将来発生する SARS類縁ウイルスに有効なワクチンへ

多様なウイルスに対抗する抗体を効率的に誘導する方法の開発

2021-10-8生命科学・医学系

研究成果のポイント

  • SARS類縁ウイルス間で構造的に保存されているタンパク領域に注目し、この領域に対して優位に抗体が作られるように、ウイルスサイドのスパイクタンパク質レセプター結合領域(RBD)を改変した
  • 改変RBDをマウスに免疫することにより、SARS類縁ウイルスに対しても防御効果を発揮した
  • このような改変形式を用いて、将来ヒトにおいて爆発的感染が生じる可能性のある新型コロナSARS類縁ウイルスに対して、有効なワクチン開発につながることが期待される

概要

大阪大学免疫学フロンティア研究センター分子制御研究室の新中須亮特任准教授(常勤)、黒﨑知博特任教授(常勤)、免疫制御研究室の榊原修平寄附研究部門准教授らのグループは、新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)のタンパク質を改変し、免疫することにより、新型コロナウイルスのみではなく、SARS類縁ウイルスである、SARS-CoV やWIV1-CoVウイルス感染に対しても有効なワクチンとして働くことを明らかにしました。

類縁SARSウイルス間で構造的に保存されている蛋白領域に対して優位に抗体を誘導することを目的に、構造的非保存領域であるヘッド領域にグリカンエンジニアリングを行い、この領域に対して抗体を誘導できない構造に変えた。この改変RBD抗原をマウスに免疫すると、期待通り、構造的に保存されているコアーRBD領域を認識する抗体が優位に誘導され、新型コロナウイルスのみならず、SARS-CoV,WIV1-CoV等類縁SARSウイルスに対しても高い防御効果を示した。

現在使われている新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)に対するワクチンは、変異のない新型コロナウイルスに対しては、十分な防御効果があることは証明されています。一方で、18年前にSARS類縁ウイルスの一つであるSARS-CoVウイルスの流行があったことを考えると、将来に今までヒトが経験してない異なる型のSARS類縁ウイルスの爆発的感染が再度生じることが大変危惧されます。現行新型コロナワクチンはSARS類縁ウイルス感染に対しては無効なので、有効なワクチン開発が待望されていました。

今回、研究グループは、

  1. SARS類縁ウイルス間で構造的に保存されているタンパク領域に注目し、この領域に対して優位に抗体が作られるように、ウイルスサイドのスパイクタンパク質レセプター結合領域(RBD)を改変した。
  2. 改変様式としては、RBDの類縁ウイルスで構造的非保存領域に「グリカンエンジニアリング」を行い、この領域に対して抗体を誘導できない構造に変えた。
  3. 改変RBDをマウスに免疫することにより、新型コロナウイルスのみならず、SARS-CoV, WIV1-CoV等のSARS類縁ウイルスに対しても防御効果を持つ抗体を誘導できた。
  4. 予想どおり、これらの抗体は構造的に保存されているRBD領域を認識する抗体であったことを明らかにした。

以上より、このような改変形式を用いてワクチンを作成することにより、将来予測されるSARS類縁ウイルスの爆発的感染に対しても有効なワクチン開発が期待されます。

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図 類縁SARSウイルス間で構造的に保存されている蛋白領域に対して優位に抗体を誘導することを目的に、構造的非保存領域であるヘッド領域にグリカンエンジニアリングを行い、この領域に対して抗体を誘導できない構造に変えた。この改変RBD抗原をマウスに免疫すると、期待通り、構造的に保存されているコアーRBD領域を認識する抗体が優位に誘導され、新型コロナウイルスのみならず、SARS-CoV,WIV1-CoV等類縁SARSウイルスに対しても高い防御効果を示した。

本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)

以上の結果より、将来ヒトにおいてSARS類縁ウイルスの爆発的感染が生じても、同様な原理を用いて有効なワクチンを開発することができると期待されます。

特記事項

本研究成果は、2021年10月8日(金)午後11時(日本時間)に米科学雑誌Journal of Experimental Medicine (JEM) ジャーナル・オブ・エクスペリメンタル・メディシンのオンライン版で公開されました。

【タイトル】 “Glycan engineering of the SARS-CoV-2 receptor-binding domain elicits cross-neutralizing antibodies for SARS-related viruses”
【著者】 Ryo Shinnakasu#, Shuhei Sakakibara#, Hiromi Yamamoto, Po-hung Wang, Saya Moriyama, Nicolas Sax, Chikako Ono, Atsushi Yamanaka, Yu Adachi, Taishi Onodera, Takashi Sato, Masaharu Shinkai, Ryosuke Suzuki, Yoshiharu Matsuura, Noritaka Hashii, Yoshimasa Takahashi, Takeshi Inoue, Kazuo Yamashita, and Tomohiro Kurosaki* (#; contributed equally, *; corresponding)

本研究は、2021年度日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究Aの一環で行われました。また、AMED新興・再興感染症に対する革新的医薬品等開発推進研究事業:病理学的アプローチによる先天性感染症・原因不明感染症診断法の開発(代表:国立感染症研究所感染病理部 鈴木忠樹部長)および免疫プロファイリングを基盤にしたCOVID-19ワクチンバイオマーカーの探索研究(代表:国立感染症研究所治療薬・ワクチン開発研究センター 高橋宜聖センター長)より支援を受けて実施されました。

用語説明

スパイクタンパク質レセプター結合領域(RBD)

Receptor Binding Domain (RBD)は、SARS-CoVやSARS-CoV-2 (新型コロナウイルス)のエンベロープタンパク質であるスパイクタンパク質(Spike)の一部で、細胞に侵入する際の受容体であるアンジオテンシン変換酵素2 (ACE2)と直接結合する領域のこと。

グリカンエンジニアリング

タンパク質のアミノ酸配列の中で狙ったアミノ酸に対して、配列特異的に糖鎖付加(グリコシル化)を誘導する技術のこと