PowerPoint プレゼンテーション

古代ウイルス学への招待!

第""回ウイルス学夏の学校 みちのくウイルス塾! 平成#$年%月"$日! （独）国立病院機構 仙台医療センター! 京都大学!ウイルス研究所! 信号伝達学研究分野! 宮沢!孝幸! &'()(!*+!,-(.(/012! '))3455666/+123'()(/27)!

ウイルスはいつから存在したのか？!

ウイルスは89億年前から存在したと考えられる。!

ウイルスと共に生きる（山内一也）より! 666/3:;.<)7/(:/=35:72><;5?<@@;59A"###B;C>/3DB!

'))3455666/2EF/G'5H;:(E(C+)1)(:;<E>5IE<>>;B;G<);(2/').より!

ヘルペスウイルスに共通の祖先は、$億年前から存在していた？!

ヘルペスウイルスはいつから存在したのか？!

哺乳類! 鳥類! 爬虫類! 両生類! ヒトヘルペスウイルス! ウミガメヘルペスウイルス! 魚類! ナマズヘルペスウイルス! アカガエルヘルペスウイルス! マレック病ウイルス! 無脊椎動物! カキヘルペスウイルス!

哺乳類に感染するウイルス!

レトロウイルスの生活環!

侵入 脱殻 逆転写 核移行 挿入 核外移行 転写 翻訳 組み立て 放出 放出 組み立て 翻訳 核外移行 転写 _{＋鎖RNAウイルス。} 逆転写酵素をもつ。 ウイルスゲノムは逆転写され DNAとなり、感染細胞のゲノ ムに組み込まれる。

Retroviral infection

to germ cells

entry Integration Exogenous retroviruses Viral genome Host genome

Ancestor

Progeny

‡ 祖先の生殖細胞に感染した外来性レトロウイルスはERV

となり、宿主ゲノムの一部として振舞う!

内在性レトロウイルス（JKH）!

レトロウイルスはいつから存在していたのか？!

昆虫にもレトロウイルスに似たウイルスが存在する!

&7<:>(2!R!K(':.<22!M#99#O!P/!H;:(E/!%S4!T89"QT89$!

U<2>72!R!U7>E(3QU<::;>(2!M#99$O!VDF<2G7>!;2!W()<2;G<E!K7>7<:G' $"4"STʹ"N8/!

まとめ!

１） ウイルスは89億年前から存在した。!

２）ヘルペスウイルスは少なくとも$億年前に存在した。!

３）レトロウイルスも$億年前には存在していた。!

保湿↑

360my 230my 皮膚特異的遺伝子群 （フィラグリンなど） 角化重層 平上皮 ？ ？ 多層上皮 両生類 （オタマジャクシ） 魚類 両生類 （カエル） 爬虫類 哺乳類 未熟な角質層 強固な角質層 保湿した柔かい角質層

脊椎動物皮膚の適応進化

単孔類 有袋類 真獣類 鳥類 スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士

皮膚 食道 肛門 膣 胃 肺 腎臓 腸 膵臓

単層上皮組織

重層 平上皮組織

ヒトの上皮組織

スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士

哺乳類皮膚表皮の構造

SG2 SG3 SG1

基底層

有棘層

角質層

顆粒層

pH5.5

pH7.5

Tight Junction 液相−液相境界バリアー 増殖 分化 細胞死 気相−液相 境界バリアー

Furuse and Tsukita et al.,

JCB 156:1099-1111, 2002

Langerhans Cell Network 免疫バリアー

Reviewed by Kubo, Nagao and Amagai, JCI 122:440-447, 2012 スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士

SG1

細胞に特異的に発現する

Mouse Back Skin Epidermis

“SG1

細胞”

欠損マウスは乾燥肌になる

Matsui et al., EMBO Mol. Med. 2011

哺乳類皮膚顆粒層SG1細胞に特異的に発現するプロテアーゼ SASPase

Human SASPase: Bernard et al., J. Invest. Dermatol. 2005. Mouse SASPase: Matsui et al., J. Biol. Chem. 2006.

Mouse Taps: Rhiemeier et al., Am. J. Pathol. 2006.

Mouse Human 82% identity 1 56 77 ���� ��189 324 339 aa 1 55 76 191   326 343 aa (32kDa) (34kDa) Protease Protease TM? TM レトロウイルス型

+/-

-/-スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士

有 棘 層 基 底 層 角質層

SASP

+/+ 顆粒層 天然保湿因子 Profilaggrin

SASP

-/-Cit Cit _Cit

乾燥肌

Filaggrin Keratin 遊離アミノ酸

?

SASP SASP SASP SASP

Profilaggrin

分解異常と乾燥肌を示したSASPase欠損無毛マウス

保湿↑

レトロポゾン もしくは レトロウイルス 蛋白質分解酵素 サスペース 360my 230my 皮膚特異的遺伝子群 （フィラグリンなど） 角化重層 平上皮 ？ ？ 多層上皮 両生類 （オタマジャクシ） 魚類 両生類 （カエル） 爬虫類 哺乳類 未熟な角質層 強固な角質層 保湿した柔かい角質層

脊椎動物皮膚の適応進化

? 単孔類 有袋類 真獣類 鳥類 スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士

1

）皮膚顆粒層特異的に発現するレトロウイルス型のアスパラギン酸プロ テ

アーゼであるSASPaseの欠損無毛マウスは、乾燥肌様皮膚を呈した。

2

）SASPase欠損無毛マウスでは、プロフィラグリンの分解異常が起こり、

中間段階産物が蓄積している。(プロフィラグリンは、顆粒層で発現し、 角質

層中で段階的に分解され、フィラグリンとなり、さらにアミノ酸にまで分解さ

れて、天然保湿因子の大部分を形成する。)

3

）SASPaseはレトロウイルス型のアスパラギン酸プロテアーゼであり、

哺乳類にしか存在しない。すなわち、太古のレトロウイルス感染により、

SASPase

遺伝子がゲノム上に取り込まれ、皮膚表皮の顆粒層で発現して角質

層の水分量を巧妙に調節できるようになった可能性を示している。

「レトロウイルス感染による哺乳類皮膚の適応進化」が起こった可能性

http://epithelial.evolution.jp/TakeshiMatsui/Japanese.html

まとめ

胎盤!

http://www.nilgs.affrc.go.jp/db/breeding/hatsuiku/Fetal_Growth_emb.htm

ウシ胎盤

ヒト胎盤

Uterine '))345526.G/D;>G(F7:+'(>3;)<E/G(.572G+GE(37D;<5;.CX').5Y0ZQ#A/').!

ͻ 胎子の成長や妊娠の維持!

ͻ 様々な成長因子を分泌する!

!

Nature(2000) 403: 785-789

Syncytin is a captive retroviral envelope protein

involved in human placental morphogenesis

SHA MI, XINHUA LEE, XIANG-PING LI, GEERTRUIDA M. VELDMAN,

HEATHER FINNERTY, LISA RACIE, EDWARD LAVALLIE, XIANG-YANG TANG, PHILIPPE EDOUARD, STEVE HOWES, JAMES C. KEITH JR & JOHN M. MCCOY*

Genetics Institute, Inc., 87 CambridgePark Drive, Cambridge, Massachusetts 02140, USA * Present address: Biogen Inc., 14 Cambridge Center, Cambridge, Massachusetts 02142,

単核細胞!

二核細胞!

三核細胞!

ウシ栄養膜細胞!

（胎盤を構成する細胞）!

ͻ 単核細胞が%9!ʹ!A9\を占める!

ͻ 二核細胞や三核細胞が担う役割は大きい!

ウシ栄養膜細胞の分化!

（二核細胞）!

Mononucleate cells Binucleate cells

ͻ 二核細胞は三核細胞のエンドリデュプリケーションにより

形成されると考えられている!

!

!

母体血管 二核細胞 子宮内膜 胎子由来ホルモン 三核細胞

‡ 三核細胞の形成に関わる詳細な機構は未解明である

ウシ栄養膜細胞の分化!

（三核細胞）!

‡ 二核細胞はホルモンを産生する

‡ ホルモンを母体に分泌するために三核細胞を形成する

母体血管

‡ 三核細胞の形成に関わる詳細な機構は未解明である

ウシ栄養膜細胞の分化!

（三核細胞）!

‡ 二核細胞はホルモンを産生する

‡ ホルモンを母体に分泌するために三核細胞を形成する

母体血管

‡ 三核細胞の形成に関わる詳細な機構は未解明である

ウシ栄養膜細胞の分化!

（三核細胞）!

‡ 二核細胞はホルモンを産生する

‡ ホルモンを母体に分泌するために三核細胞を形成する

W(F;27!72D(C72(1>!:7):(F;:1>!]（WJKHQ]）!

!"#$ %&'$ gag pro ^-K! ^-K! %&'$ gag pro ^-K! ^-K! pol

BERV-K1

BERV-K2

200 400 600 Hy d rop h o bici ty 0 2 4 -2 0

Amino acid sequence

SP SU TM 200 400 600 Hy d rop h o bici ty 0 2 4 -2 0

Amino acid sequence

SU TM SP

‡ ウシゲノムデータベースを用いて、

envが保存された2つのERVを同定した

系統樹解析（J2F）!

BERV-K2

BERV-K1

beta

alpha lenti gamma delta

enJSRV

‡ BERV-Ksはベータレトロウイルス属に属する

W<*<!7)!<E/!M#9""O!AT4"#8%Q"#$T!

WJKHQ]!%&'!.KZV>の発現量!

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Pl Lu Li Sp He Mu Ki Sk Te EM rel ati v e expr ess ion l ev el s (BER V -K1 /GAPDH )

BERV-K1

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 Pl Lu Li Sp He Mu Ki Sk Te EM rel ati v e expr ess ion l ev el s (BER V -K2 /GAPDH )

BERV-K2

W<*<!7)!<E/!M#9""O!AT4"#8%Q"#$T!

3_YT5W]J2F`^VY^-K!

WJKHQ]!%&'のタンパク産生能$

D-FLAG D-Tubulin 50 60 Empty 30 40 50 60 80 (kDa) %&'$ ^-K! TM _a! _&! cleavage FLA G

cleavage Cos-7 cells

K2 K1 &:7G1:>(:! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!-L!

‡ 両Env前駆体の発現を確認できた

‡ プロセシングを受けたTM EnvはK1のみで確認できた

WJKHQ]!J2Fの細胞融合能!

Empty BERV-K1 BERV-K2 VSV-G

Cos7/DsRed Cos7/GFP/Env

Env _Fusion

WJKHQ]!J2Fの細胞融合活性!

Empty K1 K2 VSV-G 1 10 100 1000 Rela tiv e lucif e rase a ctiv ities

Cos-7 cells

Empty K1 K2 VSV-G 1 10 100 1000 Rela tiv e lucif e rase a ctiv ities

Bovine endometrial cells

^1G! ^1G! Fusion Cos-7/Env (effector cells) Target cells

‡ BERV-K1 Envはウシ子宮内膜細胞に対しても細胞融合

活性を有していた

仮説!

BERV-K1 Env

二核細胞

子宮内膜細胞

‡ BERV-K1 Envを発現する二核細胞がウシ子宮内膜細胞

と融合し、三核細胞を形成する

三核細胞

ウシ（B.taurus）の胎子側胎盤、特に栄養膜二核細胞（BNC）で特異的に発現するウシ内在 性レトロウイルス（BERV）-K1のエンベロープタンパク（Env）を同定した。

BERV-K1の細胞融合能がBNCと子宮内膜細胞の融合体である三核細胞の形成に寄与し ていることが明らかとなった。

B.taurus、B.bubalis、T.spekiiのゲノムにはBERV-K1が存在していたのに対し、O.ariesと

C.hircusでは確認できなかった。また、その3動物種から同定したBERV-K1はいずれもEnvの みが保存され、子宮内膜細胞に対する融合能を有していた。

BERV-K1はFAT2遺伝子のイントロン18に挿入されていた。FAT2は胎盤で比較的高発現を 示しており、このことがBERV-K1の胎盤特異的な発現機構に関与していることが示唆された。

まとめ!

BERV-K1はウシ亜科とヤギ亜科の共通祖先が分かれ

た後、すなわち約2000万年前にウシ亜科動物に感染し、

その胎盤形成に寄与するようになったと考えられる。

胎盤形成におけるレトロエレメントの役割!

(%)*+$ (%)**,-.#*$ WJKHQ]"! /0&10.2&34$ _+2G+);2!"! _+2G+);2!#! /0&10.2&35$

胎盤の創出・多様化にレトロウイルスが関与した!

内在性レトロウイルスの危険性!

H;>2<! JbVH! _bHVYL! UbHQ#! UbHQ"! L&LH! LL-H! P_KH! K_H! `bH! ``H! U`H! cd_H! cJUHQ"! cJUHQ#! `7^H! L1^H! Y<^H! ](KH! &JKH! U-^HQ#! U-^HQ"! W^H! レンチウイルス属! アルファレトロウイルス属! スプーマウイルス属! ガンマレトロウイルス属! イプシロンレトロウイルス属! デルタウイルス属! UJKHQK! UJKHQ^! KJ^b]! UJKHQc! ベータレトロウイルス属! クラスb! クラスbb! クラスbbb!

内在性レトロウイルスは8つのクラスに分類される!

約T[999万年前に爆発 的に増大!

約８％

過去に感染しゲノムに寄生

その他 LINE SINE

トランスポゾン

わずか２％

蛋白質をコードする

遺伝子領域!

内在性レトロウイルス

レトロエレメント

ヒトゲノム

（約30億塩基対）

ヒトゲノムにおけるレトロエレメントの割合!

外来性レトロウイルス! "#$の創始者! "#$の増幅! 固定または喪失! 不活性化! 外来性レトロウイルスと して新たな宿主に感染! （撮影：小原祐二氏）_!! 678$19:"#2!JKH! ](KH! YV^H! 固定型"#$! 非固定型"#$! 生殖細胞! 感染による移住!

コアラレトロウイルスは内在化しつつあるレトロウイルスである

「内在性レトロウイルスは、外来性レトロウイルスの巨大な遺伝子プールである。」!

ネコ感染性内在性レトロウイルスRD-114の起源

d76<22;7e!7)!<E/!H;:<E!_<B7)+!R!Je):<27(1>!VC72)>!-7>);2C!B(:!H7)7:;2<:+!H<GG;27>!M#9"9O!

サル（ヒヒ）!

ネコ!

内在性レトロウイルス同士、あるいは内在性レトロウイルスと外来性

レトロウイルスの組換えにより新しいレトロウイルスが生まれる!

新しい医療による新たなレトロウイルス感染症の危険性!

Please

use my

heart.

DQ"[!8!Y-!]f!3;C! &JKH!

Vaccines

PCR

LacZ MR assay

RT-PCR (env)

TCID

₅₀

(/shot)

Real time RT-PCR

(Copy number/ml)

*BGL: Background level; **ND: not detected; ***NT: not tested

A

1,800

＋

＋

4.5

x10

7

＋

D

‐

ND**

B

＋

＋

＋

6.3

x10

7

1,000

C

＋

8.3

x10

6

＋

＋

1.8

F

‐

‐

‐

ND

G

‐

‐

‐

ND

H

＋

10,000

2.1

x10

8

＋

＋

I

＋

180

1.7

x10

8

＋

＋!

d; :7G) ! f2!G 7E E> !

BGL

‐

E

‐

‐

‐

ND

BGL

1.0

x10

6

BGL

‐

L;+<?<6<!7)!<E/!;$<2:"#=!M#9"9O[!0(>';@<6<!7)!<E/!52"#")219#8!M#9"#O!!

イヌ用生ワクチン中での感染性RD-114ウイルスの検出

PCR (env) 血液 精巣 腸間膜リンパ節 脾臓 青線：接種群 赤線：コントロール群

KdQ""$ウイルスはイヌに感染する KdQ""$!F;:1>!;2B7G)>!D(C>!

吉川ら 第"T9回日本獣医学会 （#9"9O!

RD-114ウイルスはイヌに感染する

ニホンザル血小板減少症!

ニホンザル血小板減少症!

‡ 京都大学霊長類研究所に

て出血してニホンザルが連

続して死亡する事例があっ

た。

1) 2001から2002年の約1年間

に7頭発症して6頭死亡。

2) 2008年3月から2010年4月

までの約2年間で41頭発症

して40頭死亡 。

2010年7月13日のＮａｔｕｒｅより

京都大学霊長類研究所疾病対策委員会³ニホンザルの出血症（仮称）について . 霊長類研究, Vol. 26, pp.69-71 (2010) . #週間! 赤血球! 白血球! 血小板!

発症個体の血液性状の推移!

血小板減少症ニホンザル!

抗生物質で治癒

出来ず。!

炎症性マーカー

MIK&O上昇せず。!

・メタゲノム解析 (大阪大学 微生物病研究所)

・RDV法(Rapid Determination System of Viral RNA Sequences) (国立感染症研究所)

サルレトロウイルス$型!M_;.;<2!:7):(F;:1>!)+37!$4!_KH$O!の シークエンスを確認!

ウイルス感染か？!

SRV4とは

カニクイザル SRV4

・レトロウイルス科

・ベータレトロウイルス属

・カニクイザルに対しては

非病原性

SRV4に近縁なウイルス SRV1 SRV2 SRV3 アカゲザル

免疫不全

♀ JM1 ♀ JM2 ♂ JM3 ♂ JM4

-10

0

4 11 15 18 25 32 35 37

斃死 安楽殺 安楽殺 安楽殺 (日) _KH$M"/A "9S_-Ibd T95.EO 腹腔 M"T.EO及び静脈内MT.E）!

JM 血小板数

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-10

0

4

11

15

18

25

32

35

37

day post infection

血小板数( 1 0 0 0 0 /ȝ l) JM1 JM2 JM3 JM4 感染日数!M日O!

血小板数!

Plasma中のSRV4 RNA量

0 1 2 3 4 5 6 7 8 pre 4 11 15 18 25 32 Final

day post infection

lo

g1

0

c

o

p

ie

s/

m

l

JM1 JM2 JM3 JM4 感染日数!M日O!

‡ 血小板減少症発症個体より_KH$の分離を確認

できた。!

!

‡ 分離株をニホンザルへ実験感染したところ、血小

板が急激に減少した。!

!

‡ 実験感染個体より_KH$の分離を確認できた。!

!

ї以上のことから、ニホンザル血小板減少症の原

因ウイルスは_KH$であると考えられる。!

まとめ!

シンシチンはSRV関連内在性

レトロウイルスである

現在のSRVはシンシチンに類似

した内在性レトロウイルス由来で

ある可能性が高い

ヒトシンシチン! ウサギシンシチン! ヒトシンシチン! _KH!

アカゲサルゲノムの内在性レトロウイルスEnv配列の系統樹

SRV感染ニホンザルでは、SRV

に対する抗体誘導が見られない

（もしくは極めて弱い）のは、SRV

関連内在性レトロウイルスをもっ

ているからなのかも知れない。

ヒトシンシチン! ウサギシンシチン! ヒトシンシチン! _KH!

RD-114ウイルスもSRV関連ウイルスである

KdQ""$ウイルス! KdQ""$ウイルスhM`GJHi_KHO #! )9)3!"#領域! %&'領域! L^H関連ガンマレトロウイルス! _KH関連ベータレトロウイルス!

仲屋友喜!君! 馬場健司!先生j! 今川和彦!先生! 橋爪一善 先生 木崎 景一郎!先生! 岩手大学農学部! 獣医生理学研究室! 東京大学農学生命科学研究科! 動物育種学研究室!

j!現!山口大学農学部獣医学科!

臨床獣医学講座寄生虫病学研究室!

京都大学ウイルス研究所! 細胞生物学研究部門! 信号伝達学研究分野! 国立遺伝学研究所! 中川草!先生!

謝辞（ウシ内在性レトロウイルス）!

謝辞（ニホンザル血小板減少症）!

・京都大学 霊長類研究所 人類進化モデルセンター! 岡本 宗裕 教授! 明里 宏文 教授! 鈴木 樹理 准教授! 吉田 友教 助教! 佐藤 英次 助教! ! ・京都大学 ウイルス研究所 附属感染症モデル研究センター 霊長類モデル研究領域! 五十嵐 樹彦 教授! 三浦 智行 准教授! 小林 剛 助教 ! 阪脇 廣美!先生! 及び研究室の皆様! ! ・京都大学 ウイルス研究所! 附属ヒトレトロウイルス研究施設! ウイルス制御研究領域! 松岡 雅雄 教授! 安永 純一朗 講師! ・大阪大学 微生物病研究所! 堀井 俊宏 教授! 中村 昇太 助教! ! ・京都府立医科大学! 中屋 隆明 教授! ! ・国立感染症研究所! ウイルス第一部! 森川 茂 室長! ! ・東京農工大学! 水谷 哲也 教授! ! ・予防衛生協会! 吉川 泰弘 教授! 小野 文子 先生! ! ! ・京都大学 ウイルス研究所! 細胞生物学研究部門! 信号伝達学研究分野!

信号伝達学研究分野 メンバー!

宮沢孝幸

正玄裕子 （秘書） 星野重樹 （ポスドク） 仲屋友喜 （ポスドク） 吉川禄助 （博士過程3年） 下出紗弓 （博士課程2年） 坂口翔一 （博士課程1年） 大学院生募集中！! 連絡先：)<@<F7)kC((/=3!

#9"#年%月"#日 クァルテットコルサーレにて!