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マールブルグウイルス核タンパク質-RNA複合体の立体構造解析

藤春(藤田), 陽子 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k24271

2022.09.26

概要

フィロウイルス科に属するマールブルグウイルスは、近縁種のエボラウイルスと同様に、ヒトに対して高い致死率の熱性疾患を引き起こす。その高い病原性のため、感染性ウイルスの取り扱いはバイオセーフティーレベル4施設に制限されており、マールブルグウイルスの研究は十分に進んでいない。そのため、マールブルグウイルスの細胞内増殖機構の全容は未解明のままであり、抗ウイルス薬も未だ存在しない。

マールブルグウイルスの核タンパク質(NP)は、一本鎖マイナス鎖のウイルスゲノムRNAと結合し、螺旋状のNP-RNA複合体を形成する。この螺旋状NP-RNA複合体は、ウイルスのRNA合成を担うヌクレオキャプシドの中心構造である。ヌクレオキャプシドが形成される際、最初のステップとして、NPとRNAが適切な相互作用を介して螺旋状のNPRNA複合体を形成すると考えられているが、その形成機構は未解明であった。そこで本研究では、NP-RNA複合体の立体構造を高分解能で決定し、NP-RNA複合体の形成に重要な相互作用を明らかにすることで、ヌクレオキャプシド形成機構を解明することを目的とした。

マールブルグウイルスのNPタンパク質を発現させた哺乳類細胞から螺旋状のNPRNA複合体を精製し、クライオ電子顕微鏡法を用いた単粒子解析を行った。その結果、マールブルグウイルスのNP-RNA複合体の立体構造を3.1Åの分解能で決定した。マールブルグウイルスNP-RNA複合体は、N末端アームドメイン、N末端ローブドメイン、C末端ローブドメインから構成され、N末端ローブドメインとC末端ローブドメインの間に6塩基のRNAが結合していた。RNAの近傍に存在する塩基性アミノ酸の側鎖がRNAの糖リン酸骨格と相互作用していたことから、NPは配列非依存的にRNAと結合することが示唆された。また、N末端アームドメインはNP分子の側方に伸び、短いヘリックス構造を介して隣接するNPと結合していた。この短いヘリックス構造は隣接するNPのC末端ローブに存在する疎水性ポケットと結合していたことから、隣接するNP-NP間の相互作用には疎水性相互作用が重要と考えられた。さらに、本研究で得られた構造をエボラウイルスのNP-RNA複合体の構造と比較したところ、Root Mean Square Deviationは約1.0Åであり、両ウイルスのNP-RNA複合体形成には共通した機構が存在することが示唆された。次に、マールブルグウイルスNPの変異体を作製し、螺旋状NP-RNA複合体形成とウイルスRNA合成に重要なアミノ酸残基を解析した。その結果、螺旋状NP-RNA複合体の形成にはN末端アームドメインの6番目のロイシンを介した疎水性相互作用が必須であること、また、RNAとの結合にはN末端ローブドメイン上の142番目、153番目のリシンが必須であることを明らかにした。興味深いことに、エボラウイルスのNPにおいても、相当するアミノ酸残基が螺旋状NP-RNA複合体形成やウイルスRNA合成に必須であることを明らかにした。

以上の結果は、マールブルグウイルスのヌクレオキャプシド形成機構の理解に資するものである。本研究で同定した螺旋状NP-RNA複合体形成やウイルスRNA合成に必須のアミノ酸残基は、マールブルグウイルスやエボラウイルスを含むフィロウイルスのNPに広く保存されていたことから、今後、当該アミノ酸残基を含む領域を標的とした抗フィロウイルス薬開発へと進展することが期待される。

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