インフルエンザウイルスと抗体の相互作用の解析と抗原変異予測への応用

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23780305
• 研究機関: 北海道大学
• 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, 特任助教 (10374240)
• キーワード: インフルエンザ / ウイルス / 抗体 / 分子動力学シミュレーション / 分子間相互作用 / 抗原変異

研究概要

本研究では、インフルエンザウイルスの主要抗原であるヘマグルチニン（HA）とそのモノクローナル抗体（mAb）に焦点をあて、ウイルスがmAbからエスケープする際に起こるHA上のアミノ酸置換の特徴を明らかにすることを目的とし、アミノ酸置換に伴うHA-mAb複
合体の相互作用変化を計算科学的手法により解析した。
まず、結晶構造がすでに解かれているHA-mAb複合体構造を初期構造として、20ナノ秒の分子動力学計算を行い、MM/GBSA法により、HAと抗体との結合自由エネルギーを計算した。また、ウイルス学実験でエスケープ変異に観測されたアミノ酸置換を、コンピュータ上でHA-mAb複合体構造に導入し、変異型HA-mAb複合体構造を構築した。これを初期構造として、同様に20ナノ秒の分子動力学計算を行い、結合自由エネルギーを計算した。
その結果、野生型と比べて変異型HAでは、mAbとの結合自由エネルギーが不安定化することが確認できた。さらに、野生型HAとmAbとの相互作用に関与する残基を調べた結果、相互作用に強く関与しているHA上のアミノ酸残基で、エスケープ変異が起きていることが分かった。また、変異型HAとmAbとの相互作用残基の解析から、変異したアミノ酸残基そのものだけではなく、変異によって周りのアミノ酸残基に影響し、相互作用が低下していることが分かった。これらの結果から、抗原抗体反応の結果生じるエスケープ変異株のアミノ酸置換を予測できる可能性が示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Differential potential for envelope glycoprotein-mediated steric shielding of host cell surface proteins among filoviruses (2013)
  • 著者名/発表者名: Noyori O, Matsuno K, Kajihara M, Nakayama E, Igarashi M, Kuroda M, Isoda N, Yoshida R, Takada A
  • 雑誌名: Virology 巻: 446(1-2) ページ: 152-161
  • DOI: 10.1016/j.virol.2013.07.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cysteine Residues in the Major Capsid Protein, Vp1, of the JC Virus Are Important for Protein Stability and Oligomer Formation (2013)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi S, Suzuki T, Igarashi M, Orba Y, Ohtake N, Nagakawa K, Niikura K, Kimura T, Kasamatsu H, Sawa H
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8(10) ページ: e76668
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0076668
  • 査読あり
• [雑誌論文] High prevalence of spotted fever group rickettsiae in Amblyomma variegatum from Uganda and their identification using sizes of intergenic spacers (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakao R, Qiu Y, Igarashi M, Magona JW, Zhou L, Ito K, Sugimoto C
  • 雑誌名: Ticks and Tick-Borne Disease 巻: 4(6) ページ: 506-512
  • DOI: 10.1016/j.ttbdis.2013.07.001
  • 査読あり
• [学会発表] インフルエンザウイルス蛋白質の計算科学的解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐学
  • 学会等名: 日本薬学会第134年会
  • 発表場所: 熊本大学（熊本県熊本市）
  • 年月日: 20140327-20140330
  • 招待講演
• [学会発表] ダニ媒介性フラビウイルスによる中枢神経系病態に関わるウイルス因子の同定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 好井健太朗、寸田祐嗣、五十嵐学、横澤香菜、境瑞紀、苅和宏明、Michael Holbrook
  • 学会等名: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131110-20131112
• [学会発表] 第一原理計算を用いたインフルエンザウイルス表面糖タンパク質とマルチターゲット医薬リード天然物との高精度相互作用解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石坪江梨花、Kirshner Karl N、五十嵐学、Sriwilaijaroen Nongluk、鈴木康夫、常盤広明
  • 学会等名: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131110-20131112
• [学会発表] 計算科学的手法を用いたインフルエンザウイルスヘマグルチニンと亜型間交差反応性抗体との分子間相互作用の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐学、吉田玲子、関嶋政和、常盤広明、喜田宏、伊藤公人、高田礼人
  • 学会等名: 第61回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 20131110-20131112
• [学会発表] ダニ媒介性フラビウイルスによる中枢神経系病態におけるNS5蛋白の影響の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 好井健太朗、寸田祐嗣、五十嵐学、横澤香菜、境瑞紀、苅和宏明、Michael Holbrook、高島郁夫
  • 学会等名: 第156回日本獣医学会学術集会
  • 発表場所: 岐阜大学（岐阜県岐阜市）
  • 年月日: 20130920-20130922
• [学会発表] novo designed molecule to develop structure-based vaccine against Anthrax (2013)
  • 著者名/発表者名: 大西なおみ、武藤芽未、藤倉大輔、五十嵐学、東秀明
  • 学会等名: 第12回あわじしま感染症・免疫フォーラム
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • 年月日: 20130910-20130913
• [学会発表] 新規抗炭疽ワクチンの開発に向けた人工設計タンパク質の作出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 武藤芽未、大西なおみ、藤倉大輔、五十嵐学、東秀明
  • 学会等名: 第7回細菌学若手コロッセウム
  • 発表場所: 広島エアポートホテル（広島県三原市）
  • 年月日: 20130807-20130809
• [学会発表] 豚コレラウイルスの豚に対する病原性に関与するウイルス表面糖蛋白E2の機能解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田村友和、迫田義博、五十嵐学、Nicolas R、伊藤公人、岡松正敏、喜田宏
  • 学会等名: 第47回日本ウイルス学会北海道支部会夏季シンポジウム
  • 発表場所: ホテル北の湯（北海道奈井江町）
  • 年月日: 20130720-20130721
• [学会発表] De novo designed molecule to develop structure-based vaccine against Anthrax (2013)
  • 著者名/発表者名: 大西なおみ、武藤芽未、藤倉大輔、五十嵐学、東秀明
  • 学会等名: 第60回毒素シンポジウム
  • 発表場所: 楓香荘（兵庫県宍粟市）
  • 年月日: 20130717-20130719
• [学会発表] Resampling of Large Nucleotide Sequence Datasets of Viruses with Closest-Neighbor Trimming Method (2013)
  • 著者名/発表者名: Yonezawa K, Igarashi M, Ito K
  • 学会等名: The 21st Annual Conference of the Society for Molecular Biology and Evolution
  • 発表場所: Hyatt Regency Chicago（Chicago, USA）
  • 年月日: 20130707-20130711
• [備考] バイオインフォマティクス部門 メンバーページ
  • URL: http://www.czc.hokudai.ac.jp/bioinform/members/igarashi/index_j.html