キャップひったくり防止: インフルエンザウイルスに対抗する新しいアプローチ

Signal Transduction and Targeted Therapy volume 8、記事番号: 193 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

塚本らによって Science1 に発表された最近の研究では、ストレプトマイセス属の天然産物であるツベルシジンの誘導体が、インフルエンザ A ウイルスと B ウイルス (それぞれ IAV と IBV) を選択的に阻害することが示されています。 この化合物は宿主RNAメチルトランスフェラーゼMTr1を標的とし、ウイルスの「キャップスナッチング」を防ぎます（図1）。 これらの結果は、ウイルス宿主依存性因子を標的とし、ウイルス耐性を誘発する可能性が低い新規薬剤の開発に役立つ可能性がある。

MTr1 阻害剤 TFTM は、IAV および IBV のキャップスナッチングを防止し、ウイルスの複製を制限します。 宿主の 5'cap0-mRNA は、細胞の Cap 特異的 mRNA (ヌクレオシド-2'-O-)-メチルトランスフェラーゼ 1 (MTr1) によって cap1 mRNA に成熟します。 IAV/IBV ウイルス ポリメラーゼ複合体 PB2/PA/PB1 は、MTr1 で修飾された cap1 構造を選択的に認識し、細胞の mRNA から切断して、ウイルス mRNA 合成用のプライマーとして使用します (「キャップ スナッチング」)。 カモフラージュされたウイルス mRNA はウイルスタンパク質に容易に翻訳され、最終的にウイルスの子孫を促進します。 トリフルオロメチルツベリシン (TFMT) は MTr1 を阻害し、IAV および IBV によるキャップスナッチングを防ぎ、ウイルスの複製を阻害します。

インフルエンザは依然として世界的な健康上の脅威であり、毎年数百万人が罹患し、数十万人が死亡しています。 継続的な監視にもかかわらず、どの人獣共通感染症ウイルス株が出現する可能性があるかを予測することは不可能であり、病気を予防するワクチンの効率は通常、わずか約 40 ～ 60% です。 ウイルスのノイラミニダーゼ (NA) またはイオン チャネル (M2) を標的とする薬剤は、臨床使用が承認されています 2。しかし、インフルエンザ ウイルスは急速に進化し (抗原ドリフト) 2、多くの流行している IAV および IBV 株は既存の治療薬に対して耐性があります。 したがって、インフルエンザに対する新しい治療戦略が切実に必要とされています。 さらに、異なる IAV 株に感染した鳥、ブタ、またはヒトの同時感染は、遺伝子の再集合 (抗遺伝子シフト) を引き起こし、既存の予防および治療手段に耐性のある新規ウイルス株の出現につながる可能性があります。 抗原の変化はまれですが、1918 年のスペイン風邪のパンデミックに見られるように、その影響は壊滅的なものとなる可能性があります。 重要なのは、ウイルス複製に重要な細胞因子を標的とする治療薬は、ウイルス耐性が発生しにくいということです。3

細胞の mRNA は、最初に 7-メチルグアノシンまたは 2,2,7-トリメチルグアノシン (cap0) によって 5' 末端がキャップされ、続いて細胞宿主の 2'-O-リボース メチルトランスフェラーゼ 1 (MTr1) によって最初のヌクレオチドがメチル化され、成熟したcap1構造。 これにより、リボソームによる認識が確実になり、mRNA が安定化し、自然免疫センサーによる認識が防止されます。 成功したウイルスは、ウイルス mRNA 上の成熟 cap1 構造を模倣して、免疫活性化を回避し、効率的な複製を確保します。 一部のウイルスは、独自のメチルトランスフェラーゼをコードして 5' キャップを修飾します。 対照的に、インフルエンザウイルスを含むブニヤウイルスおよびオルソミクソウイルスは、宿主細胞のmRNAから成熟cap1構造を「盗みます」(図1)。 'cap1 構造を解析し、捕捉した 5'cap1 RNA を新生ウイルス mRNA のプライマーとして使用します。 注目すべきことに、IAV ポリメラーゼの PB2 サブユニットは、以前から有望な薬剤標的として認識されていました。5 しかし、細胞の MTr1 酵素の阻害剤は報告されていません。

宿主を標的とした抗インフルエンザアプローチでMTr1を利用できるかどうかを評価するために、塚本らはまずMTr1発現を欠く細胞株を作製した。1 これらの細胞では、機能的ではあるが触媒的には不活性ではない異所性発現によってIAVとIBVの複製が大幅に減弱され、救済された。 MTr1。 注目すべきことに、ウイルスmRNAのみが障害を受け、細胞mRNA発現は障害されなかった。 MTr1 KO はさまざまな IAV および IBV 株を制限しましたが、D 型インフルエンザウイルスやブニヤウイルス科などの他のキャップスナッチウイルスにはほとんど影響を与えませんでした。 5597 の化合物のインシリコ スクリーニングと MTr1 結晶構造 (PDB ID: 4N49) を使用した分子ドッキング研究の後、彼らは、ストレプトミセス属から天然に存在するアデノシン類似体であるツベルシジンを推定上の結合パートナーとして同定しました。 インビトロ実験により、ツベルシジンが S-アデノシル-L-メチオニン結合ポケットとの相互作用を通じて MTr1 を阻害することが確認されました。 ツベルシジンは細胞毒性があるため、著者らは 100 を超えるツベルシジン関連化合物を使用して一連の洗練された実験を実施し、明らかな in vitro 毒性を持たずに MTr1 を標的とする効果的な抗ウイルス薬としてトリフルオロメチル ツベルシジン (TFMT) を特定しました。

著者らは、TFMTがヒト気管支肺初代細胞において、季節性株を含むさまざまなIAVおよびIBV株の複製をin vitroで阻害し、ex vivoではヒト肺外植片を感染やウイルス誘発性の病態から保護することを示した。 TFMT は、ヒト細胞と比較してマウス細胞株では有効性が低かったものの (IC50 7.7 μM vs 0.3 μM)、それでもマウスの IAV 感染による体重減少を防ぎ、in vivo でのウイルス複製レベルを低下させました。

TFMT処理によるMTr1阻害は、RIG-Iによって感知されて抗ウイルスIFN応答を誘導することが知られている未成熟cap0 RNAのレベルを増加させる可能性がある。 したがって、TFMT治療は、生来の抗ウイルス因子を誘導することによってインフルエンザウイルスを阻害する可能性がある。 しかし、塚本らは、自然免疫シグナル伝達の薬理学的阻害とセンサーの遺伝的KOを含む一連の実験で、TFMTが免疫調節を介するのではなく、キャップスナッチング活性に影響を与えることによってウイルス複製を直接阻害することを実証した。 彼らは、構造モデリングを使用して、MTr1 によって結合された cap1 に追加のメチル基が存在しないと、PB2 への結合が妨げられることを示しました。 注目すべきことに、代替メチルトランスフェラーゼの枯渇は IAV または IBV の複製に影響を与えません。 したがって、IAVおよびIBVのキャップスナッチングには、特にMTr1修飾キャップが必要ですが、他のメチルトランスフェラーゼによって処理されたキャップは必要ありません。 TFMT は承認された抗インフルエンザ薬と相乗的に作用し、バロキサビル マルボキシル耐性 IAV 変異体に対しても活性を維持します。

いくつかのキャップスナッチングウイルスはMTr1を必要とせず、バロキサビルおよびマルボキシル耐性があるため、IAVおよびIBVもTFMTに対する耐性を獲得できる可能性があります。 しかし、PB2 のキャップ結合部位にさまざまな変化を含む変異型 IAV 構築物は、一般に複製に MTr1 を必要としました。 したがって、キャップスナッチングの決定因子は保存されているようであり、MTr1阻害剤の発生に対する耐性が難しい可能性があることを示唆しています。 しかし、IAV と IBV の多用途性、および D 型インフルエンザウイルスのような密接に関連したウイルスにおける別のキャップスナッチ機構を考慮すると、将来的に耐性が発現する可能性は排除できません。

塚本らのこの研究は、ウイルス特性の基礎研究が抗ウイルス薬の開発にどのように応用できるかを印象的に示しています。 研究結果は有望ですが、いくつかの制限も注目に値します。 TFMT の IC50 は比較的高く、MTr1 は細胞の mRNA 成熟と免疫検出の回避において重要な役割を果たします。 この研究で分析されたマウスは、ウイルス曝露後1時間以内にTFMTの初回投与を受け、治療期間は2日間のみであった。 したがって、TFMT治療が炎症反応を誘発し、ヒトインフルエンザ治療の長期期間中に細胞タンパク質合成に影響を与える可能性があるかどうかは依然として不明である。 最後に、インフルエンザ患者は通常、症状が発現してから治療を開始するため、より現実的な条件下で TFMT の効果を調査することも重要です。

塚本 裕也 ほか細胞の RNA メチルトランスフェラーゼを阻害すると、インフルエンザ ウイルスのキャッピングと複製が無効になります。 サイエンス 379、586–591 (2023)。

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著者らは、DFG (CRC 1279) および BMBF (IMMUNOMOD、Restrict-SARS-CoV-2) によってサポートされています。

分子ウイルス研究所、ウルム大学医療センター、ウルム、ドイツ

コンスタンティン・M・J・スパーラー & フランク・キルヒホフ

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KMJS と FK が原稿を書き、図を作成しました。 すべての著者が記事を読んで承認しました。

フランク・キルヒホッフへの手紙。

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転載と許可

Sparrer、KMJ、Kirchhoff、F. キャップひったくり防止: インフルエンザウイルスに取り組む新しいアプローチ。 Sig Transduct Target Ther 8、193 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41392-023-01474-9

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受信日: 2023 年 3 月 21 日

改訂日: 2023 年 4 月 18 日

受理日: 2023 年 4 月 24 日

公開日: 2023 年 5 月 8 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-023-01474-9

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