かつては熱帯地域に限定されていた蚊媒介ウイルス感染症が拡大している。世界保健機関の推定によると、デングウイルスは毎年世界中で最大 4 億人を感染させており、この病気に対する有効な治療法は存在しない。現在、ストワーズ医学研究所の研究により、デングウイルスやその他数百種のウイルスが宿主内で増殖する驚くべき方法が明らかになり、新たな抗ウイルス治療やワクチンの開発に役立つ可能性がある。
ストワーズ博士課程研究員ルチアナ・カステラーノが、准研究員アリエル・バッツィーニ博士の研究室で主導し、 分子システム生物学 2024年7月22日に発表された研究で、デングウイルスのゲノムは、宿主の複製機構を利用して独自のタンパク質を作るのに、効率の悪いコドン、つまり「語彙」を使用していることが明らかになった。コドンとは、タンパク質を作るのに役立つ遺伝コード内の3つのヌクレオチドの配列、つまり「単語」のことである。研究者らは、他の何百ものウイルスも、蚊や人間の宿主にとって効率の悪い遺伝コード内の「単語」を使用していることを発見した。
「デング熱やその他のウイルスが細胞に感染する際に何を利用するかがわかったので、これらの致命的な病気を予防するのに役立つかもしれない手がかりが得られた」とバッツィーニ氏は語った。
感染中、宿主細胞とウイルスの侵入者は戦争状態にあります。武器を作るのと同じように、ウイルスと細胞はどちらも、戦って自らを守るためにタンパク質を作る必要があります。」
ルシアナ・カステラーノ、ストワーズ博士前期研究員
デングウイルスは増殖するために一本鎖RNAゲノムにコード化されたタンパク質を必要とするが、ウイルス自身ではそれを生成できない。ウイルスは宿主細胞のタンパク質生成機構を利用する必要があるため、研究者らはデングウイルスは蚊や人間と同様のコドンまたは「語彙」を使用するだろうと仮説を立てた。
「遺伝暗号はすべての生物に共通しており、タンパク質を構成するアミノ酸を指定するRNAの3ヌクレオチドの『単語』である64個のコドンが含まれている」とバツィーニ氏は述べた。
遺伝コードの性質上、複数のコドンが同じアミノ酸を指定することが可能です。言語の同義語のように機能し、同じアミノ酸を指定するコドンは同義コドンと呼ばれます。
しかし、それぞれの同義語が別個の単語であるのと同様に、それぞれの同義コドンには、細胞のタンパク質製造効率や RNA の安定性に影響を与える個別の特性があります。さらに、特定の同義コドンは、ある種では効率的で最適ですが、別の種では非効率的で最適ではありません。この概念はコドン最適性と呼ばれます。Bazzini 研究室は、ヒトや他の脊椎動物のコドン最適性コードを研究しており、この研究で研究者らは、蚊のゲノムも独自の最適性コードに従っていることを初めて特定しました。
研究者らは、当初の予想に反して、デングウイルスは蚊や人間の宿主にとって最適ではないと考えられる同義コドンを使用する傾向があることを発見した。
「デングウイルスが宿主の効率の悪いコドンを優先的に使用することがわかり、驚いた。おそらく、これは宿主の抗ウイルス反応を回避するための戦略なのだろう」とカステラーノ氏は語った。
「ウイルスは宿主に感染する間に突然変異を蓄積します。デングウイルスのゲノムにおけるこれらの効率の低いコドンへの突然変異が、蚊と人間の両方の細胞におけるデングウイルスの適応度を高めることを発見し、私たちは驚きました」と、この研究の鍵となる貢献をしたバツィーニ研究室のバイオインフォマティクスアナリスト、ライアン・マクナマラ氏は語った。
研究チームは、ヒトに感染する他の数百種類のウイルスを分析し、HIVやSARS-CoV-2を含む多くのウイルスが、ヒトに比べて効率の悪いコドンを優先的に使用していることを発見した。これは、ウイルスが宿主細胞のリソースをウイルスに有利な方法で使用するための戦略として、「非効率的な」ゲノムを進化させたことを示唆している。ウイルス間の保存された好みは、ウイルスがどのように進化するかだけでなく、宿主と病原体の関係が時間とともにどのように変化するかを理解することにも影響する。
「根本的に、この研究はウイルスと宿主細胞の関係についての私たちの考え方を変えた」とバッチーニ氏は語った。
「将来的には、ウイルスがこれらの非効率的なコドンを利用することでどのようなメリットを得ているのか、またウイルスが制御を得るためにどの分子を操作しているのかをより深く理解したいと考えています」とカステラーノ氏は語った。
疾病管理予防センターは、南北アメリカ大陸でのデング熱の症例が昨年から倍増したと報告し、米国での感染リスクが高まっていると警告している。
「蚊がより広範囲に、より地球規模の地域に広がっているため、デング熱やその他の蚊媒介ウイルス感染症と戦う方法について真剣に考え始める必要がある」とバッツィーニ氏は述べた。
ソース：
ジャーナル参照:
カリフォルニア州カステラーノ 等 （2024）デングウイルスは、ヒトと蚊の非最適コドンを優先的に使用します。 分子システム生物学。 doi.org/10.1038/s44320-024-00052-7。
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#研究によりデング熱の意外な侵入戦略が明らかに
2024-07-22 18:35:00