最近のサル痘ウイルス Mpox の再出現と発生により、ポックスウイルスは再び公衆衛生上の脅威となり、ポックスウイルスに関する基本的な知識の重要なギャップが浮き彫りになりました。今回、オーストリア科学技術研究所（ISTA）の研究チームは、さまざまなクライオEM技術と分子モデリングを組み合わせることにより、ポックスウイルスの中心構造の謎を明らかにした。
これらの研究結果は、Nature Structural & Molecular Biology誌に掲載され、ポックスウイルスの中核を標的とした将来の治療研究に役立つでしょう。
天然痘ウイルスは最も悪名高いポックスウイルスであり、人間にとって最も致死性の高いウイルスの 1 つです。天然痘を引き起こすことで大混乱を引き起こしましたが、天然痘は1980年まで根絶されませんでした。別のワクシニアウイルスを使用した大規模なワクチン接種キャンペーンのおかげで根絶に成功することができました。 2022年から2023年にかけてサル痘ウイルスが再出現し大発生したことは、ウイルスが常に公衆衛生上の脅威の最前線に戻る方法を見つけるだろうということを改めて私たちに思い出させます。重要なことに、このことは、今日まで答えられていないポックスウイルスに関する基本的な疑問を浮き彫りにしています。
基本的な疑問の 1 つが問題の核心です。「ポックスウイルスが感染力を持つためには、ウイルスのコアが正しく形成されなければならないことはわかっています。しかし、このポックスウイルスのコアは何でできており、その構成要素はどのように結合して機能するのでしょうか?」この研究の責任著者で国際科学技術協会の助教授であるフロリアン・シュール氏は尋ねた。
シュール氏と彼のチームは現在、ミッシングリンクであるA10と呼ばれるタンパク質を発見した。興味深いことに、A10 は臨床的に関連するすべてのポックスウイルスに共通のタンパク質です。
さらに、研究者らは、A10 がポックスウイルスのコアの主要構成要素の 1 つであることも発見しました。この知識は、ポックスウイルスの中核を標的とした治療法に関する将来の研究に役立つ可能性があります。
ウイルスコアは、すべての感染性ポックスウイルスに共通する因子の 1 つです。 「ウイルス学、生化学、遺伝学におけるこれまでの実験では、ポックスウイルスのいくつかの候補コアタンパク質が提案されましたが、実験的に得られた構造は利用できませんでした」と、この研究の共同筆頭著者で国際科学技術研究所の博士課程学生であるジュリア・ダトラー氏は述べた。 」
したがって、研究チームはまず、今や有名になった人工知能ベースの分子モデリングツールAlphaFoldを使用して、主要な候補コアタンパク質モデルについて計算による予測を実行しました。同時に、ダトラー氏はウイルス学の背景とShureグループの主な専門知識であるクライオ電子顕微鏡法、略してクライオEMを利用して、プロジェクトの生化学的および構造的基盤を築きました。
「私たちは、最先端のクライオ電子顕微鏡技術とAlphaFold分子モデリング技術を組み合わせました。これにより、ポックスウイルスのコア、つまりウイルスゲノムをカプセル化して感染細胞に放出するウイルス内部の『安全な』または『バイオリアクター』の詳細なビューが初めて得られました」とシュール氏は述べた。
「これはちょっとした賭けでしたが、最終的にはこの複雑な問題を研究するための適切な手法の組み合わせを見つけることができました」と、この研究の共同筆頭著者であるポスドクのジェシー・ハンセン氏は語った。
国際科学技術研究所の研究者は、「生きた」ワクシニアウイルスの成熟ウイルスと精製されたポックスウイルスのコアをあらゆる角度から研究しました。
「私たちは、ポックスウイルスの核の全体像を得るために、『古典的な』単粒子クライオ電子顕微鏡法、クライオ電子断層撮影法、サブイメージ平均法、AlphaFold解析を組み合わせました」とダトラー氏は語った。 「クライオ電子断層撮影法を使用すると、研究者はサンプルを徐々に傾けながら画像を取得し、ウイルス全体と同じ大きさの生体サンプルの 3 次元ボリュームを再構成できます。」
「これはウイルスのCTスキャンを行うようなものです。クライオ電子断層撮影法は私たちの研究室の『専門分野』であり、ウイルス全体、その核心、内部のナノメートルスケールの解像度を得ることができます。」
さらに、研究者らは観察された形状に AlphaFold モデルをパズルのように当てはめることができ、ポックスウイルスの核を構成する分子を特定することができました。その中で、候補コアタンパク質 A10 が際立っており、主成分の 1 つとなります。 「A10がポックスウイルスのコアの重要な構造要素を定義していることがわかりました」とダトラー氏は語った。
これらの発見は、過去数十年間に生成された構造的およびウイルス学的データを解釈するための重要なリソースです。
これらの発見に至るまでの道のりは簡単ではありませんでした。 「私たちは最初から自分たちの道を見つける必要がある」とダトラー氏は語った。
ダトラー氏は、生化学、ウイルス学、構造生物学の専門知識を活用してワクシニアウイルスサンプルを単離、増殖、精製し、これらのサンプルの構造研究を最適化しながら無傷のウイルスコアを精製するためのプロトコルを開発しました。 「構造的に、これらのウイルスコアを研究するのは非常に困難です。しかし幸運なことに、私たちの忍耐と楽観主義が功を奏しました。」
ISTAの研究者らは、彼らの発見がポックスウイルスの中核を標的とした将来の治療法のための知識プラットフォームを提供できる可能性があると確信している。
「例えば、ウイルスのコアの集合を妨げたり、感染中にウイルスのDNAを分解して放出したりするために薬剤を使用することを検討することもできるだろう」とシューア氏は結論づけた。 「最終的には、ここで行われた基礎的なウイルス研究により、将来起こり得るウイルスの発生に対してより適切に備えることができるようになります。」
コンパイルされたソース: ScitechDaily