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

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23780305
• Research Institution: Hokkaido University
• 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, 特任助教 (10374240)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2013-03-31
• Keywords: インフルエンザ / ウイルス / 抗体 / 感染症 / 生体生命情報学 / 計算科学 / 分子シミュレーション / 分子動力学計算

Research Abstract

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計算科学的手法を用いて明らかにすることを目的としている。目的を達成するため、本年度は以下のテスト計算を行った。(1) アミノ酸置換によるHAとmAbとの相互作用および結合エネルギー変化の計算プロテイン・データ・バンク（PDB）に登録されているHA-mAb複合体のX線結晶構造（PDBコード：1eo8）を初期構造として、分子動力学シミュレーションのテスト計算を行った。結合自由エネルギーの計算にははじめ、自由エネルギー摂動法を用いたが、この方法は現在所有の計算環境においては非常に計算コストがかかることが分かった。一方、MM/PBSA法を用いた場合、結果も計算時間もreasonableであることが分かった。(2) HA-mAb複合体の初期構造の分子モデリングHA-mAb複合体のX線結晶構造が解かれていない場合、シミュレーションの初期構造を構築する必要がある。この構造を得るためのテスト計算を行った。具体的にはX線結晶構造が既に解かれているHA-mAb複合体の構造をHAとmAbに分け、それらに対してドッキングシミュレーションを行った。その結果、完全ではないものの、結晶構造を再現できることが確認できた。またHAおよびmAbのモデリング構造を構築し、同様にドッキング計算を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の研究計画よりやや遅れたのは、所有の計算環境では予定よりも分子動力学計算に時間がかかってしまい、FMO計算まで時間が回らなかったためである。その他は、おおむね順調である。

Strategy for Future Research Activity

今年度、研究代表者の所属する研究機関では、昨年度より計算環境がはるかに整備された。したがって、昨年度遂行できなかったFMO計算をはじめに行った後、研究計画に従って研究を遂行していくことは時間的に十分可能であり、そのように進めていく予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

上述の通り、FMO計算を遂行する計算環境が整わなかったため、FMO計算ソフトウェアの購入が進まず、研究費の使用が次年度となった。一方で、昨年度、分子動力学計算およびドッキングシミュレーションを遂行した結果、分子動力学計算の解析用およびドッキング計算用のワークステーションを購入する必要性が出て来た。その場合、FMO計算ソフトは、最近リリースされたフリー版での対応を想定している。

Research Products

• [Journal Article] A Conserved Region in the PrM Protein Is a Critical Determinant in the Assembly of Flavivirus Particles. (2012)
  • Author(s): Yoshii K, Igarashi M, Ichii O, Yokozawa K, Ito K, Kariwa H, Takashima I
  • Journal Title: J Gen Virol. Volume: 93 Pages: 27-38
  • DOI: 10.1099/vir.0.035964-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Virus Capsid Coating of Gold Nanoparticles via Cysteine-Au Interactions and their Effective Cellular Uptakes. (2012)
  • Author(s): Nagakawa K, Niikura K, Suzuki T, Matsuo Y, Igarashi M, Sawa H, Ijiro K.
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 41 Pages: 113-115
  • DOI: 10.1246/cl.2012.113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An H5N1 highly pathogenic avian influenza virus that invaded Japan through waterfowl migration. (2011)
  • Author(s): Kajihara M, Matsuno K, Simulundu E, Muramatsu M, Noyori O, Manzoor R, Nakayama E, Igarashi M, Tomabechi D, Yoshida R, Okamatsu M, Sakoda Y, Ito K, Kida H, Takada A
  • Journal Title: Jpn J Vet Res. Volume: 59 Pages: 89-100
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single amino acid residue in the A2 domain of major histocompatibility complex class I is involved in the efficiency of equine herpesvirus-1 entry. (2011)
  • Author(s): Sasaki M, Kim E, Igarashi M, Ito K, Hasebe R, Fukushi H, Sawa H, Kimura T
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 286 Pages: 39370-39378
  • DOI: 10.1074/jbc.M111.251751
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gnarled-Trunk Evolutionary Model of Influenza A Virus Hemagglutinin. (2011)
  • Author(s): Ito K, Igarashi M, Miyazaki Y, Murakami T, Iida S, Kida H, Takada A
  • Journal Title: PLoS One Volume: 6(10) Pages: e25953
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0025953
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prediction of the antigenic changes of the pandemic (H1N1) 2009 influenza virus hemagglutinin (2011)
  • Author(s): Igarashi M, Ito K, Yoshida R, Tomabechi D, Kida H, Takada A
  • Journal Title: Influenza and other respiratory viruses Volume: 5 (supple. 1) Pages: 402-404
  • Peer Reviewed
• [Presentation] An H5N1 highly pathogenic avian influenza virus that invaded Japan through waterfowl migration (2011)
  • Author(s): Kajihara M, Matsuno K, Simulundu E, Muramatsu M, Noyori O, Manzoor R, Nakayama E, Igarashi M, Tomabechi D, Yoshida R, Okamatsu M, Sakoda Y, Ito K, Kida H, Takada A
  • Organizer: The 3rd International Young Researcher Seminar in Zoonosis Control 2011
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: September 16-17, 2011
• [Presentation] Reduction of Sampling Bias in Large Datasets by Systematic Trimming of Phylogenetic Trees (2011)
  • Author(s): Yonezawa K, Ueno K, Igarashi M, Ito K
  • Organizer: The 3rd International Young Researcher Seminar in Zoonosis Control 2011
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: September 16-17, 2011
• [Presentation] A single amino acid residue in major histocompatibility complex class I is a determinant for its function as an equine herpesvirus-1 receptor (2011)
  • Author(s): Sasaki M, Kim E, Igarashi M, Hasebe R, Sawa H, Ito K, Kimura T
  • Organizer: The 3rd International Young Researcher Seminar in Zoonosis Control 2011
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: September 16-17, 2011
• [Presentation] Gnarled-Trunk Evolutionary Model of Influenza A Virus Hemagglutinin (2011)
  • Author(s): Ito K, Igarashi M, Miyazaki Y, Murakami T, Iida S, Kida H, Takada A
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: September 11-16, 2011
• [Presentation] Enzyme-linked Immunosorbent Assay for the Detection of Filovirus Specie-Specific Antibodies (2011)
  • Author(s): Nakayama E, Yokoyama A, Miyamoto H, Igarashi M, Kishida N, Matsuno K, Marzi A, Feldmann H, Ito K, Saijo M, Takada A
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: September 11-16, 2011
• [Presentation] An Rgs-CAM-Mediated Countermeasure for RNAi-Based Antiviral Immunity in Tobacco (2011)
  • Author(s): Nakahara K, Masuta C, Yamada S, Shimura H, Wada T, Meguro A, Sueda K, Goto K, Igarashi M, Carthew R, Uyeda I:
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: September 11-16, 2011
• [Presentation] A Highly Pathogenic Avian Influenza Virus (H5N1) that Invaded Japan through Waterfowl Migration (2011)
  • Author(s): Kajihara M, Matsuno K, Simulundu E, Muramatsu M, Noyori O, Manzoor R, Igarashi M, Okamatsu M, Sakoda Y, Kida H, Takada A
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: September 11-16, 2011
• [Presentation] Characterization of Monoclonal Antibodies against the 2009 Pandemic H1N1 Influenza Virus Hemagglutinin (2011)
  • Author(s): Yoshida R, Tomabechi D, Igarashi M, Miyamoto H, Yokoyama A, Kase T, Kida H, Takada A
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: September 11-16, 2011
• [Presentation] Cys80 of JC Virus Capsid Protein, VP1 Is Essential for Pentamer Formation (2011)
  • Author(s): Kobayashi S, Suzuki T, Igarashi M, Ohtake N, Nagakawa K, Niikura K, Kimura T, Kasamatsu H, Sawa H
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: September 11-16, 2011
• [Presentation] Single Amino Acid Residue in Equine Major Histocompatibility Complex Class I Is Critical for Its Function as An Equine Herpesvirus-1 Receptor (2011)
  • Author(s): Sasaki M, Igarashi M, Sawa H, Hasebe R, Fukushi H, Kimura T
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: September 11-16, 2011
• [Presentation] Dynamics of Sequence Variation in Antigenic Domains and Glycosylation Sites of Hemagglutinin of Human H3N2 Influenza Viruses (2011)
  • Author(s): Igarashi M, Takada A, Kida H, Ito K
  • Organizer: International Union of Microbiological Societies 2011 congress
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（札幌市）
  • Year and Date: September 11-16, 2011
• [Remarks]
  • URL: http://www.hokudai.ac.jp/czc/bioinform/members/igarashi/index_j.html