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2022 年 3 月 22 日

【プレスリリース】

国内で採取された巨大ウイルスの⼀⾒⾮効率的な形成過程
自然科学研究機構生命創成探究センター/⽣理学研究所の村田和義特任教授の研究グループは、東京理科⼤学教養教育研究院 神楽坂キャンパス教養部の武村政春教授と共同で、国内で採取された巨大ウイルスであるメドゥーサウイルスが、⼀⾒⾮効率的なウイルス形成過程を示すことを電子顕微鏡による解析から明らかにしました。
本研究成果は、2022 年 3 月 17 日に、米国の国際学術誌「Journal of Virology」にオンライン先⾏公開されました。
・発表のポイント
１）多くのウイルス粒⼦は宿主の中に「ウイルス⼯場」を形成し、効率的にウイルスの複製を⾏いますが、メドゥーサウイルスは「ウイルス工場」を形成しません。これまで、メドゥーサウ
イルスが、どこでウイルスの殻（中空粒⼦）を作り、どのように DNA を取り込むのかは不明でした。
２）実験室でアメーバを使ってメドゥーサウイルスを増殖させたところ、メドゥーサウイルスの段階的な形成過程を表す４種類の粒⼦（DNA が取り込まれた感染性のウイルス粒⼦、DNA が取り込まれていない中空の粒⼦、そしてそれぞれの中間的な粒⼦）すべてが、アメーバからそのままの形で放出されることが明らかになりました。
３）メドゥーサウイルス感染アメーバの電子顕微鏡観察から、DNA を含む粒⼦が、アメーバの核の近くで特に多く⾒られたことから、メドゥーサウイルスは、アメーバの細胞内に⼤量に中空粒⼦を合成し、核のそばにいる一部の中空粒⼦のみが、核からのウイルス DNA を取り込み、DNA を取り込めず無駄になった粒⼦も合わせて細胞外に放出されると考えられました。
４）効率的に増殖を⾏う他のウイルスと違い、⼤量に中空粒⼦を合成し、⼀部の粒⼦のみが DNAを取り込むという、メドゥーサウイルスの一⾒⾮効率的なウイルス粒⼦の形成過程は、これまでに例がなく、新しいウイルスの増殖戦略を表していることが推察されます。

・研究の背景
ウイルス粒⼦が宿主の細胞の中でどのようにして形成されていくのかについては、あまりよくわかっていません。それは、ウイルスが細胞に比べて非常に小さいためです。今世紀になって発⾒された巨⼤ウイルスは、小型のバクテリア（約 0.2 µm）を超える大きさを持つため、その形成過程の研究が一挙に進みました。これまでに発⾒された多くの巨⼤ウイルスは、感染後、宿主の細胞内に「ウイルス⼯場」と呼ばれる構造物を形成し、宿主とは独⽴にその中ですべてのウイルスの複製が⾏われます。これに対して、メドゥーサウイルスは、「ウイルス工場」を宿主内に形成しないことが分かっていました。蛍光ラベルを用いた研究から、メドゥーサウイルスの DNAは、宿主の核内で複製された後、細胞質に出てくることがわかっています。しかし、どこでウイルスの殻が作られて、どのようにこれらの DNA を取り込んで完全な粒⼦として放出されるのかは不明でした。本研究では、宿主外に放出された粒⼦の解析と、宿主内における感染後の時間を追った解析から、メドゥーサウイルスの新たな形成過程を明らかにすることができました。
・研究成果
実験室でアメーバを用いてメドゥーサウイルスを増殖させ、その培養上清をクライオ電子顕微
鏡注１で調べたところ、感染性のウイルス粒⼦に加えて、中空の粒⼦、そしてそれぞれの中間的な粒⼦、合わせて４種類の粒⼦がこれに含まれていることがわかりました（図１）。メドゥーサウイ
ルスをアメーバに感染させ、メドゥーサウイルスを複製中のアメーバを化学固定し、電子顕微鏡で観察すると、これら４種類の粒⼦を細胞内に確認することができました（図２）。そこで、数時間おきにアメーバを化学固定して電子顕微鏡で詳細に観察した結果、この４種類の粒⼦はメドゥーサウイルスが形成される各過程を表していることがわかりました。まず、ウイルス DNA 以外のものが詰まった中空前粒⼦（E’）が細胞質で形成され、その後、中の物質が抜けて中空粒⼦（E）となり、さらに、これにウイルス DNA が充填されはじめ（F’）、最終的に完全に DNA が充填された感染粒⼦（F）となります（図 3）。さらに興味深いことには、DNA の充填粒⼦が宿主の核の近くで特に多くみられることから、メドゥーサウイルスでは、⼤量に合成されたウイルスの殻のうち、核の近くにいるものだけが、核から出てきたウイルス DNA を取り込むことができることが分かりました。そして、最終的に完全な DNA 充填粒⼦だけでなく、DNA が充填されていない未成熟の粒⼦もいっしょに細胞外に放出されることがわかりました。このようなウイルス形成過程は、これまでに例がなく、ウイルスの複製を考える上で、あらたな増殖戦略を提起するものでした。
・成果の意義および今後の展開
ウイルスの形成過程は、これまで暗⿊期と呼ばれており、ほとんど情報がありませんでしたが、巨⼤ウイルスの発⾒により、その過程が徐々に解き明かされつつあります。その中で、今回のメドゥーサウイルスの形成過程の発⾒は、新たなウイルスの増殖戦略を⽰すものです。メドゥーサ
ウイルスはその遺伝子構成から、巨大ウイルスの中でも最も真核生物（細胞性生物）に近いと考えられています。そのようなウイルスが示す一⾒⾮効率的な増殖過程は、ウイルスにとっては効率的な⽣存戦略を暗⽰しているのかもしれません。今後、さらに研究を進めることでこれらの謎が解き明かされると期待されます。

図１

アメーバ培養上清中のメドゥーサウイルスのクライオ電子顕微鏡像。感染性のウイルス粒子（F）に加えて、中空の粒⼦（E）、そしてそれぞれの中間的な粒⼦（F’、E’）の合わせて４種類の粒⼦が観察された。

図２

感染 22 時間後のアメーバ細胞中の電子顕微鏡像。培養上清と同様の４種類のメドゥーサ

ウイルスが観察された。

図3

メドゥーサウイルスの形成過程。ウイルス DNA 以外のものが詰まった中空前粒⼦（E’）が細胞質で形成され、その後、中の物質が抜けて中空粒⼦（E）となり、さらに、核の近くにいる粒子のみにウイルス DNA が充填されはじめ（F’）、最終的に完全に DNA が充填された感染粒⼦（F）となる。そして、最終的に完全な DNA 充填粒⼦だけでなく、DNA が充填されていない未成熟の粒⼦もいっしょに細胞外に放出される。

・研究サポート
本研究は、日本学術振興会（JSPS） 科学研究費補助⾦、生命創成探究センター特別共同研究、⽣理研共同研究等のサポートを受けて実施されました。
・掲載論⽂
雑誌名︓Journal of Virology
論⽂タイトル︓Particle morphology of medusavirus inside and outside the cells reveals a
new maturation process of giant viruses
著者︓ Ryoto Watanabe, Chihong Song, Yoko Kayama, Masaharu Takemura and Kazuyoshi
Murata*.
（*責任著者）
掲載⽇︓2022 年 3 月 17 日
DOI︓10.1128/jvi.01853-21
論⽂ URL︓https://journals.asm.org/doi/10.1128/jvi.01853-21

・発表者
渡邉凌⼈（総合研究大学院大学），Chihong Song（生命創成探究センター/⽣理学研究所），香山容子（⽣理学研究所），武村政春（東京理科⼤学），村田和義（生命創成探究センター/⽣理学研究所）
・用語解説
注 1︓クライオ電子顕微鏡
電⼦顕微鏡によって⽣体分⼦の構造を、溶液中のような⽣理的な環境に近い状態で観察するために開発された⼿法。試料溶液を約-170℃の溶媒中で急速凍結させ、試料を薄い非晶質氷の中に包埋する。この凍結させた試料を液体窒素（約-200℃）冷却のもと電⼦顕微鏡観察する。このように冷却することで電⼦線照射による試料へのダメージも軽減させる。
・本件に関するお問い合わせ先（研究全般に関するお問い合わせ先）
自然科学研究機構 生命創成探究センター/⽣理学研究所
特任教授 村田 和義
TEL︓0564-55-7893
E-mail︓kazum@nips.ac.jp（報道に関するお問い合わせ先）
自然科学研究機構 生命創成探究センター
研究連携推進室
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自然科学研究機構 ⽣理学研究所

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