インフルエンザウイルス亜型間交差反応性抗体の抗原認識機構の計算科学的解析と応用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25450417
• 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, 准教授 (10374240)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 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 / 分子間相互作用 / 分子モデリング

研究実績の概要

本研究では、インフルエンザウイルスのHA蛋白質とモノクローナル抗体S139/1との複合体結晶構造を手がかりに、異なる複数のHA亜型のウイルスに対して中和活性を有するS139/1の分子認識機構を計算科学的手法により明らかにすることを目的としている。さらに本研究では、既知の抗原-抗体複合体を鋳型に、抗体の親和性と特異性を計算機上で操作することによって、新たな抗原構造を認識する新規抗体の分子設計への展開を目指している。
前年度まで得られた成果に基づき、平成28年度は分子動力学計算から得られる結合自由エネルギーを指標に、S139/1の抗原認識能を改変し、S139/1からエスケープ変異したウイルス株を中和するモノクローナル抗体の分子設計を試みた。我々はすでにS139/1が存在する環境下で、A/Aichi/2/68（H3N2）ウイルスを培養すると、HA上156番、158番、193番目のアミノ酸に変異を持ったウイルスが選択されてくることを報告している。本年度は手始めに、158番目のアミノ酸置換によりエスケープ変異したウイルス株を中和するモノクローナル抗体の分子設計を試みた。はじめにHAとS139/1の分子動力学計算の結果から、HAとS139/1の結合に大きく寄与している抗体CDR上の残基位置を同定した。続いて変異HAとS139/1の分子動力学計算の結果から、158番目のアミノ酸置換によって結合に歪みが生じる抗体CDR上の残基位置を同定した。これら歪みの生じた残基位置に、計算機上でアミノ酸置換を網羅的に導入し、分子動力学計算により結合自由エネルギー計算を行った。このうちいくつかはエスケープ変異前のHAとS139/1の結合エネルギーと同程度まで回復した。今後、設計した抗体をS139/1の組み換え抗体として作出、中和活性試験等の実験で評価するとともに、抗体の新たな分子設計手法の確立を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Genetic Predisposition To Acquire a Polybasic Cleavage Site for Highly Pathogenic Avian Influenza Virus Hemagglutinin (2017)
  • 著者名/発表者名: Nao N, Yamagishi J, Miyamoto H, Igarashi M, Manzoor R, Ohnuma A, Tsuda Y, Furuyama W, Shigeno A, Kajihara M, Kishida N, Yoshida R, Takada A
  • 雑誌名: MBio 巻: 8(1) ページ: e02298-16
  • DOI: 10.1128/mBio.02298-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fcγ-receptor IIa-mediated Src Signaling Pathway Is Essential for the Antibody-Dependent Enhancement of Ebola Virus Infection (2016)
  • 著者名/発表者名: Furuyama W, Marzi A, Carmody AB, Maruyama J, Kuroda M, Miyamoto H, Nanbo A, Manzoor R, Yoshida R, Igarashi M, Feldmann H, Takada A
  • 雑誌名: PLoS Pathog 巻: 12(12) ページ: e1006139
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1006139
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of an antibody for pan-ebolavirus therapy (2016)
  • 著者名/発表者名: Furuyama W, Marzi A, Nanbo A, Haddock E, Maruyama J, Miyamoto H, Igarashi M, Yoshida R, Noyori O, Feldmann H, Takada A
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 10;6 ページ: 20514
  • DOI: 10.1038/srep20514
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Generation of a cross-neutralizing monoclonal antibody against all known ebolavirus species (2016)
  • 著者名/発表者名: Furuyama W, Marzi A, Nanbo A, Haddock E, Maruyama J, Miyamoto H, Igarashi M, Yoshida R, Noyori O, Feldmann H, Takada A
  • 学会等名: 第64回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-10-23 – 2016-10-25
• [学会発表] Genetic Predisposition to Acquire a Polybasic Cleavage Site for Highly Pathogenic Avian Influenza Virus Hemagglutinin (2016)
  • 著者名/発表者名: Nao N, Yamagishi J, Miyamoto H, Igarashi M, Manzoor R, Ohnuma A, Tsuda Y, Furuyama W, Kajihara M, Yoshida R, Takada A
  • 学会等名: 第64回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-10-23 – 2016-10-25
• [学会発表] Characterization of glycoprotein of Severe fever with thrombocytopenia syndrome virus (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishigami K, Tsuda Y, Nishio S, Igarashi M, Yoshimatsu K, Arikawa J
  • 学会等名: 第64回日本ウイルス学会学術集会
  • 発表場所: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2016-10-23 – 2016-10-25
• [学会発表] Computational analysis of a conformational epitope of a broadly neutralizing antibody in influenza A virus hemagglutinin (2016)
  • 著者名/発表者名: Igarashi M, Sekijima M, Yasuo N, Abe T, Yoshida R, Tokiwa H, Watabe T, Hirokawa T, Takada A
  • 学会等名: Options IX for the Control of Influenza
  • 発表場所: Chicago, Illinois, USA
  • 年月日: 2016-08-24 – 2016-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular analysis on receptor-binding of H5 influenza viruses to fucosylated α2,3 sialosides (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiono T, Okamatsu M, Igarashi M, McBride R, de Vries RP, Peng W, Paulson J, Sakoda Y, Kida H
  • 学会等名: Options IX for the Control of Influenza
  • 発表場所: Chicago, Illinois, USA
  • 年月日: 2016-08-24 – 2016-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] A genetic basis for the acquisition of basic amino acid residues at the cleavage site of influenza virus hemagglutinin (2016)
  • 著者名/発表者名: Nao N, Yamagishi J, Miyamoto H, Ohnuma A, Furuyama W, Tsuda Y, Manzoor R, Yoshida R, Igarashi M, Takada A
  • 学会等名: Options IX for the Control of Influenza
  • 発表場所: Chicago, Illinois, USA
  • 年月日: 2016-08-24 – 2016-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] 人獣共通感染症研究における計算科学の活用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐 学
  • 学会等名: 第374回CBI学会講演会「感染症研究の将来～グローバルヘルスに貢献する創薬～」
  • 発表場所: 東京都文京区、東京大学
  • 年月日: 2016-07-22 – 2016-07-22
  • 招待講演
• [備考] 北海道大学人獣共通感染症リサーチセンター 国際疫学部門 メンバー紹介
  • URL: http://www.czc.hokudai.ac.jp/epidemiol/members/igarashi/