高精細核酸解析技術と先駆的ウイルス動態解析技術との融合による HIV潜伏感染克服へ向けた新規治療標的創出研究
研究課題情報
- 課題管理番号
- 21fk0410023h0003
- 統合プロジェクト(二期)
疾患基礎研究プロジェクト<第二期>
- 9つの連携分野プロジェクト
その他<第一期>
- 事業名
感染症実用化研究事業 ,
エイズ対策実用化研究事業
- タグ(2021)
研究の性格: 生命・病態解明等を目指す研究
開発フェーズ: 基礎的
対象疾患: その他
疾患領域: 感染症
開発目的: 予防・健康 , 診断 , 治療
- タグ(2020)
研究の性格: 研究基盤及び創薬基盤の整備研究<創薬技術・ICT基盤・プラットフォーム関係含む>
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: その他
疾患領域: 感染症
開発目的: 治療
- タグ(2019)
研究の性格: 研究基盤及び創薬基盤の整備研究<創薬技術・ICT基盤・プラットフォーム関係含む>
開発フェーズ: 該当なし
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: 感染症および寄生虫症
- 代表研究機関
- 国立大学法人熊本大学
- 研究代表者
(2021) 佐藤賢文, 国立大学法人熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター・教授
(2020) 佐藤賢文, 国立大学法人熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター・教授
(2019) 佐藤賢文, 国立大学法人熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター・教授
- 研究期間
- 2019年度 - 2021年度
- 課題への総配分額
- 117,000 千円
- 研究概要(2021)
- 1. 潜伏感染機序解明に向けたシングルセルデータ取得として: 1年度目のタイマー蛍光タンパク搭載HIVを用いてJurkat細胞へ感染実験を進める。さらにウイルス感染ダイナミクスが観察可能なHIV持続感染細胞をPrimary T細胞で樹立する。Jurkat T細胞と同様にタイマー蛍光タンパクによるウイルス感染ダイナミクス測定を行う。異なる感染状態の細胞をソーティングして、scRNA-seqデータ取得を行う。取得されたscRNA-seqデータについて、Bioinformatics解析を行う。3年間の研究の総括を行い、治療標的創出へ向け候補分子の絞り込みを行う。2. 持続潜伏感染維持に関わる宿主因子機能解析として: 1、2年度目に引き続き潜伏感染制御宿主候補要因データベース構築作業を継続するが、2年目の研究は1年目で得られた候補遺伝子の機能解析、特に潜伏感染に関わるメカニズム解析に重心を置く。主にクロマチン免疫沈降法やATAC-seq解析など必要性に応じて研究を推進する。また薬剤標的としての適性を評価する。
- 研究概要(2020)
- タイマー蛍光タンパクを搭載した組み換えHIV感染細胞を樹立して、ウイルス潜伏化・活性化状態の時間情報解析を可能にする実験系を確立する。樹立した感染細胞系を用いて、FACSによるタイマー蛍光タンパク情報を測定することで、ウイルス感染のダイナミックな解析を可能にする。更に、それぞれの細胞分画を分収して、単細胞トランスクリプトームデータ取得をChromium社のシングルセル解析システムを用いて行う。シングルセルトランスクリプトームデータをつなぎ合わせて、擬似的な時系列データを再構成する手法が報告されている。感染細胞集団の一部から潜伏感染細胞が生まれる過程を連続時間的に捉えることが可能となり、潜伏感染成立動態を定式化する多階層数理モデル構築に必要な基礎データを取得する
- 研究概要(2019)
- タイマー蛍光タンパクを搭載した組み換えHIV感染細胞を樹立して、ウイルス潜伏化・活性化状態の時間情報解析を可能にする実験系を確立する。樹立した感染細胞系を用いて、FACSによるタイマー蛍光タンパク情報を測定することで、ウイルス感染のダイナミックな解析を可能にする。更に、それぞれの細胞分画を分収して、単細胞トランスクリプトームデータ取得をChromium社のシングルセル解析システムを用いて行う。シングルセルトランスクリプトームデータをつなぎ合わせて、擬似的な時系列データを再構成する手法が報告されている。感染細胞集団の一部から潜伏感染細胞が生まれる過程を連続時間的に捉えることが可能となり、潜伏感染成立動態を定式化する多階層数理モデル構築に必要な基礎データを取得する
研究成果情報
2021
2020
2019
成果の概要
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①感染早期における潜伏感染細胞形成メカニズム解明に関して、
昨年度までに、JurkatとTHP-1細胞でそれぞれ10のタイマーHIV感染クローン樹立を行い、各クローンにおけるプロウイルスのコピー数と全塩基配列、組み込み部位情報を、HIV-1 DNA-capture法にて決定した(Sci Rep 2019)。各感染クローンは、基本的に潜伏状態を示すが、一部の細胞は自発的なタイマー蛍光タンパクが陽性となり、sporadicに潜伏解除して、ウイルス発現がONになる分画が存在する事が判明した。これらクローンに対して、潜伏促進剤を加えると、潜伏の促進効果を認めたことから、本研究で樹立した感染クローンは今後のHIV潜伏感染を標的とした薬剤評価やメカニズム研究に有用な資源になると考えられた。ウイルス遺伝子発現動態の定量的評価のために、昨年度樹立したタイマー蛍光タンパク計測によるHIV感染細胞の内部状態を考慮した多階層数理モデルを用いて、潜伏感染解除薬剤(LRA)のウイルス遺伝子発現への影響など評価し、現在研究成果を論文発表準備が進行中である。また、タイマーHIV感染細胞のそれぞれのタイマータンパク陽性分画をソーティング後、シングルセル解析を行い、潜伏化に関わる因子の探索を行っている。
②慢性持続潜伏期における潜伏感染維持メカニズム解明に関して
初年度に引き続き、従来とは異なる新しい作用機序、よりウイルス特異性の高い作用機序を有するLRAの開発を目指した研究を進めた。Nanolucレポーター遺伝子を搭載HIV潜伏感染細胞THP-1クローンを用いて機能遺伝子発現抑制細胞ライブラリー解析で特定した、潜伏感染維持に関わる宿主分子を同定し、その中の1つ分子Aについて更なる検討を進めた。その遺伝子発現をノックダウンするとHIVの再活性化を認め、RNA-seq解析により、従来のLRA処理に比べ、ノックダウン細胞では、プロウイルスにより特異的高く転写活性促進作用を有するとの結果を得た。これらの結果から、分子Aはプロウイルス特異的潜伏感染解除薬剤(LRAs)の標的候補分子と考えられる。さらに、分子Aの阻害剤の候補が複数特定されたため、現在更なる解析を進めている。
③In vivo解析に関して
国立国際医療研究センター エイズ治療・研究開発センターにてHIV感染者症例の集積を継続して行った。昨年度より分担者に加わった山本拓也博士とともにSIV感染カニクイザルのcontrollerとprogressorの2群で脾臓中のCD4T細胞分画をソーティングして、DNA,RNA抽出を行い、生体内におけるウイルスリザーバの局在が、従来の報告通りにTfh分画に多く存在する事を確認した。In vivoのウイルスリザーバの解析モデルとして、同霊長類モデルが有用である事が示された。
昨年度までに、JurkatとTHP-1細胞でそれぞれ10のタイマーHIV感染クローン樹立を行い、各クローンにおけるプロウイルスのコピー数と全塩基配列、組み込み部位情報を、HIV-1 DNA-capture法にて決定した(Sci Rep 2019)。各感染クローンは、基本的に潜伏状態を示すが、一部の細胞は自発的なタイマー蛍光タンパクが陽性となり、sporadicに潜伏解除して、ウイルス発現がONになる分画が存在する事が判明した。これらクローンに対して、潜伏促進剤を加えると、潜伏の促進効果を認めたことから、本研究で樹立した感染クローンは今後のHIV潜伏感染を標的とした薬剤評価やメカニズム研究に有用な資源になると考えられた。ウイルス遺伝子発現動態の定量的評価のために、昨年度樹立したタイマー蛍光タンパク計測によるHIV感染細胞の内部状態を考慮した多階層数理モデルを用いて、潜伏感染解除薬剤(LRA)のウイルス遺伝子発現への影響など評価し、現在研究成果を論文発表準備が進行中である。また、タイマーHIV感染細胞のそれぞれのタイマータンパク陽性分画をソーティング後、シングルセル解析を行い、潜伏化に関わる因子の探索を行っている。
②慢性持続潜伏期における潜伏感染維持メカニズム解明に関して
初年度に引き続き、従来とは異なる新しい作用機序、よりウイルス特異性の高い作用機序を有するLRAの開発を目指した研究を進めた。Nanolucレポーター遺伝子を搭載HIV潜伏感染細胞THP-1クローンを用いて機能遺伝子発現抑制細胞ライブラリー解析で特定した、潜伏感染維持に関わる宿主分子を同定し、その中の1つ分子Aについて更なる検討を進めた。その遺伝子発現をノックダウンするとHIVの再活性化を認め、RNA-seq解析により、従来のLRA処理に比べ、ノックダウン細胞では、プロウイルスにより特異的高く転写活性促進作用を有するとの結果を得た。これらの結果から、分子Aはプロウイルス特異的潜伏感染解除薬剤(LRAs)の標的候補分子と考えられる。さらに、分子Aの阻害剤の候補が複数特定されたため、現在更なる解析を進めている。
③In vivo解析に関して
国立国際医療研究センター エイズ治療・研究開発センターにてHIV感染者症例の集積を継続して行った。昨年度より分担者に加わった山本拓也博士とともにSIV感染カニクイザルのcontrollerとprogressorの2群で脾臓中のCD4T細胞分画をソーティングして、DNA,RNA抽出を行い、生体内におけるウイルスリザーバの局在が、従来の報告通りにTfh分画に多く存在する事を確認した。In vivoのウイルスリザーバの解析モデルとして、同霊長類モデルが有用である事が示された。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Matsuda K, Islam S, Takada T, Tsuchiya K, Tan B, Hattori S, Katsuya H, Kitagawa K, Kim K, Matsuo M, Sugata K, Delino N, Gatanaga H, Yoshimura K, Matsushita S, Mitsuya H, Iwami S, Satou Y. A widely distributed HIV-1 provirus elimination assay to evaluate latency-reversing agents in vitro. Cell Reports Methods. 2021, 1, 8, 100122, doi: https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2021.100134
2. Katsuya H, Cook L, Rowan AG, Melamed A, Turpin J, Ito J, Islam S, Miyazato P, Tan B, Matsuo M, Miyakawa T, Nakata H, Matsushita S, Taylor GP, Bangham CRM, Kimura S, Satou Y. Clonality of HIV-1 and HTLV-1 infected cells in naturally coinfected individuals. The Journal of Infectious Diseases. 2022, 225, 2, 317-326, doi: 10.1093/infdis/jiab202
3. Nogimori T, Sugawara Y, Higashiguchi M, Murakami H, Akita H, Takahama S, Tanaka S, Yamamoto T*. A 31-parameter panel for comprehensive immunophenotyping of multiple immune cells in human peripheral blood mononuclear cells. Cytometry A. 2021 Aug 6. doi:10.1002/cyto.a.24490.
4. Maeda K, Amano M, Uemura Y, Tsuchiya K, Matsushima T, Noda K, Shimizu Y, Fujiwara A, Takamatsu Y, Ichikawa Y, Nishimura H, Kinoshita M, Matsumoto S, Gatanaga H, Yoshimura K, Oka S, Mikami A, Sugiura W, Sato T, Yoshida T, Shimada S, Mitsuya H. Correlates of Neutralizing/SARS-CoV-2-S1-binding Antibody Response with Adverse Effects and Immune Kinetics in BNT162b2-Vaccinated Individuals. Sci Rep. 2021, 11: 22848, doi: 10.1038/s41598-021-01930-y.
5. Hayashi Y, Tsuchiya K, Yamamoto M, Nemoto-Sasaki Y, Tanigawa K, Hama K, Ueda Y, Tanikawa T, Gohda J, Maeda K, Inoue JI, Yamashita A. N-(4-Hydroxyphenyl) retinamide suppresses SARS-CoV-2 spike protein-mediated cell-cell fusion by a dihydroceramide Δ4-desaturase 1-independent mechanism. J Virol. 2021, 95: e0080721, doi: 10.1128/JVI.00807-21.
6. Inada M, Ishikane M, Terada M, Matsunaga A, Maeda K, Tsuchiya K, Miura K, Sairenji Y, Kinoshita N, Ujiie M, Kutsuna S, Ishizaka Y, Mitsuya H, Ohmagari N. Asymptomatic COVID-19 re-infection in a Japanese male by elevated half-maximal inhibitory concentration (IC50) of neutralizing antibodies. J Infect Chemother. 2021, 27: 1063-7, doi: 10.1016/j.jiac.2021.04.017.
7. Ciftci H, Tateishi H, Koiwai K, Koga R, Anraku K, Monde K, Dag C, Destan E, Yuksel B, Ayan E, Yildirim G, Yigin M, Ertem FB, Shafiei A, Guven O, Besler SO, Sierra RG, Yoon CH, Su Z, Liang M, Acar B, Haliloglu T, Otsuka M, Yumoto F, Fujita M, Senda T, DeMirci H. Structural insight into host plasma membrane association and assembly of HIV-1 matrix protein. Sci.Rep. 2021. 4. doi: 10.1038/s41598-021-95236-8.
8. Kamo M., Ito M., Toma T., Gotoh H., Shimozono R., Nakagawa R., Koga R., Monde K., Tateishi H., Misumi S., Otsuka M., Fujita M. Discovery of anti-cell migration activity of an anti-HIV heterocyclic compound by identification of its binding protein hnRNP M. Bioorg Chem. 2021. doi: 10.1016/j.bioorg.2021.104627.
9. Arakawa M., Tabata K., Ishida K., Kobayashi M., Arimoto M., Arai A., Ishikawa T., Suzuki R., Takeuchi H., Tripathi LP., Mizuguchi K., and Morita E. Flavivirus recruits NPL4-VCP complex to induce stress granule disassembly for efficient viral genome replication. Journal of Biological Chemistry, 2022, 298(3) 101597.
10. Tani-Sassa C., Iwasaki Y., Ichimura N., Nagano K., Takatsuki Y., Yuasa S., Takahashi Y., Nakajima J., Sonobe K., Nukui Y., Takeuchi H., Tanimoto K., Tanaka Y., Kimura A., and Tohda S. Viral loads and profile of the patients infected with SARS-CoV-2 Delta, Alpha or R.1 variants in Tokyo. Journal of Medical Virology, 2022, 94: 1707-1710.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. A new in-vitro model to monitor HIV-1 proviral transcription by timer-fluorescence protein. Reda O, Satou Y, Cold Spring Harbor Laboratory meetings: Retroviruses, 2021/5/27, 国外, 口頭
国外 / 口頭
2. Elucidating mechanism of HIV latency establishment by utilizing HIV - Fluorescent Timer in ex vivo model system. Sakhor W, Satou Y, 第23回 Summer Retrovirus Conference (SRC), 2021/7/1-7/2, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
3. Investigation of HIV-1 latency mechanisms in THP-1 cells harboring intact HIV-1 provirus. Rahman A, Reda O, Sakhor W, Matsuo M, Takeuchi H, Sugata K, Satou Y, 第23回 Summer Retrovirus Conference (SRC), 2021/7/1-7/2, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
4. Investigation of full-length HIV-1 provirus latency in different models,Rahman A, Reda O, Sakhor W, Matsuo M, Takeuchi H, Sugata K, Satou Y, 22nd Kumamoto AIDS Seminar, 2021/10/18-19, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
5. A new in-vitro model to monitor HIV-1 proviral transcription by timer-fluorescence protein, Reda O, Satou Y, 22nd Kumamoto AIDS Seminar 2021, 2021/10/18-19, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
6. A new in-vitro model to monitor HIV-1 proviral transcription by timer-fluorescence protein. Reda O, Satou Y, 18th European AIDs conference, 2021/10/29, 国外, 口頭
国外 / 口頭
7. HIVウイルスリザーバー:現状と課題, 佐藤賢文, 第35回日本エイズ学会、2021/11/21-23, 国内, 口頭
国内 / 口頭
8. Establishment of HIV latency in primary human CD4+ T cells by utilizing HIV - Fluorescent Timer system. Sakhor W, Satou Y, 22nd Kumamoto AIDS Seminar 2021, 2021/10/18-19, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
9. Drug screening targeting the HIV-1 Gag, Perpetual Nyame, Akihiro Togami, Tomofumi Yoshida, Hiromi Terasawa, Nami Monde, Tomohiro Sawa, Mikako Fujita, Yosuke Maeda, Hiroshi Tateishi, Kazuaki Monde, 21st Kumamoto AIDS seminar, 2021/11/11, 国外, 口頭
国外 / 口頭
10. HIV-1潜伏感染を制御する宿主細胞因子の同定および機能解析, 北村春樹, 飯島夏樹, 山岡昇司, 武内寛明, 第68回日本ウイルス学会学術集会, 2021/11/17, 国内, シンポジウム講演.
国内 / 口頭
「国民との科学・技術対話社会」に対する取り組み
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1. 本邦由来SARS-CoV-2ゲノムの分子系統解析, 武内寛明, 株式会社QIAGENウェビナー, 2021/7/21, 国内
国内
2. HIVウイルスリザーバー:現状と課題, 佐藤賢文, 第35回日本エイズ学会SCBシンポジウム、2021/11/21-23, 国内, 口頭
国内