July 20, 2015

Findings Provide Potential New Target To Interfere With Viral Life Cycle

By Jocelyn Duffy / 412-268-9982 / [email protected]

すべてのウイルスは、中の遺伝物質を包んで保護する産業用の強力な殻を持っており、ウイルス粒子の安定性と感染力、拡散力を維持できるようにします。 カーネギーメロン大学の生物物理学者であるAlex Evilevitch氏と同僚たちは、このたび、その強固な殻のアキレス腱を特定しました。

Herpes Simplex 1やPhage Lambdaなどのウイルスは、ウイルスDNA（緑）を包んで保護する丈夫な外殻（灰色）を持っています。 Alex Evilevitch 氏らはこのたび、この丈夫な外殻のアキレス腱であるウイルスの入り口 (赤) を突き止めました。

カプシドと呼ばれる外殻は、ウイルスの遺伝物質を包んでいます。 単純ヘルペスウイルス1型（HSV-1）などのウイルスは二本鎖DNAを含んでおり、その長い鎖が密に詰まっているため、カプシド内壁に数十気圧にも達する大きな圧力がかかっているのである。 Evilevitchは以前の研究で、HSV-1のこの圧力を初めて測定し、この圧力が、ウイルスのカプシドにある小さな門からDNAを宿主細胞へと押し出すことを示しました。

「ここで最もエキサイティングなことは、DNAの圧力がポータルの安定性にどのように影響するかを初めて明らかにしたことで、最終的に、どの温度でも時間とともにウイルスの安定性を決定します」と、物理学の准教授でCMUの細胞システムの力学および工学センターのメンバーであるEvilevitch氏は語ります。 今回の研究で明らかになったように、ポータル複合体は、ゲノムを保持するのに十分な安定性と、感染時にゲノムを効率的に放出するのに十分な不安定性という、キャプシドの微妙なバランスを維持するための鍵なのです」。 “ここで、我々は、ゲノム保持に関してウイルスの安定性を決定するのは、ポータル複合体自体の機械的強度であるという最初の実験的証拠を提供しています。”

“ここで最もエキサイティングなことは、DNA圧力がポータル安定性にどう影響するかを初めて示したことで、それは最終的に、どんな温度でもウイルスの長期安定性を決定しています。”と、Evilevitch氏は言いました。 – Alex Evilevitch

この研究のために、Evilevitchと彼のチームは、3つの異なる、細菌に感染する2つのウイルス(LambdaとP22)と、ヒト細胞に感染するウイルス(HSV-1)の門脈複合体の安定性を調べました。 3つのウイルスとも、カプシド壁に圧力をかける二本鎖DNAを含んでいます。

研究チームは、開発した新しい示差走査マイクロカロリメーター分析法を用いて、ウイルス試料を加熱し、門が開いてDNAを放出する温度を検出しました。 この温度は、門脈の機械的安定性を反映しています。

研究者たちは、研究したウイルスの種類ごとに、内部のパッケージ化されたDNAの長さを変え、異なる内部圧力を持つ変異株を作りました。 その結果、パッケージングされたDNAの量が多く、そのため圧力が高い変異体は、より低い温度でポータルからDNAを放出することが明らかになった。 この発見は、ゲノムがウイルスの門を押す機械的な力が、ウイルスの門を不安定にし、門が開きやすくしていることを示唆しています」

さらに研究チームは、3種類のウイルスについて、DNAを放出する温度を比較しました。 その結果、ゲノムが長く、したがって内部の圧力が高いウイルスほど、門脈の安定性が増すことが明らかになりました。

「私たちの結果は、門脈複合体が、感染時に効率的にDNAを放出するという要件と釣り合うように、パッケージされたゲノムの外側への力に耐えるように進化したことを示唆しています」とエヴィレビッチ氏は述べました。 「内圧と門脈の安定性の間のこのバランスをさらに理解することは、ウイルスの複製を妨害するための新しい洞察、および外来核酸を安定的に保持できる遺伝子治療用のウイルスベクターを設計するための洞察をもたらします」

EvilevitchとBauerに加え、このプロジェクトに関わっている研究者は以下のとおりです。 CMU の Dong Li 氏、ピッツバーグ大学医学部の Fred Homa 氏と Jamie Huffman 氏、ユタ大学医学部の Kasandra Wilson 氏、Justin Leavitt 氏、Sherwood Casjens 氏、ルイジアナ州立大学獣医学部の Joel Baines 氏などです。

この研究は、スウェーデン研究評議会と国立科学財団（AEにCHE-1152770）の資金援助を受け、さらに公衆衛生局の助成金と国立衛生研究所のトレーニング助成金からの支援を受けています

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