（様式 20）成果報告書

TSUBAME 共同利用 平成 30 年度

学術利用

成果報告書

利用課題名 EV-A71 カプシドタンパク質の分子動力学解析
英文：Molecular dynamics simulation of EV-A71 capsid protein
利用課題責任者 佐藤 裕徳
Hironori Sato所属
国立感染症研究所 病原体ゲノム解析研究センター
Pathogen Genomics Center, National Institute of Infectious Diseases
URL: https://www.niid.go.jp/niid/ja/
邦文抄録
エンテロウイルスは、小児神経症の病原として公衆衛生上の重要な研究対象になっている。現在、病原性発現の分子機序はほとんど分かっていない。本研究では、TSUBAME を用いた分子動力学解析により、EV-A71 病原性発現の構造基盤を解き明かす手がかりを得た。すなわち、ウイルス粒子外郭タンパク質の１アミノ酸置換（残基番号 VP1 145）が、変異箇所とは離れた位置に存在する受容体結合部位や抗体エピトープの構造特性変化を誘発することを見出した。特定アミノ酸残基の変異による粒子外郭タンパク質の構造変化が、EV-A71 の速やかな形質変化に結びつく可能性がある。
英文抄録
Enterovirus infection is becoming an important research subject in the public health because it can cause
childhood neurosis. At present, molecular mechanisms for the neuropathogenesis remain unclarified. In thisstudy, we have obtained a clue for elucidating a structural basis for the neuropathogenesis by a single mutation
in a capsid protein. Molecular dynamics (MD) simulation study using TSUBAME disclosed that VP1-145 is
the cis-allosteric regulator to coincidentally modulate physical properties of multiple interaction surfaces ofthe capsid protein.
Keywords: Enterovirus, capsid, mutation, neutralization escape, cell-tropism change, pathogenesis

背景と目的ータシミュレーション技術を軸とする独自の病原体

ヒトや動植物に感染するウイルスは、時に地球解析プラットフォームを整備し、強化してきた。こ

規模で甚大な被害をもたらす。特に、RNA をゲノム

れを用いてウイルス感染症の様々な謎の解明に貢献に持つ RNA ウイルスは変身能力に優れ、しばしばしてきた。

新たな性質を獲得した病原体が流行して人々の生本研究では、TSUBAME を用いることで、特に、分活を脅かす。1918-1919 当時の世界人口の〜5%に達子動力学（MD）計算の高速化を図った。解析対象は、する死者（5000 万〜１億人）を出したとされるイ

エンテロウイルス A71（EV-A71）の粒子外郭タンパンフルエンザ（スペイン風邪）、2015 年末までにク質（カプシド蛋白質）とした。EV-A71 は、小児の3,000 万人に達する死者を出し今もなお全世界で神経症の病原として公衆衛生上の重要な研究対象に流行するエイズなど、動物界からヒト社会に広がなっている。国立感染症研究所と東京都医学総合研り深刻な損害を与え続ける RNA ウイルス感染症は究所の研究グループの研究により、EV-A71 粒子表面枚挙にいとまがない。感染症に国境はない。RNA上のカプシド蛋白質 VP1 の 145 番目のアミノ酸残基

ウイルス感染症の制御は、世界が共有する公衆衛が変異すると、受容体親和性、抗体感受性、病原性生上の最重要課題の一つになっている。など多様な生物活性が同時に変化することが知られウイルスの分子構造は、ウイルスの性質決定・変ている。しかしその分子メカニズムは未だ全く明ら化の鍵を握る。そこで我々は、2005 年前後より、生かにされていない。これを明らかにすることは、学体高分子の立体構造や相互作用を再現するコンピュ術上の貢献のみならず、エンテロウイルスのリスク（様式 20）成果報告書評価法開発につながる。本研究では、TSUBAME の（４）145 変異は、変異箇所とは離れた位置に存在

Amber を用いてカプシド構成単位（VP1, VP2, VP3,する分子間相互作用表面の構造特性を変えることをVP4 複合体）の分子動力学（MD）解析を実施した。

見出した。影響を受けた相互作用表面には、ウイル構造の動的特性と変異の効果を解析することで、145

スの細胞指向性、抗体感受性、病原性発現に関わる変異が変異箇所とは異なる相互作用表面の構造特性領域が含まれていた。

変化を誘発することを見出した。

以上の解析により、EV-A71 カプシドタンパク質の残概要

基 145 は、ウイルスの細胞指向性、抗体感受性、病本研究では、TSUBAME を用いることで、特に、分原性を同時に制御する部位であることが示唆された。

子動力学（MD）シミュレーションの高速化を図った。
TSUBAME の Amber を用いた MD 解析により、エンテロまとめ、今後の課題

ウイルス A71（EV-A71）の神経病原性発現の構造基

TSUBAME の Amber を用いた MD シミュレーションの盤を解き明かす手がかりを得た。すなわち、ウイル高速化により、エンテロウイルスの神経病原性発現

ス粒子外郭タンパク質（カプシド蛋白質）の変異が、の構造基盤を解き明かすための重要な手がかりを得変異箇所とは離れた位置に存在する種々の相互作用た。ウイルス粒子外郭タンパク質の１アミノ酸残基表面の構造特性を変えることを見出した。影響を受置換が、ウイルスの細胞指向性、抗体感受性、病原けた表面には、ウイルスの細胞指向性、抗体感受性、性発現を司る領域の構造変化を同時に誘発すること病原性発現を司る領域が含まれていた。残基 145 変を見出した。

異は、EV-A71 病原性発現に寄与する様々な形質の変今後は、上の発見の一般性を種々のウイルス株を化を遠隔から同時に誘発するアロステリック制御部用いて調べるとともに、残基 145 以外の構造・機能位であることがわかった。成果は、エンテロウイル制御部位の探索を進める。実験を取り入れながら細スの国際学会で発表した（小谷ら、Europic 2018,

胞におけるエンテロウイルスの細胞指向性、中和抗Netherlands）。

体逃避、及び感染個体における病原性発現の構造基盤解明を進める。得られた知見を元に、エンテロウ結果および考察

イルス制御法開発（構造ベースの創薬、ワクチン抗（１）分子モデル構築： Fuyang 株カプシド立体構原設計、及びリスク変異予測法開発など）を進める。

造情報(PDB ID:3vbs)を鋳型とし、ホモロジーモデリング法により、種々の EV-A71A 株の 145 残基置換株のカプシド分子モデルを構築した。
（２）分子動力学計算：TSUBAME の Amber を用いて、上で構築した分子モデルの MD 計算を実行した。複合体周囲に水分子を配置して、1 atm, 310 K, 150 mM
NaCl の条件で MD 計算を 100 ns 実施した。水・イオ
ン分子の衝突・熱運動により変化する立体構造の時系列データ（時系列 trajectory データ）を収集した。
（３）trajectory 解析：上の計算で得た時系列構造データを用い、アミノ酸残基ごとの"Root Mean
Square Fluctuation（RMSF）"のプロファイルを作成・解析し、145 残基置換による分子表面の揺らぎの変化が生じる箇所を特定した。