molbio 20111129 最近の更新履歴 Dr Hishiki's classroom (日紫喜研究室)

(1)

1

第回章感染症遺伝子

ン遺伝子医療革命読

日紫喜良

基礎分子生物学講義

(2)

2

章概要

• ^ン

• ^病原体 ^守 ^遺伝子

• ^医療

• • ^結核

• ^ン ^ン

•

(3)

3

感染症

• ^病原体 ^要因 ^対し

– ^病原体 ^生物学

– ^治療薬

– ^病原体 ^配列解明 ^意義

• ^宿主 ^要因 ^対し

– ^病気 ^やす ^抵抗力 ^免

疫

– ^免疫機構 ^研究

– ^ワ ^ン ^開発

– ^配列解明 ^意義

(4)

4

国内 _HIV/ 患者数変化

ン

厚生労働省健康局疾病対策課成日

成第四半期発生件数第₁₂₄回動向委員会

報告新規感染者患者報告数等概要

(5)

5

感染経路齢層

(6)

6

報告義務あ感染症

左表

http://www.city.kyoto.lg.jp/hokenfukushi/cmsfil es/contents/0000064/64675/kansensyou2106 26-3.pdf

HIV ^感染症 ^{感染症発生動向調査}

対象疾患五類感染症全数

後天性免疫不全症候群し

報告す

HIV ^感染し ^い ^者

診断患者

発症しいい無症状病原体保

者

後天性免疫不全症候群し届出

いい者死亡し場合

感染症死亡者死体

分類報告す

横浜衛生研究所 _HP

(7)

7

HIV ^感染

• HIV ^皮膚 ^傷口や ^口 ^性器 ^粘膜 ^侵入

• ^免疫 ^塔 ^あ ^CD4 ^陽性 ^ン ^球 ^T

胞感染し破壊 _→ 免疫力

• ^無症候期 ¹⁰ ^程度

– ^自覚症状 ^い ^人 ^感染

– ^毎日 ¹⁰⁰ ^{億個程度増殖}

• ^{関連症候群} AIDS-Related Complex ARC

– ^ン ^節 ^腫脹 ^発熱 ^痢 ^体重減少 ^{倦怠感や寝汗等}

– ^{日和見感染症} ^悪性腫瘍 ^肉腫 ^神経症状 ^HIV

脳症

– ^{日和見感染症} ^ュ ^肺炎 ^肺炎 ^ン

症髄膜炎感染症

参考横浜衛生研究所

感染症情報ン _HP

http://www.city.yokohama.lg.jp/kenko/eiken/i dsc/disease/hiv.html

(8)

8

HIV ^構造

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2702717/

ン _(env) ン質構造

配列多様性見 _→ワン

製造困しい

HIV RNA ^構造 ^ン ^質 ^す

(9)

9

HIV ^感染機構

株式会社 ₂₀₀₈ ₁₂ ₂₅日

抗_HIV薬ン錠製造販売得

日本初 _HIV 侵入阻害す経口_HIV感染症治療薬

CCR5 or CXCR4

(10)

10

造血幹胞移植

国立研究ン対策情報ン

情報 http://ganjoho.jp/public/cancer/data/

ML_auto_SCT.html

悪性ン腫造血幹胞移植自家移植

造血胞

白血病ン

腫治療法

基本

造血胞総入

替え

(11)

11

HIV ^感染者 ^造血幹 ^胞移植

…We transplanted stem cells from a donor who was homozygous for CCR5 delta32 in a patient with acute myeloid leukemia and HIV-1 infection.

The patient remained without viral rebound 20 months after transplantation and discontinuation of antiretroviral therapy.

This outcome demonstrates the critical role CCR5 plays in maintaining HIV-1 infection.

(12)

12

患者幹胞移植前骨髄胞遺伝子型

移植後日目 _CCR5遺伝

子遺伝子型 _Δ32

ＣＣＲ遺伝子遺伝子型

(A) HIV ^数 ^激減しＣＭ

抵抗すン球数

増加

(B) _{→ →} ^時間経過

HIV ^抗原 ^検出

い対照

し _HIV陰性血液

(13)

13

Dr. Gero Hütter isn't an AIDS specialist, but he

'functionally cured' a patient, who shows no sign of the disease.

While cautioning that the Berlin case could be a fluke, David Baltimore, who won a Nobel prize for his

research on tumor viruses, deemed it "a very good sign" and a virtual "proof of principle" for gene-therapy approaches. Dr. Baltimore and his colleague, University of California at Los Angeles researcher Irvin Chen,

have developed a gene therapy strategy against HIV that works in a similar way to the Berlin case. Drs.

Baltimore and Chen have formed a private company to develop the therapy.

(14)

14

免疫反応関す遺伝子？

• Gene Ontology (GO) terms ^遺伝子 ^annotation ^検索す

• GO: ^遺伝子 ^構造 ^機能 ^記述す ^統一化 ^語彙

– Biological Process (BP), Cellular Component (CC), Molecular Function (MF)

– ^階層的 ^整理 ^Is-a ^概念 ^概念関 ^{, Part-of} ^全体 ^部分関

• GO:0002376

– immune system response (BP)

• GO Browser ^い ^い ^あ

– ex. AmiGO (The Gene Ontology Consortium)

• http://amigo.geneontology.org/cgi-bin/amigo/go.cgi

– ^遺伝子 ^限定し ^検索 → ^例 Cancer Gene Anatomy

Project (CGAP) GO browser

• http://cgap.nci.nih.gov/Genes/GOBrowser

病原体守遺伝子

(15)

15

CGAP GO Browser ^検索

遺伝子

http://cgap.nci.nih.gov/Genes/GoGeneQuery?PAGE=1&ORG=Hs&GOID=0002376

Gene Info:

遺伝子詳

情報

(16)

16

Gene Info ^中 GO Annotation ^例

Eouropean Bioinformatics

Initiatives (EBI) ^ン

質 annotation (GO

Annotation: GOA) ^基

Immune System

Response ^概念

(17)

17

進化

医療

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2702717/

間 _Env ン

質酸配列 ₃₀～

50%^異

ワン製造しす

(18)

18

HIV ^感染後 ^免疫抑制

CCR5 ^ン ^質 ^手 ^し

粘膜樹状胞い _CD4+T

胞 _T 胞_{, Th} 感染

胞中隠 _HIV

増殖

CTL T ^胞 ^一種 HIV ^感

染し _T 胞破壊_→T 胞減少

HIV ^抗原 ^識す T ^胞 Th ^増

殖す _HIV 感染ししう

Daniel E. Cohen and Bruce D. Walker. Human Immunodeficieny Virus Pathogenesis and Prospects for Immune Control in Patients with Established InfectionClin Infect Dis. (2001) 32 (12): 1756-1768.

医療

(19)

19

CCR5Δ32 ^変異

Liu R, Paxton WA, Choe S, Ceradini D, Martin SR, Horuk R, MacDonald ME, Stuhlmann H, Koup RA, Landau NR. Homozygous defect in HIV-1 coreceptor accounts for resistance of some multiply-exposed individuals to HIV-1 infection. Cell. 1996 Aug 9;86(3):367-77.

(20)

20

CCR5Δ32 ^変異 ^地理的分

Balanovsky O, Pocheshkhova E, Pshenichnov A, et al. Is spatial distribution of the HIV-1-resistant CCR5Delta32 allele formed by ecological factors? J Physiol

Anthropol Appl Human Sci. 2005 Jul;24(4):375-82.

(21)

21

相関要因推定

左気候要因あ場合右拡散要因あ場合

前強相関

予想変異度分

(22)

22

CCR5Δ32 ^変異 ^地理的分

詳分

(23)

23

自然選択要因小いしい

前右ほう強相関

変異度減少 _Saaremaa

island ^海 ^島 ^距

強相関

気候気温気相関い

(24)

24

David Baltimore HIV ^治療

実現向実験

David Baltimore (Cal Tech) Part 2: Why Gene Therapy Might be a Reasonable Tool for Attacking HIV

http://www.youtube.com/watch?v=lG1- 55VtyiM

(25)

25

Malaria ^患者数 ^世界

• ^間 ^億 ^億人 ^患者

• ^間 ¹⁰⁰ ^万人 ^死亡

Targett GA, Greenwood BM. Malaria vaccines and their potential role in the elimination of malaria. Malar J. 2008 Dec 11;7 Suppl 1:S10.

(26)

26

日本国内患者

• ^日本固 ^領域 ^新規感染 ¹⁹⁶¹

降い _[1]

• ^流行地域 ^国者 ^間数十名 ^[2]

[2]^研究班 ^わ ^国 ^治療

(^{病原微生物検出情報} IASR Vol.28 p 6-7 2007 1 ) http://idsc.nih.go.jp/iasr/28/323/dj3232.html

[1] ^良, ^一彦; ^宮城, ^重 ; ^川崎, ^悦子; ^江 , ^優樹; ^砂川, ^恵徹;

原_,実沖縄病関す文献及資料蒐集_I琉球医

学会雑 , 7(3): 145-167 (1984)

http://okinawa-repo.lib.u-ryukyu.ac.jp/bitstream/okinawa/2377/1/v7p145.pdf

(27)

27

原虫生活環

http://www.medic.mie-u.ac.jp/idoubutsu/CREST.html 成₁₄ 度開始_CREST

免疫病感染症等進医療術研究総括岸本忠

感染成立分子基解明新感染阻法創出研究表鎮西康雄

吸血しい蚊

肝臓増殖

赤血球増殖

性生殖

吸血しい蚊

蚊体内

(28)

28

抗原虫薬

• ^経口薬

• ^ン ^ン合剤

• ^ン

• ^他 ^治療薬厚労省厚労科学研究費創

薬基推進研究業熱病治療薬研究班

参照

– http://www.med.miyazaki-

u.ac.jp/parasitology/orphan/HTML/page5.html

• ^作用機序 ^あ ^明 ^い ^多い

(29)

29

Malaria elimination

• ^対策 ^当初 ^環境整備 ^並 ^治療薬

大

• Malaria elimination ^撲滅 ^いう考え

clinical malaria ^治療 ^限界 ^薬剤耐性 ^依然

し高い感染率いう現状踏えい

• Community-based approach

– ^居 ^域 ^原虫 ^駆逐

• ^環境整備 ^{公衆衛生活動}

• ^ワ ^ン ^無症候期 ^血中 ^原虫 ^少数 ^し

Targett GA, Greenwood BM. Malaria vaccines and their potential role in the elimination of malaria. Malar J. 2008 Dec 11;7 Suppl 1:S10.

(30)

30

宿主側要因関連あ変異

• ^抵抗性

– β ⁽ ^{地中海沿岸}

– α ⁽ ^東南

• ^重症化 ^防

– G6PD ^乏症

(31)

31

ワン

大阪大学微生物研究所感染宿主胞応答

http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/organelle-network/jpn/research/20/

熱熱原

虫 _SERA抗原

対す抗体

高度流行地

域民い自

然獲得

免疫主体

あ発見

ワン開発

応用

(32)

32

結核 tuberculosis ^患者数

• ^世界

– ^新規患者 ^間約 ⁹⁰⁰ ^万人

– ^死亡者 ^間約 ¹⁶⁰ ^万人

• ^日本

– ^間 ^約 ^25,000 ^人発病

– ^間 ^約 ^2,100 ^人死亡

結核

結核日本

http://www.stoptb.jp/about/world/

WHO 2007 ^結核 ^統計2007

(33)

33

結核菌生活環

気管支壁

寄生しわ変

性し類

皮胞泡沫胞

線維組織

覆わ肉芽腫形

成し免疫機構逃

増殖す

(34)

34

結核効ワンし

• BCG: ^子供 ^結核 ^重症化 ^防 ^効果 ^期

待 _→ い国効果疑問

– ^牛結核菌 ^弱毒化

– ^ワ ^{ン接種戦略}

• BCG ^ワ ^ン ^改良

• ^{遺伝子操作} ^無毒化し ^結核菌 ^用い ^ワ

ン

• ^{免疫賦活化}

(35)

35

結核菌薬物療法

• ^(INH) ^ン ^ン ^(RFP)

剤併用

• ^記 ^剤 ^(PZA) ^ン

(EB) ^加え ^剤併用

• ^ヶ ^要す

(36)

36

感染しやす関す遺伝子

免疫発動関わ

ン識

PRR

多型結核菌

感染しやす

関すあ

Kleinnijenhuis J, Oosting M, Joosten LA, Netea MG, Van Crevel R. Innate immune

recognition of Mycobacterium tuberculosis. Clin Dev Immunol. 2011;2011:405310.

Epub 2011 Apr 7. Review.

(37)

37

誤植

• TRL2 (224 ^頁 →TLR2

– Toll LIke Receptor ^略

(38)

38

SLC11A1 ^ン ^機能

Nramp1 ^菌 ^消化 ^関 ^す

Anne Fortier, Gundula Min-Oo, John Forbes, Steven Lam-Yuk-Tseung and Philippe Gros. Journal of Leukocyte Biology. 2005;77:868-877

(39)

ン風邪 (1918 flu pandemic)

• 1918 6 ^～

1920 12

• ^罹患者数 ⁵ ^億人

• ^死亡者数 ⁵⁰⁰⁰

万人 _~1 億人

– ^通常 ^伝染病

異健康

若者多亡

• ^米国 →

• ^米国 ^第一 ^大

戦参戦

1917 ^決定

大量動員一

要因考え

39

ンン

http://wikidoc.org/index.php/Spanish_flu

(40)

補米国第一大戦

• 1914.8 ^侵攻 ^開戦

• 1914 ^米国 ^局外中立 ^言

• 1915.5 ^件

• 1917.1 ^{無制限潜水艦攻撃再開} ^通告

• 1917.2 ^国交断絶 ^通告

• 1917.2 ^ン ^ン ^件

• 1917.4 ^戦 ^告 ^派兵開始 ^計 ¹⁰⁰ ^万人

• 1918.1 ^ン ^和 ¹⁴ ^条提案

• 1918.9 ^西部戦線 ^攻撃 ^参加開始 ^～ ⁷⁰ ^万人規模

• 1918.10 ^ン ^提案 ^諾

• 1918.10 ^船 ^撃沈

• 1918.10 ^世 ^退 ^体変更 ^要求

• 1918.11.11 ^{休戦協定発効}

• ^米国 ^戦死 ^万人 ^戦傷 ^万人

第一大戦 http://www.m78.com 40

(41)

ンン

41

RIKEN NEWS No. 297 March 2006.

抗ンン薬開発進

増殖必須ン質立体構造情報化

2006 1 20^日 ^{文部科学省} ^い

1 ^本鎖 RNA

本分

ン質結

合しい

遺伝子

粒子ン質

す宿主

RNA

ン質翻

訳

毒性

宿主胞内

出す脱

殻速や

ン胞

親和性決

(42)

ンン型

• ^流行 ^す ^{A, B} ^型

• A ^型 ^亜型あ

– ^表面 ^ン ^質 ^組 ^合わ

– ^ン ^{(HA): 16} ^種類

– ^{(NA): 9} ^種類

• H1N1: ^ン ⁽¹⁹¹⁸ ^), ^新型 ^ン

ン ₂₀₀₉

• H5N1: ^鳥 ^ン ^ン

42

(43)

ンン型ン

• ^胞 ^感染力 ^ン

酸配列決

– ^鳥 ^気道 ^胞 ^表面 ^糖鎖 ^違う

– ^毒性 ^高い鳥 ^ン ^ン

ン遺伝子配列変化す感

染力うしい

– ^視 ^必要

43

Yamada S, Suzuki Y, Suzuki T, et al. Haemagglutinin mutations responsible for the binding of H5N1 influenza A viruses to human-type receptors. Nature. 2006 Nov 16;444(7117):378-82.

(44)

ンン

• ^ン ^ン ^脳症 ^感 ^性 ^関 ^あ ^遺伝

子変異 _[1]

• ^本来 ^結合す

oseltamivir ; ^商品名

あ種変異胞質

結合すう _[2] 反論 _[3]

44

[1] Neilson DE, Adams MD, Orr CM, et al. Infection-triggered familial or recurrent cases of acute necrotizing encephalopathy caused by mutations in a component of the nuclear pore, RANBP2. Am J Hum Genet. 2009 Jan;84(1):44-51.

[2] Li CY, Yu Q, Ye ZQ, et al. A nonsynonymous SNP in human cytosolic sialidase in a small Asian population results in reduced enzyme activity: potential link with severe adverse reactions to oseltamivir. Cell Res. 2007 Apr;17(4):357-62.

[3] Hata K, Koseki K, Yamaguchi K, et al. Limited inhibitory effects of oseltamivir and zanamivir on human sialidases. Antimicrob Agents Chemother. 2008

Oct;52(10):3484-91.

(45)

NIH HMP Working Group. The NIH Human Microbiome Project. Genome Res. 45

2009 Dec;19(12):2317-23

http://commonfund.nih.gov/hmp/

組織菌検出？

組織検出試料占割合

常人体存す菌

配列解析研究概略

molbio 20111129 最近の更新履歴 Dr Hishiki's classroom (日紫喜研究室)

第 回 章 感染症 遺伝子

ン 遺伝子医療革命 読

日紫喜 良

章 概要

• ン

• 病原体 守 遺伝子

• 医療

•

• 結核

• ン ン

•

感染症

• 病原体 要因 対し

– 病原体 生物学

– 治療薬

– 病原体 配列解明 意義

• 宿主 要因 対し

– 病気 やす 抵抗力 免

疫

– 免疫機構 研究

– ワ ン 開発

– 配列解明 意義

国内 HIV/ 患者数 変化

感染経路 齢層

報告義務 あ 感染症

HIV 感染症 感染症発生動向調査

対象疾患 五類感染症 全数

後天性免疫不全症候群 し

報告 す

HIV 感染し い 者

診断 患者

発症し い い 無症状病原体保

者

後天性免疫不全症候群 し 届出

い い者 死亡し 場合

感染症死亡者 死体

分類 報告 す

横浜 衛生研究所 HP

HIV 感染

• HIV 皮膚 傷口や 口 性器 粘膜 侵入

• 免疫 塔 あ CD4 陽性 ン 球 T

胞 感染し 破壊 → 免疫力

• 無症候期 10 程度

– 自覚症状 い 人 感染

– 毎日 100 億個程度増殖

• 関連症候群 AIDS-Related Complex ARC

– ン 節 腫脹 発熱 痢 体重減少 倦怠感や寝汗等

– 日和見感染症 悪性腫瘍 肉腫 神経症状 HIV

脳症

– 日和見感染症 ュ 肺炎 肺炎 ン

症 髄膜炎 感染症

HIV 構造

HIV 感染機構

造血幹 胞移植

造血 胞

白血病 ン

腫 治療法

基本

造血 胞 総入

替え

HIV 感染者 造血幹 胞移植

免疫反応 関 す 遺伝子 ？

• Gene Ontology (GO) terms 遺伝子 annotation 検索す

• GO: 遺伝子 構造 機能 記述す 統一化 語彙

• GO:0002376

– immune system response (BP)

• GO Browser い い あ

– ex. AmiGO (The Gene Ontology Consortium)

– 遺伝子 限定し 検索 → 例 Cancer Gene Anatomy

Project (CGAP) GO browser

CGAP GO Browser 検索

Gene Info 中 GO Annotation 例

Eouropean Bioinformatics

Initiatives (EBI) ン

質 annotation (GO

Annotation: GOA) 基

Immune System

Response 概念

進化

第回章感染症遺伝子

ン遺伝子医療革命読

日紫喜良

章概要

• ^ン

• ^病原体 ^守 ^遺伝子

• ^医療

• ^結核

• ^ン ^ン

• ^病原体 ^要因 ^対し

– ^病原体 ^生物学

– ^治療薬

– ^病原体 ^配列解明 ^意義

• ^宿主 ^要因 ^対し

– ^病気 ^やす ^抵抗力 ^免

– ^免疫機構 ^研究

– ^ワ ^ン ^開発

– ^配列解明 ^意義

国内 _HIV/ 患者数変化

感染経路齢層

報告義務あ感染症

HIV ^感染症 ^{感染症発生動向調査}

対象疾患五類感染症全数

後天性免疫不全症候群し

報告す

HIV ^感染し ^い ^者

診断患者

発症しいい無症状病原体保

後天性免疫不全症候群し届出

いい者死亡し場合

感染症死亡者死体

分類報告す

横浜衛生研究所 _HP

HIV ^感染

• HIV ^皮膚 ^傷口や ^口 ^性器 ^粘膜 ^侵入

• ^免疫 ^塔 ^あ ^CD4 ^陽性 ^ン ^球 ^T

胞感染し破壊 _→ 免疫力

• ^無症候期 ¹⁰ ^程度

– ^自覚症状 ^い ^人 ^感染

– ^毎日 ¹⁰⁰ ^{億個程度増殖}

• ^{関連症候群} AIDS-Related Complex ARC

– ^ン ^節 ^腫脹 ^発熱 ^痢 ^体重減少 ^{倦怠感や寝汗等}

– ^{日和見感染症} ^悪性腫瘍 ^肉腫 ^神経症状 ^HIV

– ^{日和見感染症} ^ュ ^肺炎 ^肺炎 ^ン

症髄膜炎感染症

HIV ^構造

HIV ^感染機構

造血幹胞移植

造血胞

白血病ン

腫治療法

造血胞総入

HIV ^感染者 ^造血幹 ^胞移植

免疫反応関す遺伝子？

• Gene Ontology (GO) terms ^遺伝子 ^annotation ^検索す

• GO: ^遺伝子 ^構造 ^機能 ^記述す ^統一化 ^語彙

• GO Browser ^い ^い ^あ

– ^遺伝子 ^限定し ^検索 → ^例 Cancer Gene Anatomy

CGAP GO Browser ^検索

Gene Info ^中 GO Annotation ^例

Initiatives (EBI) ^ン

Annotation: GOA) ^基

Response ^概念

HIV ^感染後 ^免疫抑制

CCR5Δ32 ^変異

CCR5Δ32 ^変異 ^地理的分

相関要因推定

左気候要因あ場合右拡散要因あ場合

前強相関

予想変異度分

CCR5Δ32 ^変異 ^地理的分

自然選択要因小いしい

David Baltimore HIV ^治療

実現向実験

Malaria ^患者数 ^世界

• ^間 ^億 ^億人 ^患者

• ^間 ¹⁰⁰ ^万人 ^死亡

日本国内患者

• ^日本固 ^領域 ^新規感染 ¹⁹⁶¹

降い _[1]