LKS医学部（HKUMed）と香港大学工学部（HKU）の学際的な研究チームは、SARS-CoV-2変異が疾患の重症度に及ぼす影響を迅速に評価するための革新的なスクリーニングプラットフォームの開発に成功した。 従来の方法と比較して、このプラットフォームは最大 39 倍の速度向上を達成しました。 さらに、研究者らは、感染細胞が非感染細胞と融合する細胞融合として知られるプロセスであるシンシチウム形成に変異がどのように影響するかを理解することに焦点を当てた。 この研究は、公衆衛生に重大なリスクをもたらす可能性のある新たなウイルス変異種を特定するのに役立ちます。 研究チームはまた、疾患の重症度を軽減できる2つのFDA承認薬を特定した。 この研究結果は、Nature Biomedical Engineering 誌に掲載されました。 [link to publication]そしてその研究に基づいて特許出願が行われています。
背景
新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の世界的なパンデミックを引き起こした SARS-CoV-2 ウイルスは、出現以来継続的に進化しています。 スパイクタンパク質の変異は、さまざまな程度の感染力と致死性を引き起こす可能性があります。 スパイクタンパク質は、ヒト ACE2 受容体に結合し、隣接する未感染細胞と融合して合胞体を形成することにより、ウイルス感染において重要な役割を果たし、これがウイルスの蔓延と疾患の重症化に寄与します。 科学者らは、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の重症例では肺に合胞体細胞が見られることが多いことを発見し、スパイクによる細胞融合と感染重症度との関連性を示す証拠を提供した。
細胞間融合を評価する大規模スクリーニングは、融合プロセスを迅速に測定する方法が必要なため、困難です。 これまでの研究では、スパイク変異体を個別に構築して監視し、合胞体を形成する可能性を評価していましたが、これは技術的にもコストがかかりました。 これに対処するために、研究チームは革新的なスクリーニング方法と高度な遺伝子技術を使用して、合胞体形成の促進に関与する特定の遺伝的および細胞的要因を特定しました。 この研究は、融合を阻止し、ウイルスの拡散を潜在的に制限するための効果的な介入と治療法を開発するために重要です。
研究結果
研究チームは、細胞が融合する際に検出可能なシグナルを生成するスプリット緑色蛍光タンパク質（GFP）を含む特別なシステムを使用した。 彼らは、これをマイクロ流体工学ベースのシステムおよび大規模突然変異誘発と組み合わせて、広範囲のスパイクタンパク質バリアントおよびその融合能力の迅速なスクリーニングおよび分析のための新しいプラットフォームを作成しました。
研究者らは、スパイクタンパク質とその変異を研究することで、デルタ株などの特定の変異株がウイルスの元の株よりも大きな合胞体を形成することを発見した。 彼らは、単一の K854H 変異が Omicron 変異体を、低率から高率まで融合を形成する株に変換できることを発見しました。 さらに、この研究で見つかったいくつかの変異は、オミクロンやデルタなどの以前の変異株で見られたものと同様に変異性があると予測されており、これらの新たな変異は将来のウイルス進化で出現する可能性があるため、監視下に置く必要があることが明らかになった。
スクリーニングプロセスの効率を高めるために、チームは、サイズ排除選択を使用して融合細胞と未融合細胞を大規模に選別する新しい戦略を開発しました。これにより、迅速なスクリーニングが可能になりました。 この方法では、従来の方法と比較して80％以上の正解率を達成しました。
サイズ排除選択戦略を採用して、研究チームはゲノムワイドなCRISPRスクリーニングを実施し、シンシチウム形成に寄与する細胞取り込み機構に関与する2つの細胞因子、AP2M1とFCHO2を同定した。 次に研究者らは、現在抗精神病薬の目的で使用されている2つのFDA承認薬であるクロルプロマジンとフルボキサミンを試験し、細胞への取り込みを阻害した。 ハムスターモデルでの実験では、これらの薬剤がスパイクタンパク質によって誘導されるシンシチウム形成を阻害し、疾患の重症度を軽減する可能性があることが示された。
研究の意義
この研究の重要性は、ハイスループット CRISPR スクリーニング、大規模突然変異誘発、液滴マイクロ流体工学、ウイルス学を組み合わせた学際的なアプローチにあります。 液滴マイクロ流体システムにより、ハイスループットな方法での細胞間相互作用の研究が可能になり、高解像度のデータが提供されました。 ペア細胞システムは、HIV、RSV、ヘルペスウイルス科、SARS-CoV-2、およびシンシチウム形成を誘導する他のコロナウイルス科を含むさまざまなウイルスの融合原性を系統的にプロファイリングできる可能性があります。 ハイスループットプロファイリングシステムと CRISPR スクリーニングの組み合わせにより、シンシチウム形成と闘い、SARS-CoV-2 感染の重症度を軽減する潜在的な治療標的の発見につながりました。
研究を主導した香港医科大学生物医科学部のアラン・ウォン・シウラン准教授は、「これらの革新的なシステムにより、SARS-CoV-2の変異を大規模に迅速に追跡し、治療選択肢を特定することが可能になる」と述べた。 また、がん免疫療法を含む生物医学研究に関連するさまざまな病理学的および生理学的細胞融合条件の研究にも広く応用できます。」
同氏は今後に向けて、「この研究から得られた方法と知識は公衆衛生の取り組みに貢献し、新型コロナウイルス感染症や細胞融合を伴うその他の疾患の治療介入の開発への洞察を提供する可能性がある」と付け加えた。
研究チームについて
HKU共同研究チームは、HKUMed生物医科学部のAlan Wong Siu-lun教授とGigi Choi Ching-gee博士、およびHKUMed臨床医学部微生物学科のChu Hin教授によって率いられました。 工学部機械工学科のアンダーソン・シュム・ホチョン教授と。 共同研究チームには、生物医科学部の Charles Chan Wai-fong 氏、Wang Bei 氏、Chu Hoi-yee 氏、HKUMed 臨床医学院微生物学科の Huang Xiner 氏と Luo Cuiting 氏も含まれています。 工学部機械工学科のLang Nan博士とMao Tianjiao博士。
謝辞
この研究は、中国国家自然科学財団 (優秀若手科学者基金) の支援を受けました。 香港特別行政区政府イノベーション・テクノロジー委員会が資金提供するHealth@InnoHKイニシアチブに基づく、腫瘍学・免疫学センターおよび先進生物医学機器センター。 および香港研究助成評議会の下にある共同研究基金。
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#HKUMed #のテクノロジーが新型コロナウイルスの影響を追跡し治療法を特定
2024-04-05 04:35:00