High-order epistasis and functional coupling of infection steps drive virus evolution toward independence from a host pathway

Minetaro Arita

Microbiology Spectrum, In Press: DOI: https://doi.org/10.1128/Spectrum.00800-21

ウイルスが宿主の細胞に感染するためには、宿主の様々な遺伝子を必要とします。RNAウイルス研究のモデルウイルスであるエンテロウイルスでは、宿主のPI4KB遺伝子およびOSBP遺伝子が複製に必要であることが知られています。また、これらを標的とする抗エンテロウイルス化合物の研究から、これらの遺伝子に依存しないウイルス変異株が4つの変異で生じることが明らかにされています。このうち２つの変異はウイルスRNAの複製に必要ですが、残り２つの変異の役割は不明でした。今回の研究で、役割が不明だった１つの変異がウイルスの細胞間の広がりを促進することを見出しました。この現象には、３つの変異がウイルスゲノムに導入される順番・組み合わせが必須であり（遺伝学用語でエピスタシスと呼ばれます）、これによりウイルス感染過程が促進され、最終的にウイルスの細胞間の広がりが促進されることが明らかにされました。今後さらに研究を進めることにより、ウイルスの進化における宿主因子の役割が解明されることが期待されます。

Amino Acid Polymorphism in Hepatitis B Virus Associated with Functional Cure.

Takashi Honda, Norie Yamada, Asako Murayama, Masaaki Shiina, Hussein Hassan Aly, Asuka Kato, Takanori Ito, Yoji Ishizu, Teiji Kuzuya, Masatoshi Ishigami, Yoshiki Murakami, Tomohisa Tanaka, Kohji Moriishi, Hironori Nishitsuji, Kunitada Shimotohno, Tetsuya Ishikawa, Mitsuhiro Fujishiro, Masamichi Muramatsu, Takaji Wakita, Takanobu Kato.

Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2021 Aug 2;S2352-345X(21)00159-4. doi: 10.1016/j.jcmgh.2021.07.013. Online ahead of print.

現行のB型慢性肝炎治療ではHBs抗原の陰性化すなわち機能的治癒が治療目標とされている。そこで機能的治癒との関連が報告されているHBVコア領域I97Lの変異がHBVの感染増殖に与える影響を解析した。

HBV感染系においてI97L変異株は通常のHBV株と比較して低い感染性を示した。さらに超遠心密度勾配法での解析により、I97L変異株では通常のHBVゲノムである不完全二本鎖ではなく、主に一本鎖ゲノムを持つ未熟なウイルスが産生されることが明らかとなった。この未熟なウイルスの感染性を評価したところ、細胞への吸着や侵入効率には差を認めなかったが、感染後のcccDNA生成効率が低下していた。これらの結果から、このI97L変異による未熟なHBV産生が感染細胞におけるcccDNA合成効率を低下させ、患者中のHBV量を減少させることで機能的治癒の成立に関与していると考えられた。

Subacute SARS-CoV-2 replication can be controlled in the absence of CD8+ T cells in cynomolgus macaques.

Nomura T, Yamamoto H, Nishizawa M, Hau TTT, Harada S, Ishii H, Seki S, Nakamura-Hoshi M, Okazaki M, Daigen S, Kawana-Tachikawa A, Nagata N, Iwata-Yoshikawa N, Shiwa N, Iida S, Katano H, Suzuki T, Park ES, Maeda K, Suzaki Y, Ami Y, Matano T.

PLoS Pathogens. 2021 Jul 19;17(7):e1009668. Online ahead of print. (doi: 10.1371/journal.ppat.1009668.)

SARS-CoV-2感染によるCOVID-19の多くは軽症であるが、一部は致死的な呼吸器症状を示す。重症化のメカニズムは不明であり宿主免疫の機能不全が関与する可能性が考えられている。

この課題の解決を目的として、本研究ではSARS-CoV-2経鼻感染カニクイザルモデルを構築し、抗CD8抗体投与によるCD8陽性細胞枯渇実験を行った。予想に反して投与群と非投与群の鼻咽頭スワブおよび口腔スワブ中のvRNAコピー数および感染性ウイルス力価に有意な差異はなく、CD8陽性T細胞非存在下でも、SARS-CoV-2複製は制御されうることが示された。 CD8陽性T細胞はSARS-CoV-2感染制御に寄与しうると考えられるが、本研究は、SARS-CoV-2感染において、CD8陽性T細胞の機能不全だけでは、感染制御不全・重症化に直結するわけではないことを示すものである。

Temporal Maturation of Neutralizing Antibodies in COVID-19 Convalescent Individuals Improves Potency and Breadth to Circulating SARS-CoV-2 Variants

Saya Moriyama, Yu Adachi, Takashi Sato, Keisuke Tonouchi, Lin Sun, Shuetsu Fukushi, Souichi Yamada, Hitomi Kinoshita, Kiyoko Nojima, Takayuki Kanno, Minoru Tobiume, Keita Ishijima, Yudai Kuroda, Eun-Sil Park, Taishi Onodera, Takayuki Matsumura, Tomohiro Takano, Kazutaka Terahara, Masanori Isogawa, Ayae Nishiyama, Ai Kawana-Tachikawa, Masaharu Shinkai, Natsuo Tachikawa, Shigeki Nakamura, Takahiro Okai, Kazu Okuma, Tetsuro Matano, Tsuguto Fujimoto, Ken Maeda, Makoto Ohnishi, Takaji Wakita, Tadaki Suzuki, and Yoshimasa Takahashi

Immunity, in press | doi; https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.06.015

新型コロナウイルスの一部の変異株は、回復者やワクチン接種者が獲得する中和抗体から逃避するというデータが相次いで報告され、今後のワクチン戦略にも影響を与える可能性が指摘されている。本研究ではCOVID-19回復者の中和抗体の量と質を最長10ヶ月間に渡り経時的に解析した。主要な中和抗体の標的部位であるスパイクタンパクの宿主レセプター結合領域 (receptor binding domain; RBD)に変異株に特徴的な変異を入れた変異株RBDタンパクを作製し、変異感受性・変異耐性抗体を定量したところ、変異株RBDにも結合する変異耐性抗体はCOVID-19重症度に関わらず減衰速度が緩やかで持続性に優れ、親和性が上昇していた。さらに、抗体あたりの中和活性と変異株に対する交差中和活性が経時的に増加しており、我々の免疫系は変異株にも適応力のある質の高い抗体の比率を時間と共に高めることが可能であると考えられる。

Identification of Anti-Severe Acute Respiratory Syndrome-Related Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Oxysterol Derivatives In Vitro

Ohashi H, Wang F, Stappenbeck F, Tsuchimoto K, Kobayashi C, Saso W, Kataoka M, Yamasaki M, Kuramochi K, Muramatsu M, Suzuki T, Sureau C, Takeda M, Wakita T, *Parhami F, *Watashi K

Int J Mol Sci. 22(6): 3163. (2021) doi: 10.3390/ijms22063163

新型コロナウイルス感染症(COVID-19)に対する治療薬開発は人類喫緊の課題である。本研究ではこれまでB型肝炎ウイルスなど別種ウイルスに対して抗ウイルス活性を持つ天然酸化ステロールの中から、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)の複製を阻害するものを見出した。またこれを基にした新規合成酸化ステロールの中から、感染細胞から放出されるウイルスRNAを1日で最大1%以下にまで減少させる合成酸化ステロールOxy210を見出した。Oxy210は、SARS-CoV-2の感染細胞内でのゲノム複製場である二重膜小胞の形成を低下させること可能性が示唆された。本研究成果は新規COVID-19治療法開発に向けた有用な知見である。

Potential anti-COVID-19 agents, cepharanthine and nelfinavir, and their usage for combination treatment

Ohashi H, Watashi K*, Saso W, Shionoya K, Iwanami S, Hirokawa T, Shirai T, Kanaya S, Ito Y, Kim KS, Nomura T, Suzuki T, Nishioka K, Ando S, Ejima K, Koizumi Y, Tanaka T, Aoki S, Kuramochi K, Suzuki T, Hashiguchi T, Maenaka K, Matano T, Muramatsu M, Saijo M, Aihara K, Iwami S, Takeda M, McKeating JA, Wakita T

iScience 24(4):102367. (2021) doi: 10.1016/j.isci.2021.102367

新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の制圧は喫緊の課題である。

本研究では約300種の既承認薬の新型コロナウイルス増殖への効果を培養細胞系で検証した。抗HIV治療薬のネルフィナビルおよび白血球減少症/脱毛症治療薬セファランチンはそれぞれ感染細胞から放出されるウイルスRNAを1日で最大0.01%以下にまで強く減少させ、この2剤の併用により、1日でウイルスRNA産生を検出限界以下に低下させた。作用機序として、ネルフィナビルはウイルス複製に必要なメインプロテアーゼに、セファランチンはウイルスと細胞の吸着に必要なウイルスのスパイクタンパク質にそれぞれ結合する可能性が示唆された。本研究成果は早期のCOVID-19治療法開発に向けた有用な知見である。

Mefloquine, a Potent anti-Severe Acute Respiratory Syndrome-related Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) drug as an entry inhibitor in vitro

Shionoya K, Yamasaki M, Iwanami S, Ito Y, Fukushi S, Ohashi H, Saso W, Tanaka T, Aoki S, Kuramochi K, Iwami S, Takahashi Y, Suzuki T, Muramatsu M, Takeda M, Wakita T, Watashi K*

Front Microbiol. 12:651403. doi: 10.3389/fmicb.2021.651403

新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の制圧は喫緊の課題である。

新型コロナウイルス感染症(COVID-19)は2021年5月現在も世界的に大きな問題となっている新興感染症であるが、これに有効な抗ウイルス薬は未だほとんど無い。