APOBEC3ファミリーの抗ウイルス作用スペクトルを規定する分子基盤の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04740
• Research Institution: National Hospital Organization Nagoya Medical Center
• Principal Investigator: 岩谷 靖雅 独立行政法人国立病院機構(名古屋医療センター臨床研究センター), その他部局等, 部長 (90303403)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: レトロウイルス / 宿主因子 / APOBEC3 / 感染制御 / 核酸結合 / 構造解析 / 生化学 / HIV

Outline of Annual Research Achievements

レトロウイルスに対する増殖抑制因子APOBEC3 ファミリーは、ヒトではAとB、C、D、F、G、Hの7種があり、それぞれが異なった抗ウイルス作用スペクトルを示すことが知られている。しかし、これらの特異性を規定する要因およびその分子機序は未だ明らかになっていない。そこで、本研究課題ではウイルス学的なアプローチだけでなく、生化学的および構造生物学的に横断的な解析手法により、APOBEC3 ファミリーによる抗レトロウイルス分子機序の全容を明らかにする目的で研究を進めている。まず、Ｘ線結晶構造解析法により未決定のAPOBEC3タンパク質の分子構造を決定した。次に、決定した構造情報と生化学的データを基に機能領域を決定した。さらに、機能領域について変異型タンパク質を作製し、試験管内反応系（逆転写反応再構築系など）を活用して機能領域への影響を比較解析した。当該年度はAPOBEC3HおよびAPOBEC3Fタンパク質の分子構造決定に着手し、分子構造上へ機能領域をマッピングする解析を行った。その結果、１）Ｘ線結晶構造解析法によりAPOBEC3FのＣ末側ドメイン(CTD)の分子構造を決定した。２）HIV-1 Vif 結合領域および基質結合領域を同定した（Journal of Virology 90:1034-, 2016）。さらに、３）他のメンバーと相同性が低い APOBEC3H タンパク質の立体構造決定に向けて単量体APOBEC3Hタンパク質の精製方法を確立した。APOBEC3H タンパク質は多量体あるいは凝集体を形成しやすいため、国内外において多くの研究グループが精製に成功していない。また、４）網羅的な点変異解析法により、Vif結合に重要なAPOBEC3H上の機能領域は他のファミリーとは異なり、alpha3-4の疎水性残基で構成されることを見いだした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

まず、APOBEC3F CTDタンパク質のＸ線結晶構造の決定（PDB ID3WUSとして登録）し、Vif 結合に重要な機能領域の同定に関する学術論文として輩出できた。APOBEC3Hタンパク質に関しては、動的多量体ではなく単量体として精製する手法を見出したことは、今後、タンパク質の結晶化に進む大きな進展であると確信している。さらに、Vif結合に重要な機能領域を同定し、他のファミリーとは異なる領域であるということを見出した（論文作成中）。これは、ファミリー間の異なる抗ウイルス作用トロピズムを理解する上で貴重な情報につながると考えられる。本研究に関する成果発表について、平成28年度（５月）に米国で開催される Cold Spring Harbor Laboratory -Annual Retrovirus- Meeting において口頭発表に採択され、レトロウイルス分野において注目される研究成果であると評価される。さらに、一連の研究成果について、第63回日本ウイルス学会、第56回日本熱帯医学会、第29回エイズ学会などにおいても招待講演を行い情報発信を行うとともに、討論する機会をもてた。これらことからも、当各年度の本研究課題は、総じて研究計画以上に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

二年目として、生化学的および構造解析に基づきAPOBEC3 による抗ウイルス作用機序の解明研究をさらに加速させる。特に、精製方法を確立することができたAPOBEC3Hタンパク質に力を注ぎ、世界に先駆けて、APOBEC3Hの分子構造決定およびその研究成果を輩出したい。さらに、当初の計画通り、APOBEC3G（完全長）タンパク質の動的多量体形成能を制御する手法を探索し、分子構造決定に向けて足がかりを構築する。一方、試験管内複製再構築系（逆転写再構築系など）や精製ウイルス粒子を活用して、構造情報あるいは生化学的な機能領域解析データがウイルス複製（HIV-1とLINE Retrotranspositionを中心に）における表現系に関与するか検証する。最終的に、APOBEC3 ファミリータンパク質による抗ウイルス作用野分子機序の全容解明を目指したい。

Research Products

• [Journal Article] HIV-1 CRF01_AE and subtype B transmission networks cross over: a new AE/B recombinant identified in Japan (2016)
  • Author(s): Hosaka M, Fujisaki S, Masakane A, Hattori J, Shiino T, Gatanaga H, Shigemi S, Okazaki R, Hachiya A, Matsuda M, Ibe S, Iwatani Y, Yokomaku Y, Sugiura W
  • Journal Title: AIDS Research and Human Retroviruses Volume: 32 Pages: 412-419
  • DOI: 10.1089/aid.2015.0192
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Epidemiology of Enteric Viruses in Patients with Acute Gastroenteritis in Aichi Prefecture, Japan, 2008/09–2013/14 (2016)
  • Author(s): Nakamura N, Kobayashi S, Minagawa H, Matsushita T, Sugiura W, Iwatani Y
  • Journal Title: Journal of Medical Virology Volume: 88 Pages: 1180-1186
  • DOI: 10.1002/jmv.24445
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Insights into HIV-1 Vif-APOBEC3F Interaction (2016)
  • Author(s): Nakashima M, Ode H, Kawamura T, Kitamura S, Naganawa Y, Awazu H, Tsuzuki S, Matsuoka K, Nemoto M, Hachiya A, Sugiura W, Yokomaku Y, Watanabe N, Iwatani Y
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 90 Pages: 1034-1047
  • DOI: 10.1128/JVI.02369-15
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Novel Drug-Resistant HIV-1 Circulating Recombinant Form CRF76_01B Identified by Near Full-Length Genome Analysis (2016)
  • Author(s): Ogawa S, Hachiya A, Hosaka1 M, Matsuda1 M, Ode1 H, Shigemi U, Okazaki R, Sadamasu K, Nagashima M, Toyokawa T, Tateyama M, Tanaka Y, Sugiura W, Yokomaku Y, Iwatani Y
  • Journal Title: AIDS Research and Human Retroviruses Volume: 32 Pages: 284-289
  • DOI: 10.1089/AID.2015.0304
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unique Flap Conformation in an HIV-1 Protease with High-Level Darunavir Resistance (2016)
  • Author(s): Nakashima M, Ode H, Suzuki K, Fujino M, Maejima M, Kimura Y, Masaoka T, Hattori J, Matsuda M, Hachiya A, Yokomaku Y, Suzuki A, Watanabe N, Sugiura W, Iwatani Y
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 7 Pages: 61
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.00061
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HIV-1感染急性期におけるサイトカインのプロファイル解析 (2016)
  • Author(s): 重見麗、蜂谷敦子、松田昌和、岡﨑玲子、小川慎太郎、伊藤恭子、健山正男、今村顕史、栁澤邦雄、矢野邦夫、藤井輝久、上田敦久、今村淳治、渡邊綱正、田中靖人、横幕能行、杉浦亙、岩谷靖雅
  • Journal Title: 日本エイズ学会誌 Volume: 18 Pages: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] APOBEC3H polymorphisms associated with the susceptibility to HIV-1 infection and AIDS progression in Japanese (2015)
  • Author(s): Sakurai D, Iwatani Y, Ohtani H, Naruse TK, Terunuma H, Sugiura W, Kimura A
  • Journal Title: Immunogenetics Volume: 67 Pages: 253-257
  • DOI: 10.1007/s00251-015-0829-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mutational analysis of HIV-2 Vpx shows that proline residue 109 in the poly-proline motif regulates degradation of SAMHD1 (2015)
  • Author(s): Ciftci HI, Fujino H, Koga R, Yamamoto M, Kawamura S, Tateishi H, Iwatani Y, Otsuka M, Fujita M
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 589 Pages: 1505-1514
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2015.04.038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Natural polymorphism S119R of HIV-1 integrase enhances primary INSTI resistance (2015)
  • Author(s): Hachiya A, Ode H, Matsuda M, Kito Y, Shigemi U, Matsuoka K, Imamura J, Yokomaku Y, Iwatani Y, Sugiura W
  • Journal Title: Antiviral Research Volume: 119 Pages: 84-88
  • DOI: 10.1016/j.antiviral.2015.04.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A cell-free enzymatic activity assay for the evaluation of HIV-1 drug resistance to protease inhibitors (2015)
  • Author(s): Matsunaga S, Masaoka T, Sawasaki T, Morishita R, Iwatani Y, Tatsumi M, Yamamoto N, Endo Y, Sugiura W, Ryo A
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 6 Pages: 1220
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.01220
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quasispecies Analyses of the HIV-1 Near-full-length Genome with Illumina MiSeq (2015)
  • Author(s): Ode H, Matsuda M, Matsuoka K, Hachiya A, Hattori J, Kito Y, Yokomaku Y, Iwatani Y, Sugiura W
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 6 Pages: 1258
  • DOI: 10.3389/fmicb.2015.01258
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] STRUCTURAL FEATURES OF THE APOBEC3H REGION CRITICAL FOR HIV-1 VIF INTERACTION (2016)
  • Author(s): Nakashima M, Tsuzuki S, Awazu H, Ode H, Maejima M, Hachiya A, Yokomaku Y, Watanabe N, Akari H, Iwatani Y
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory -Annual Retrovirus- Meeting
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor Laboratory, NY, USA
  • Year and Date: 2016-05-23 – 2016-05-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nationwide Surveillance of Drug-resistant HIV-1 in Newly Diagnosed Patients in Japan. (2016)
  • Author(s): Yasumasa Iwatani
  • Organizer: 18th International Conference on Emerging Infectious Diseases (EID), AIDS panel
  • Place of Presentation: North Bethesda, MD, USA
  • Year and Date: 2016-01-11 – 2016-01-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細胞防御酵素を活用した抗HIV薬開発にむけて (2015)
  • Author(s): 岩谷靖雅
  • Organizer: 第6回 横幹連合コンファレンス
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-12-05 – 2015-12-06
  • Invited
• [Presentation] HIV-1が細胞因子APOBEC3による防御機構から逃れる分子機序 (2015)
  • Author(s): 岩谷靖雅
  • Organizer: 第56回 日本熱帯医学会大会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-12-04 – 2015-12-06
  • Invited
• [Presentation] HIV-1 Vif によるAPOBEC3 分解機序から考察されるウイルスの巧み適応戦略 (2015)
  • Author(s): 岩谷靖雅
  • Organizer: 第29回 日本エイズ学会学術集会・総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-30 – 2015-12-01
  • Invited
• [Presentation] Structural insights into HIV-1 Vif interactions with APOBEC3 cytidine deaminases (2015)
  • Author(s): Yasumasa Iwatani
  • Organizer: 第63回 日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-11-21 – 2015-11-24
  • Invited
• [Presentation] Comparative analysis of the antiviral APOBEC3C enzymes in primates: implication for degeneration of their catalytic activities (2015)
  • Author(s): Masaaki Nakashima, Hirotaka Ode, Shinya Tsuzuki, Hiroaki Awazu, Kenta Matsuda, Kei Sato, Atsuko Hachiya, Yoshiyukii Yokomaku, Nobuhisa Watanabe, Yasumasa Iwatani
  • Organizer: 第63回 日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-11-21 – 2015-11-24
• [Presentation] HIV-1 Vif によるAPOBEC3分解の分子基盤 (2015)
  • Author(s): 岩谷靖雅
  • Organizer: 第17回 白馬シンポジウム in 米子
  • Place of Presentation: 米子
  • Year and Date: 2015-06-19 – 2015-06-20
  • Invited
• [Presentation] STRUCTURE-BASED ANALYSIS OF HIV-1 VIF-APOBEC3F INTERACTION (2015)
  • Author(s): Nakashima, M., Ode, H., Kitamura, S., Mano, Y., Awazu, H., Hachiya, A., Yokomaku, Y., Watanabe, N., Sugiura, W., Iwatani, Y
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory -Annual Retrovirus- Meeting
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor Laboratory, NY, USA
  • Year and Date: 2015-05-18 – 2015-05-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] QUASISPECIES EVALUATION ACROSS HIV-1 NEAR-FULL-LENGTH GENOME VIA ILLUMINA MISEQ (2015)
  • Author(s): Ode, H., Matsuda, M., Matsuoka, K., Hachiya, A., Yokomaku, Y., Iwatani, Y. Sugiura, W.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory -Annual Retrovirus- Meeting
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor Laboratory, NY, USA
  • Year and Date: 2015-05-18 – 2015-05-23
  • Int'l Joint Research