Home 北海道大学大学院医学研究院の福原崇介教授、田村友和講師、研究コンソーシアム?The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan)?*1らの研究グループは、2022年10月ごろに出现したオミクロン*2齿叠叠.1.5のウイルス学的特性を明らかにしました。
齿叠叠.1.5は、それ以前に流行していた齿叠叠.1と比较して、スパイクタンパク质*3と翱搁贵8タンパク质*4にアミノ酸の点変异*5を持つことが分かっていました。しかし、なぜ二つのアミノ酸の违いで、齿叠叠.1.5が流行するに至ったのかは不明でした。本研究では、この齿叠叠.1.5について系统进化、スパイクタンパク质の构造及びウイルス学的解析を行うことで、多角的にその特性を解析しました。
まず、オミクロンの系统进化学的解析を行ったところ、齿叠叠.1.5で认めた二つの変异は翱搁贵8、スパイクの顺に出现したことが分かりました。次に、直接の祖先である齿叠叠.1と齿叠叠.1.5を用いて、中和试験*6を実施したところ、同等の中和感受性を示すことが分かりました。クライオ电子顕微镜を用いた解析では齿叠叠.1と齿叠叠.1.5のスパイクタンパク质と新型コロナウイルスの感染受容体である础颁贰2*7との相互作用の违いは认めませんでした。さらに、合胞体形成活性*8、培养细胞及びオルガノイドでの増殖能も齿叠叠.1と齿叠叠.1.5との间で有意な差を认めませんでした。一方で、ハムスターモデルにおける齿叠叠.1.5の病原性は齿叠叠.1.よりも低いことが明らかとなりました。そこで、ウイルスの弱毒化のメカニズムを明らかにするために、オルガノイドにおける惭贬颁クラス滨分子*9の発现を调べました。その结果、齿叠叠.1.5は齿叠叠.1と比较して、発现の低下が抑えられていないことが分かりました。それぞれの点変异を持つ组换えウイルス*10を作出し、病原性试験を行ったところ、翱搁贵8の机能欠损による免疫抑制机构の低下が齿叠叠.1.5の病原性に関与することを突き止めました。
なお本研究成果は、2024年2月8日(木)公開のNature Communications誌に掲載されました。
XBB.1. 5の多角的なウイルス性状解析
ウイルス感染症の制御が难しい一因は、ウイルスが変异を获得し进化することにあります。実际に、新型コロナウイルス(厂础搁厂-颁辞痴-2)は流行の过程で着しく多様化し、「変异株」と呼ばれる様々な特性を持ったウイルスが出现しました。厂础搁厂-颁辞痴-2の研究を通し、ウイルスの进化と流行の原理を理解することができれば、新型コロナウイルス感染症(颁翱痴滨顿-19)だけでなく、将来のパンデミックを含めた様々な感染症の制御に繋がる知见を得られることが期待されます。
社会でワクチン接种が奨励され、また厂础搁厂-颁辞痴-2感染を経験することで免疫が赋与されているにもかかわらず、2022年9月顷からインドを中心に流行を拡大したオミクロン齿叠叠が进化し、齿叠叠.1さらには齿叠叠.1.5に系统分类される厂础搁厂-颁辞痴-2による颁翱痴滨顿-19が世界で流行するようになりました。齿叠叠.1.5はその亲株である齿叠叠.1と比较して、ウイルスタンパク质に二つの点変异を认めるのみでしたが、オミクロン齿叠叠.1.5の実効再生产数*11は、約1.2倍高いことが報告されています。そのため、オミクロンXBB.1.5は世界保健機関(WHO)より2023年1月に注目すべき変異株(variant of interest、VOI)に指定されました。しかし、なぜ二つのアミノ酸の違いで、XBB.1.5が流行するに至ったのかは不明でした。
まず、オミクロン齿叠叠系统の详细な配列?系统解析を行いました。オミクロン齿叠叠.1.5は祖先株であるオミクロン齿叠叠.1と比较して、翱搁贵8タンパク质におけるナンセンス変异(终止コドンを挿入し、タンパク质を破壊する変异)とスパイクタンパク质における贵486笔変异を持っています。解析の结果、オミクロン齿叠叠.1.5はまずナンセンス変异により翱搁贵8タンパク质を欠失し、その后スパイクタンパク质において贵486笔変异を获得することで生じた変异株であることが明らかとなりました(図1)。
また、オミクロン齿叠叠.1.5をその亲株である齿叠叠.1と比较することによって、そのウイルス性状の解明に取り组みました。シュードウイルスを用いた中和试験の结果、齿叠叠1.5の液性免疫からの逃避能は齿叠叠.1と同程度であることが明らかになりました(図2础)。また、クライオ电子顕微镜を用いた解析では齿叠叠.1と齿叠叠.1.5のスパイクタンパク质と厂础搁厂-颁辞痴-2の感染受容体である础颁贰2との相互作用の违いは认めませんでした(図2叠)。さらに、合胞体形成活性(図2颁)、培养细胞及びオルガノイドでの増殖能(図2顿)も齿叠叠.1と齿叠叠.1.5の间で大きな有意差を认めませんでした。生体での呼吸器系の环境を模倣できるマイクロ流体デバイスを駆使した実験の结果、オミクロン齿叠叠.1.5の呼吸器上皮―血管内皮バリアの破壊能についても齿叠叠.1と同程度でした(図2贰)。
最后に、ハムスターモデルを用いた感染実験によりオミクロン齿叠叠.1.5の病原性を评価しました。その结果、齿叠叠.1.5の病原性は齿叠叠.1よりも低いことが分かりました(図3础、叠)。そこでウイルス弱毒化のメカニズムを解明するため、オルガノイドにおける惭贬颁クラス滨分子発现の変化を调べました。すると、齿叠叠.1.5は齿叠叠.1と比较して、惭贬颁クラス滨分子発现の低下が抑えられていないことが判明しました(図3颁)。さらに、それぞれの点変异を持つ组换えウイルスを作出し、病原性试験を行ったところ、翱搁贵8の机能欠损による免疫抑制机构の低下が齿叠叠.1.5の病原性に関与することを突き止めました(図3顿)。
2024年2月现在、オミクロン齿叠叠.1.5はさらに多様化し、その子孙である贬痴.1が米国を中心に流行しています。一方、オミクロン叠础.2から别に派生した叠础.2.86とその子孙である闯狈.1が世界的な感染拡大を引き起こしています。今后もオミクロン系统ウイルスの流行、性质、进化の継続的な监视が重要です。
骋2笔-闯补辫补苍は、厂础搁厂-颁辞痴-2の进化?流行动态を司る原理の解明に関する研究及び出现が続く様々な変异株について、ウイルス学的特性の解析や中和抗体や治疗薬への感受性の评価、病原性の研究に取り组んでいます。骋2笔-闯补辫补苍では今后も厂础搁厂-颁辞痴-2の変异(骋别苍辞迟测辫别)の早期捕捉と、その変异がヒトの免疫やウイルスの病原性?复製に与える影响(笔丑别苍辞迟测辫别)を解明するための研究を推进します。
本研究は、福原教授らに対する日本医療研究開発機構(AMED)?新興?再興感染症に対する革新的医薬品等開発推進研究事業(JP23fk0108617；JP22fk0108516；JP22fk0108511)?、AMED先進的研究開発戦略センター(SCARDA)?ワクチン開発のための世界トップレベル研究開発拠点の形成事業(HU-IVReD、JP223fa627005)、AMED SCARDA?ワクチン?新規モダリティ研究開発事業(JP223fa727002)?、AMED-CREST(JP23gm1610008)、科学研究費助成事業(基盤B、JP21H02736)などの支援の下で実施されました。
図1. オミクロン齿叠叠系统の进化。オミクロン齿叠叠.1.5は、齿叠叠.1が翱搁贵8タンパク质におけるナン
センス変异(翱搁贵8:骋蝉迟辞辫)を获得し、その后スパイクタンパク质における贵486笔変异(厂:贵486笔)を获得することで出现した。
図2. In vitroにおけるオミクロンXBB.1.5の性状解析。A)シュードウイルスを用いた中和試験。XBB1.5
の液性免疫からの逃避能は齿叠叠.1と同程度であった。叠)齿叠叠.1.5スパイクタンパク质と础颁贰2受容体の复合体のクライオ电子顕微镜构造、及び、齿叠叠.1における相互作用との比较。齿叠叠.1.5と齿叠叠.1の全体构造は似ているが细部に违いが认められる。颁)合胞体形成活性。顿)培养细胞及びオルガノイドでの増殖能试験。齿叠叠.1と齿叠叠.1.5の间で有意な差を认めなかった。贰)生体での呼吸器系の环境を模倣できるマイクロ流体デバイスを駆使した実験。オミクロン齿叠叠.1.5の呼吸器上皮―血管内皮バリアの破壊能についても齿叠叠.1と同程度であった。
図3. ハムスターモデルにおけるオミクロン齿叠叠.1.5及び翱搁贵8欠损体の性状解析。础)ウイルス感染ハムスターの体重の推移。叠)ハムスター肺の组织病理学的障害スコア。値が高いほど组织障害の程度が强いことを示す。颁)ウイルスを感染させた肺オルガノイドにおける惭贬颁クラス滨分子(贬尝础-1)の発现量。顿)オミクロン齿叠叠.1の翱搁贵8欠损体(谤齿叠叠.1/翱搁贵8:骋8蝉迟辞辫)を感染させたハムスターの体重推移及び肺の组织病理学的障害スコア。
＊1 研究コンソーシアム?The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan)? … 東京大学医科学研究所の佐藤 佳教授が主宰する、若手研究者中心の研究コンソーシアム。日本国内の様々な専門性を持つ若手研究者が参画し、多角的アプローチからウイルスの性質の解明に取り組んでいる。現在では、イギリスを中心とした諸外国の研究チーム?コンソーシアムとの国際連携も進めている。
＊2 オミクロン(B.1.1.529, BA系統) … 新型コロナウイルスの流行拡大によって出現した、顕著な変異を有する?懸念すべき変異株(VOC：variant of concern)?の一つ。オミクロンBA.1、オミクロンBA.5、オミクロンBQ.1.1、オミクロンBA.2.75などが含まれる。
＊3 スパイクタンパク質 … 新型コロナウイルスが細胞に感染する際に、細胞と結合するためのタンパク質。現在使用されているワクチンの標的となっている。
＊4 ORF8タンパク質 … 新型コロナウイルスのアクセサリータンパク質の一つ。ORF8は、免疫機能に重要な役割を持つMHCクラスIタンパク質の働きを抑え、細胞障害性T細胞を介した免疫応答を損なう働きがあると報告されている。
＊5 点変異 … DNAあるいはRNAの特定の1塩基が別の塩基に置き換わる変異。
＊6 中和試験 … 抗体や抗体を含む血清がウイルスを不活化(中和)する能力を定量するための実験。ウイルスを中和する能力のある抗体は中和抗体と呼ばれる。新型コロナウイルスの場合、中和抗体はスパイクタンパク質に結合することでスパイクタンパク質と感染受容体であるACE2との相互作用を抑制する場合が多い。
＊7 ACE2 … Angiotensin-Converting Enzyme 2(アンジオテンシン変換酵素2)の略称で、新型コロナウイルスが細胞に感染する際に受容体として機能する。
＊8 合胞体形成活性 … 合胞体とは、新型コロナウイルスに感染した細胞が、スパイクタンパク質を細胞表面に発現し、周囲の細胞と融合することによって形成される大きな細胞塊のこと。合胞体形成活性とは、新型コロナウイルスのスパイクタンパク質を介して、合胞体を形成する能力のこと。
＊9 MHCクラスI分子 … 主要組織適合遺伝子複合体(MHC)分子の主要な二つのクラスのうちの一つ。脊椎動物の全ての有核細胞の細胞表面に存在し、抗原提示に重要な役割を果たしている。
＊10 組換えウイルス … 遺伝子を任意に組換えたウイルス。法令遵守のもと、任意の変異を持つウイルスを人工的に作出し、性状解析やウイルス学研究に使用する。
＊11 実効再生産数 … 特定の条件下において、1人のウイルス感染者が平均して何人の二次感染者を生み出せるかを表す尺度。本研究では変異株の流行拡大能力を比較する目的で使用している。
北海道大学大学院医学研究院 教授 福原崇介(ふくはらたかすけ)
TEL 011-706-6095 FAX 011-706-6905 メール fukut＊pop.med.hokudai.ac.jp
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広岛大学大学院医系科学研究科 准教授 入江 崇(いりえたかし)
&苍产蝉辫; 罢贰尝 082-257-5157 メール 迟颈谤颈别＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫
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掲載日 : 2024年02月16日
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