研究者らがCOVID-19との戦いで画期的な成果を達成

ライス大学のホセ・オヌチッチ氏とノースイースタン大学のポール・ウィットフォード氏が率いるチームは、両名ともライス大学理論生物物理学センター（CTBP）の国立科学財団物理フロンティアセンターの研究者であり、COVID-19の原因ウイルスである重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）との戦いにおいて新たな発見をした。

同チームは、エール大学の研究者ウォルター・モース氏とウェンウェイ・リー氏が率いる実験チームと協力し、ウイルスが人間の細胞に感染する仕組みと、ウイルスを無力化する方法について新たな知見を得た。研究結果は8月15日付けのサイエンス誌に掲載された。

SARS-CoV-2 は、スパイクタンパク質を使ってヒト細胞上のアンジオテンシン変換酵素 2 に付着し、細胞に侵入するプロセスを開始します。スパイクタンパク質には、ウイルスの異なる株間で大きく異なる S1 ドメインと、異なるコロナウイルス間で高度に保存されている S2 ドメインという 2 つの主要な部分があります。この類似性により、S2 ドメインは多くのウイルス株に効果を発揮する可能性のあるワクチンや治療法の有望なターゲットとなっています。

研究者らは、シミュレーションと理論的予測を、ウイルス侵入中の初期および最終構成や中間状態などの実験協力者からの構造情報と組み合わせることで、原子レベルでの感染プロセスの詳細な図を得た。

「スパイクタンパク質のこれらの中間状態を理解することで、治療と予防の新たな機会が生まれます」と、ハリー・C・アンド・オルガ・K・ヴィース物理学教授であり、物理学と天文学、化学、生物科学の教授で、CTBPの共同ディレクターでもあるオヌチッチ氏は述べた。「私たちの研究は、ウイルス感染などの複雑な問題に取り組むには、理論的アプローチと実験的アプローチを組み合わせることの重要性を示しています。」

イェール大学の実験研究者らは、クライオ電子トモグラフィーと呼ばれる高度な画像化技術を使用して、融合プロセス中に変化するスパイクタンパク質の詳細なスナップショットを撮影した。

彼らは、S2ドメインのステムヘリックスと呼ばれる特定部分を標的とする抗体を発見した。この抗体はスパイクタンパク質に結合し、融合に必要な形状に再折り畳まれるのを阻止することができる。これにより、ウイルスがヒト細胞に侵入するのを防ぐことができる。

「私たちの研究は、感染中にスパイクタンパク質がどのように形を変えるのか、そして抗体がどのようにこの過程を阻止できるのかを詳細に理解するものです」とオヌチッチ氏は述べた。「この分子レベルの洞察は、さまざまなコロナウイルス株を標的としたワクチンや治療法の設計に新たな可能性をもたらします。」

研究者たちは、理論モデルと実験データを組み合わせてこの発見を成し遂げました。スパイクタンパク質のシミュレーションと実験画像を組み合わせることで、これまでは見えなかったタンパク質の中間状態を捉えました。この統合アプローチにより、感染プロセスを原子レベルで理解することができました。

「理論的手法と実験的手法の相乗効果が、我々の成功にとって極めて重要だった」とノースイースタン大学物理学部の教授、ウィットフォード氏は述べた。「我々の研究結果は、ウイルスのほとんどの変異体に効果を発揮する可能性のある、新たな治療ターゲットとワクチン開発戦略を浮き彫りにしている。」

研究チームの発見は、COVID-19と闘い、関連ウイルスの将来の流行に備えるための継続的な取り組みにおいて重要な意味を持つ。保存されたS2ドメインを標的とすることで、科学者はウイルスが変異しても効果を維持するワクチンや治療法を開発できる。

「この研究は、COVID-19や将来出現する可能性のある他のコロナウイルスとの戦いにおいて前進となる」と、米国立科学財団物理学部門のディレクター、ソール・ゴンザレス氏は述べた。「複雑な生物学的メカニズムにおける基本的な物理的仕組みを理解することは、私たちの健康を守り、命を救うことができる、より効果的で普遍的な治療法を開発するために不可欠だ」

この研究は、国立科学財団、国立衛生研究所、カナダ保健研究機構、カナダ研究委員会、ウェルチ財団の支援を受けて行われました。

グルンスト MW、チン Z、ドデロ＝ロハス E、ディン S、プレボスト J、チェン Y、フー Y、パスジェ M、ウー S、シェ X、フィンジ A、オヌッチ JN、ホイットフォード PC、モーセス W、リー W.
膜における SARS-CoV-2 スパイクの再折り畳みの構造と阻害。
サイエンス. 2024年8月16日;385(6710):757-765. doi: 10.1126/サイエンス.adn5658