Computational analysis of a conformational epitope of a broadly neutralizing antibody in influenza A virus hemagglutinin

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25450417
• 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, 准教授 (10374240)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 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

Outline of Annual Research Achievements

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。

Research Products

• [Journal Article] Genetic Predisposition To Acquire a Polybasic Cleavage Site for Highly Pathogenic Avian Influenza Virus Hemagglutinin (2017)
  • Author(s): 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
  • Journal Title: MBio Volume: 8(1) Pages: e02298-16
  • DOI: 10.1128/mBio.02298-16
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fcγ-receptor IIa-mediated Src Signaling Pathway Is Essential for the Antibody-Dependent Enhancement of Ebola Virus Infection (2016)
  • Author(s): Furuyama W, Marzi A, Carmody AB, Maruyama J, Kuroda M, Miyamoto H, Nanbo A, Manzoor R, Yoshida R, Igarashi M, Feldmann H, Takada A
  • Journal Title: PLoS Pathog Volume: 12(12) Pages: e1006139
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1006139
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of an antibody for pan-ebolavirus therapy (2016)
  • Author(s): Furuyama W, Marzi A, Nanbo A, Haddock E, Maruyama J, Miyamoto H, Igarashi M, Yoshida R, Noyori O, Feldmann H, Takada A
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 10;6 Pages: 20514
  • DOI: 10.1038/srep20514
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Generation of a cross-neutralizing monoclonal antibody against all known ebolavirus species (2016)
  • Author(s): Furuyama W, Marzi A, Nanbo A, Haddock E, Maruyama J, Miyamoto H, Igarashi M, Yoshida R, Noyori O, Feldmann H, Takada A
  • Organizer: 第64回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-10-23 – 2016-10-25
• [Presentation] Genetic Predisposition to Acquire a Polybasic Cleavage Site for Highly Pathogenic Avian Influenza Virus Hemagglutinin (2016)
  • Author(s): Nao N, Yamagishi J, Miyamoto H, Igarashi M, Manzoor R, Ohnuma A, Tsuda Y, Furuyama W, Kajihara M, Yoshida R, Takada A
  • Organizer: 第64回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-10-23 – 2016-10-25
• [Presentation] Characterization of glycoprotein of Severe fever with thrombocytopenia syndrome virus (2016)
  • Author(s): Nishigami K, Tsuda Y, Nishio S, Igarashi M, Yoshimatsu K, Arikawa J
  • Organizer: 第64回日本ウイルス学会学術集会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市、札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2016-10-23 – 2016-10-25
• [Presentation] Computational analysis of a conformational epitope of a broadly neutralizing antibody in influenza A virus hemagglutinin (2016)
  • Author(s): Igarashi M, Sekijima M, Yasuo N, Abe T, Yoshida R, Tokiwa H, Watabe T, Hirokawa T, Takada A
  • Organizer: Options IX for the Control of Influenza
  • Place of Presentation: Chicago, Illinois, USA
  • Year and Date: 2016-08-24 – 2016-08-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular analysis on receptor-binding of H5 influenza viruses to fucosylated α2,3 sialosides (2016)
  • Author(s): Hiono T, Okamatsu M, Igarashi M, McBride R, de Vries RP, Peng W, Paulson J, Sakoda Y, Kida H
  • Organizer: Options IX for the Control of Influenza
  • Place of Presentation: Chicago, Illinois, USA
  • Year and Date: 2016-08-24 – 2016-08-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A genetic basis for the acquisition of basic amino acid residues at the cleavage site of influenza virus hemagglutinin (2016)
  • Author(s): Nao N, Yamagishi J, Miyamoto H, Ohnuma A, Furuyama W, Tsuda Y, Manzoor R, Yoshida R, Igarashi M, Takada A
  • Organizer: Options IX for the Control of Influenza
  • Place of Presentation: Chicago, Illinois, USA
  • Year and Date: 2016-08-24 – 2016-08-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 人獣共通感染症研究における計算科学の活用 (2016)
  • Author(s): 五十嵐 学
  • Organizer: 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～」
  • Place of Presentation: 東京都文京区、東京大学
  • Year and Date: 2016-07-22 – 2016-07-22
  • Invited
• [Remarks] 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/