結合領域の同定を行う。これらの研究を通して、MARCH8が将来的に様々なエンベロープウイルスによる感染の予防・治療に応用しうる宿主タンパク質となり得る否かを検証すると共に、今後の抗ウイルス戦略の構築において有用な知見を得ることを目的とする。

次年度使用額が生じた理由

年度末納品等にかかる支払いが、令和４年４月１日以降となったため。
当該支出分については次年度の実支出額に計上予定であるが、令和３年度分についてはほぼ使用済みである。

研究成果

• [国際共同研究] Takuya Tada/New York University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Takuya Tada/New York University
• [雑誌論文] The SARS-CoV-2 Lambda variant exhibits enhanced infectivity and immune resistance (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura I, Kosugi Y, Wu J, Zahradnik J, Yamasoba D, Butlertanaka EP, Tanaka YL, Uriu K, Liu Y, Morizako N, Shirakawa K, Kazuma Y, Nomura R, Horisawa Y, Tokunaga K, Ueno T, Takaori-Kondo A, Schreiber G, Arase H; Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium, Motozono C, Saito A, Nakagawa S, Sato K.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 38 ページ: 110218～110218
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110218
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MARCH8 Targets Cytoplasmic Lysine Residues of Various Viral Envelope Glycoproteins (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhang Y, Ozono S, Tada T, Tobiume M, Kameoka M, Kishigami S, Fujita H, Tokunaga K.
  • 雑誌名: Microbiology Spectrum 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.1128/spectrum.00618-21
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Attenuated fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Omicron variant (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki R, Yamasoba D, Kimura I, Wang L, Kishimoto M, Ito J, Morioka Y, Nao N, Nasser H, Uriu K, Kosugi Y, Tsuda M, Orba Y, Sasaki M, Shimizu R, Kawabata R, Yoshimatsu K, Asakura H, Nagashima M, Sadamasu K, Yoshimura K; G2P-Japan Consortium, Sawa H, Ikeda T, Irie T, Matsuno K, Tanaka S, Fukuhara T, Sato K.
  • 雑誌名: Nature 巻: 603 ページ: 700～705
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04462-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Altered TMPRSS2 usage by SARS-CoV-2 Omicron impacts infectivity and fusogenicity (2022)
  • 著者名/発表者名: Meng Bo、Abdullahi Adam、Ferreira Isabella A. T. M. et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 603 ページ: 706～714
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04474-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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, 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] COVID-19とACE2 (2022)
  • 著者名/発表者名: 多田卓哉、徳永研三
  • 雑誌名: 腎と透析 巻: 92 ページ: 62-68
  • 国際共著
• [雑誌論文] MARCH8: the tie that binds to viruses (2021)
  • 著者名/発表者名: Tada T, Zhang Y, Fujita H, Tokunaga K.
  • 雑誌名: The FEBS Journal 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/febs.16017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aromatic Side Chain at Position 412 of SERINC5 Exerts Restriction Activity toward HIV-1 and Other Retroviruses (2021)
  • 著者名/発表者名: Tan TS, Toyoda M, Tokunaga K, Ueno T.
  • 雑誌名: Journal of Virology 巻: 95 ページ: -
  • DOI: 10.1128/JVI.00634-21
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SARS-CoV-2 B.1.617 Mutations L452R and E484Q Are Not Synergistic for Antibody Evasion (2021)
  • 著者名/発表者名: Ferreira IATM, Kemp SA, Datir R, Saito A, Meng B, Rakshit P, Takaori-Kondo A, Kosugi Y, Uriu K, Kimura I, Shirakawa K, Abdullahi A, Agarwal A, Ozono S, Tokunaga K, Sato K, Gupta RK; CITIID-NIHR BioResource COVID-19 Collaboration, Indian SARS-CoV-2 Genomics Consortium; Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium.
  • 雑誌名: The Journal of Infectious Diseases 巻: 224 ページ: 989～994
  • DOI: 10.1093/infdis/jiab368
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phenotypic and Genotypic Co-receptor Tropism Testing in HIV-1 Epidemic Region of Tanzania Where Multiple Non-B Subtypes Co-circulate (2021)
  • 著者名/発表者名: Judicate GP, Barabona G, Kamori D, Mahiti M, Tan TS, Ozono S, Mgunya AS, Kuwata T, Matsushita S, Sunguya B, Lyamuya E, Tokunaga K, Ueno T.
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fmicb.2021.703041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SARS-CoV-2 B.1.617.2 Delta variant replication and immune evasion (2021)
  • 著者名/発表者名: Mlcochova P, Kemp SA, Dhar MS, et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 599 ページ: 114～119
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03944-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhanced fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Delta P681R mutation (2021)
  • 著者名/発表者名: Saito A, Irie T, Suzuki R, Maemura T, et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 602 ページ: 300～306
  • DOI: 10.1038/s41586-021-04266-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Molecular mechanisms of tyrosinase recognition, ubiquitination and degradation by membrane-bound ubiquitin ligase. RNF152 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ryota Ueda, Seiya Ohzono, Yuki Fujii, Hirotaka Takahashi, Hiroyuki Takeda, Sawasaki Tatsuya, Tomonori Motokawa, Kenzo Tokunaga, and Hideaki Fujita.
  • 学会等名: 第29回日本色素細胞学会
• [学会発表] Aromatic side chain at position 412 of SERINC5 exerts restriction activity toward HIV-1 and other retroviruses. (2021)
  • 著者名/発表者名: Toong Seng Tan, Mako Toyoda, Kenzo Tokunaga, Takamasa Ueno.
  • 学会等名: 22nd Kumamoto AIDS Seminar
• [学会発表] 膜結合型ユビキチンリガーゼRNF152によるメラニン産生調節機構に関する研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 上田亮太、大園誠也、藤井佑樹、高橋宏隆、竹田浩之、澤崎達也、本川智紀、徳永研三、藤田英明
  • 学会等名: R3年度日本薬学会九州支部特別講演会
• [学会発表] MARCH8 targets cytoplasmic lysine residues of various viral envelope glycoproteins. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yanzhao Zhang, Seiya Ozono, Takuya Tada, Minoru Tobiume, Masanori Kameoka, Satoshi Kishigami, Hideaki Fujita, and Kenzo Tokunaga.
  • 学会等名: 第68回日本ウイルス学会
• [学会発表] The application of the HiBiT-based lentiviral system to SARS-CoV-2 studies. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kenzo Tokunaga.
  • 学会等名: 第35回日本エイズ学会（日仏合同シンポジウム）
• [学会発表] Aromatic side chain at position 412 of SERINC5 exerts restriction activity toward HIV-1 and other retroviruses. (2021)
  • 著者名/発表者名: Toong Seng Tan, Mako Toyoda, Kenzo Tokunaga, Takamasa Ueno.
  • 学会等名: 第35回日本エイズ学会
• [学会発表] MARCH8 downregulates various viral envelope glycoproteins by targeting their cytoplasmic lysine residues. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yanzhao Zhang, Seiya Ozono, Takuya Tada, Minoru Tobiume, Masanori Kameoka, Satoshi Kishigami, Hideaki Fujita, and Kenzo Tokunaga.
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会
• [備考] MARCH8は様々なウイルスエンベロープ糖蛋白質の細胞質領域リジン残基を標的とする
  • URL: https://www.niid.go.jp/niid/ja/basic-science/virology/10905-vir-2022-01.html