2017 Fiscal Year Research-status Report
計算科学的手法を用いたインフルエンザウイルス中和抗体の抗原認識能の改変
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17K08069
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | インフルエンザ / ウイルス / 抗体 / 分子動力学計算 / 分子モデリング / 分子間相互作用 / 親和性 / 結合自由エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、インフルエンザウイルスの表面糖蛋白質ヘマグルチニン（HA）と異なる複数のHA亜型のウイルスに対して中和活性を示すモノクローナル抗体S139/1との複合体構造をモデルとして、計算機上で抗体の親和性・特異性を制御する手法の確立を目指している。具体的には、分子シミュレーションから得られる結合自由エネルギーを指標に、HAに対する抗体の認識能を改変し、エスケープ変異株やより多くのHA亜型のウイルスを中和する抗体の設計を試みている。このような立体構造を基盤に既存抗体の親和性・特異性を改変する技術は、様々な人獣共通感染症の診断・治療研究へ幅広く応用されることが想定される。
これまで、A/Victoria/3/75 (H3N2)（Vic株）をS139/1存在下で培養すると、HA上158番目と193番目の残基位置にアミノ酸置換を持つエスケープ変異株が分離されることを実験により明らかにした。平成29年度は、Vic株の158番目にアミノ酸置換が起きたエスケープ変異体のHA（HA_vic158）に対して、S139/1が再結合できるようにS139/1の改変を試みた。はじめに、HAとS139/1の複合体構造に、計算機上でアミノ酸置換を導入し、HA_vic158とS139/1との結合構造を観察した。その結果、エスケープ変異した158番目のアミノ酸残基はS139/1のL鎖CDR3と物理的に衝突することが分かった。そこで、S139/1のL鎖CDR3のみを、構造が決定されている抗体のL鎖CDR3に入れ替えた分子モデルを計算機上で網羅的に構築した。これらの改変S139/1とHA_vic158との親和性を計算した結果、S139/1と野生型vic株HAの親和性と同等の指標を示す、改変S139/1が複数存在していた。現在、分子シミュレーションを行い、より詳細な結合自由エネルギーを計算している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は、計算機上でHAにアミノ酸置換を導入したHA_vic158とS139/1との結合構造を初期構造として分子シミュレーションを行い、親和性増強が期待されるようなS139/1側のアミノ酸残基を同定するストラテジーで研究を進めていた。しかしながら、実際にシミュレーションを行い研究を進めてみると、このストラテジーでは親和性増強が期待されるアミノ酸の同定は難しいこと、すなわち所望する抗体の設計は難しいことが分かった。一方、上述したように初期構造を見直してみると、エスケープ変異した158番目のアミノ酸残基はS139/1のL鎖CDR3と物理的に大きく衝突することが分かった。そこで、L鎖CDR3をまるごと入れ替える方向にストラテジーを修正した。さらに、分子シミュレーションに想定以上の時間がかかってしまっており、進捗状況としてはやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述したようにシミュレーションの初期構造の構築ついて手法の見直を行った。しかしながら、本年度以降に行う予定の
(1)結合自由エネルギー計算を指標にした抗体の中和能の予測、
(2)中組換え抗体の作出とin vitroでの評価、
に関しては当初の予定通り推進することに影響はない。
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| Causes of Carryover |
（次年度使用額が生じた理由）
当初予定していた方法を変更したこと、分子シミュレーションに要する時間が想定以上にかかってしまったことにより、抗体分子設計を開始する時期が遅れ、ソフトウェアの購入時期も遅れてしまった。これに伴い、成果が出るのも遅れ、旅費分も次年度の使用予定となった。
（使用計画）
当初の計画通り、抗体の分子設計を行うため、専用ソフトウェアを導入する。本年度は学会に参加し、成果発表も行う。
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