ウイルス様粒子

ウイルス様粒子 (ウイルスようりゅうし、Virus-like particles, VLP) はウイルスに類似しているが、遺伝物質を含まず感染性を持たない分子である。天然に存在する、またはウイルスの構造タンパクを個別に合成することで人工的に生産され、自発的にウイルスに似た構造を形成する。異なるウイルス由来のカプシドタンパクの組み合わせによって組み換えVLPを作ることもできる。1968年にB型肝炎ウイルス (HBV) に由来するB型肝炎ウイルス抗原 (HBsAg) で構成されたVLPが患者の血清から得られたのを最初に、現在ではパルボウイルス科（アデノ随伴ウイルス）、レトロウイルス科（HIV）、フラビウイルス科（C型肝炎ウイルス）、パラミクソウイルス科（ヘニパウイルス）、バクテリオファージ（Qβ、AP205ファージ等）等を含む広範なウイルスの科に由来するVLPが生産されている。生産手段も細菌、哺乳類細胞、昆虫細胞、酵母、植物細胞等の様々な細胞培養系に由来する。 天然にLTRレトロトランスポゾン（英語版）から産生される構造（Orterviralesに分類される）をVLPと呼ぶこともある。これらは未成熟または欠陥のあるビリオンで、遺伝物質を含むこともあるが機能するエンベロープを欠くため一般に感染性はない。また、遺伝子を含まないか（ウイルス遺伝子の主要部分を除く）病原遺伝子のみを含むポリドナウイルス（英語版）VLPベクターを用いて宿主を制御する寄生バチが存在する。 VLPは遺伝子治療等の治療法における薬物送達手段の候補となっており、in vitroにおいては腫瘍細胞への薬物送達に有効であることが示された。VLPが血管透過性・滞留性亢進効果によって腫瘍細胞に蓄積するという仮説があり、この特性は薬物送達や腫瘍イメージングに活用できる可能性がある。 VLPはワクチンに利用可能である。VLPはウイルスの表面タンパクを高密度に有し、ここに存在するウイルスのエピトープはT細胞やB細胞による強い免疫反応を誘発できる。粒子径が20-200 nm と小さくリンパ節への移行性も良好である。VLPは体内で複製されないため生ワクチンより安全な代替物となり得る。VLPを用いたワクチンとして、B型肝炎やヒトパピローマウイルスに対するものがFDAから承認されている。 ヒトパピローマウイルス (HPV) に対するVLPを用いたワクチンとして、グラクソ・スミスクラインのサーバリックス、メルク・アンド・カンパニーのガーダシル/ガーダシル9が存在する。サーバリックスは昆虫細胞上で発現させたHPV-16、18型のL1タンパク質で構成された組み換えVPLであり、アジュバントとして3-O-脱アシル化-4'-モノホスホリル脂質 (MPL) Aと水酸化アルミニウムを含む。ガーダシルは酵母上で発現させたHPV-6、11、16、18型のL1タンパク質で構成された組み換えVPLであり、アジュバントとしてアルミニウムヒドロキシホスフェイト硫酸塩を含む。ガーダシル9はこれに加えHPV-31、33、45、52、58型のL1エピトープを含む。 マラリアを標的とした最初のVLPワクチンMosquirix (RTS,S) がEUの規制機関から承認を受けている。これはPlasmodium falciparumのスポロゾイト表面タンパク質の一部をB型肝炎ウイルス抗原と組み合わせたものである。 通常のワクチンが投与開始まで9か月程かかるのに対し、VLPワクチンはウイルス株の遺伝子配列が決定された時点で生産を開始でき、早ければ12週間で投与を開始できる。初期の臨床試験では、インフルエンザを標的としたVLPワクチンによりA型インフルエンザウイルスのH5N1亜型やスペインかぜに対する完全な免疫が得られた NovavaxとMedicago Inc.はインフルエンザVLPワクチンを臨床試験中である。NovavaxはCOVID-19に対するVLPワクチンを試験中である。 VLPは非臨床試験段階にあるチクングニアウイルスに対するワクチンにも用いられている。 膜内在性タンパク質（英語版）の研究に用いるためVLP脂質粒子が開発された。これは目的の膜タンパクを完全な形で高濃度に含むよう設計された、安定、高純度、均質なVLP粒子である。膜内在性タンパク質は様々な生物学的機能を担っており、現行の治療薬のほぼ半数の標的分子となっている。膜タンパク質はその疎水性ドメインのため生体細胞外で取り扱うことが難しいが、脂質粒子にはGタンパク質共役受容体 (GPCR)、イオンチャネル、ウイルスのエンベロープ等の様々な膜タンパクを構造的に完全な状態で組み込むことができる。また、脂質粒子は抗体スクリーニング、免疫原の生産、リガンド結合法等の多くの応用技術の基盤となる 。 当初、VLPの自己組織化はウイルスの自己組織化と同様だと考えられていた。自己組織化現象自体はウイルス粒子の組み立てに関するごく初期の研究からin vitroにおいて発見されたものの、ウイルスとVLPを同一視する仮定はVLP自己組織化が宿主細胞 (in vivo) 内で行われる場合に限り有効である。in vitroにおけるVLPの自己組織化が凝集過程と競合してしまうことから、細胞内での自己組織化中に凝集体の形成を防ぐ何らかの機構が存在することが判明している。 特定の細胞を標的とする、免疫応答を高めるなどの目的でタンパク質、核酸、小分子をVLP表面に結合することがある。目的のタンパクをウイルスの表面タンパクと遺伝的に融合させる方法も用いられるが、VLPの自己組織化に不具合が生じることがある上、タンパク質以外の分子に用いることは難しい。別の方法として、VLPを組み立てた後で架橋分子、遺伝暗号改変（英語版）による反応性の高い非天然アミノ酸の導入、SpyTag/SpyCatcher反応等の手段で目的分子を共有結合させるものがある。この方法は結合させた分子に免疫反応を指向させる効果があり、高レベルの中和抗体を誘導し免疫寛容を破ることさえも可能となる。 ^ a b “Construction and characterization of virus-like particles: a review”. Molecular Biotechnology 53 (1): 92–107. (January 2013). doi:10.1007/s12033-012-9598-4. PMC 7090963. PMID 23001867. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7090963/.  ^ “Developments in virus-like particle-based vaccines for infectious diseases and cancer”. Expert Review of Vaccines 10 (11): 1569–83. (November 2011). doi:10.1586/erv.11.135. PMID 22043956.  ^ “NCI Dictionary of Cancer Terms” (英語). National Cancer Institute (2011年2月2日). 2019年4月19日閲覧。 ^ “Interaction of Viral Capsid-Derived Virus-Like Particles (VLPs) with the Innate Immune System”. Vaccines 6 (3): 37. (July 2018). doi:10.3390/vaccines6030037. PMC 6161069. PMID 30004398. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6161069/.  ^ “Particles associated with Australia antigen in the sera of patients with leukaemia, Down's Syndrome and hepatitis”. Nature 218 (5146): 1057–9. (June 1968). Bibcode: 1968Natur.218.1057B. doi:10.1038/2181057a0. PMID 4231935.  ^ “Virus-like particles production in green plants”. Methods 40 (1): 66–76. (September 2006). doi:10.1016/j.ymeth.2006.05.020. PMC 2677071. PMID 16997715. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2677071/.  ^ “Escherichia coli-derived virus-like particles in vaccine development”. NPJ Vaccines 2 (1): 3. (2017-02-09). doi:10.1038/s41541-017-0006-8. PMC 5627247. PMID 29263864. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5627247/.  ^ “Virus-like particles of the Ty3 retrotransposon assemble in association with P-body components”. RNA 12 (1): 94–101. (January 2006). doi:10.1261/rna.2264806. PMC 1370889. PMID 16373495. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1370889/.  ^ “Exploring Ty1 retrotransposon RNA structure within virus-like particles”. Nucleic Acids Research 41 (1): 463–73. (January 2013). doi:10.1093/nar/gks983. PMC 3592414. PMID 23093595. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3592414/.  ^ Burke, Gaelen R.; Strand, Michael R. (2012-01-31). “Polydnaviruses of Parasitic Wasps: Domestication of Viruses To Act as Gene Delivery Vectors” (英語). Insects 3 (1): 91–119. doi:10.3390/insects3010091. PMC 4553618. PMID 26467950. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4553618/.  ^ Leobold, Matthieu; Bézier, Annie; Pichon, Apolline; Herniou, Elisabeth A; Volkoff, Anne-Nathalie; Drezen, Jean-Michel; Abergel, Chantal (July 2018). “The Domestication of a Large DNA Virus by the Wasp Venturia canescens Involves Targeted Genome Reduction through Pseudogenization”. Genome Biology and Evolution 10 (7): 1745–1764. doi:10.1093/gbe/evy127. PMC 6054256. PMID 29931159. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6054256/.  ^ “The use of virus-like particles for gene transfer”. Current Opinion in Molecular Therapeutics 5 (5): 524–8. (October 2003). PMID 14601522.  ^ Galaway, F. A. & Stockley, P. G. MS2 viruslike particles: A robust, semisynthetic targeted drug delivery platform. Mol. Pharm. 10, 59–68 (2013). ^ Kovacs, E. W. et al. Dual-surface-modified bacteriophage MS2 as an ideal scaffold for a viral capsid-based drug delivery system. Bioconjug. Chem. 18, 1140–1147 (2007). ^ a b “A virus-like particle vaccine for epidemic Chikungunya virus protects nonhuman primates against infection”. Nature Medicine 16 (3): 334–8. (March 2010). doi:10.1038/nm.2105. PMC 2834826. PMID 20111039. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2834826/.  ^ “Lessons learned from successful human vaccines: Delineating key epitopes by dissecting the capsid proteins”. Human Vaccines & Immunotherapeutics 11 (5): 1277–92. (2015). doi:10.1080/21645515.2015.1016675. PMC 4514273. PMID 25751641. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4514273/.  ^ “Intranasal vaccination with 1918 influenza virus-like particles protects mice and ferrets from lethal 1918 and H5N1 influenza virus challenge”. Journal of Virology 83 (11): 5726–34. (June 2009). doi:10.1128/JVI.00207-09. PMC 2681940. PMID 19321609. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2681940/.  ^ John Gever (12 September 2010). “ICAAC: High Antibody Titers Seen With Novel Flu Vaccine”. 2017年3月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年3月13日閲覧。 ^ Fouchier, Ron A. M., ed (December 2010). “Preclinical and clinical development of plant-made virus-like particle vaccine against avian H5N1 influenza”. PLOS ONE 5 (12): e15559. Bibcode: 2010PLoSO...515559L. doi:10.1371/journal.pone.0015559. PMC 3008737. PMID 21203523. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3008737/.  ^ “Hope to launch Covovax by September, says Serum Institute CEO”. mint. (27 March 2021). オリジナルの13 May 2021時点におけるアーカイブ。. https://web.archive.org/web/20210513082056/https://www.livemint.com/companies/news/hope-to-launch-covovax-by-september-says-serum-institute-ceo-11616834205232.html 28 March 2021閲覧。  ^ “Integral Molecular”. 2009年7月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年4月30日閲覧。 ^ “Virus-like particles as quantitative probes of membrane protein interactions”. Biochemistry 47 (27): 6988–90. (July 2008). doi:10.1021/bi800540b. PMC 2741162. PMID 18553929. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2741162/.  ^ “Cell-free assay of G-protein-coupled receptors using fluorescence polarization”. Journal of Biomolecular Screening 13 (5): 424–9. (June 2008). doi:10.1177/1087057108318332. PMID 18567842.  ^ “Assembly of a spherical plant virus”. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences 276 (943): 113–22. (November 1976). Bibcode: 1976RSPTB.276..113A. doi:10.1098/rstb.1976.0102. PMID 13422.  ^ “Modeling the competition between aggregation and self-assembly during virus-like particle processing”. Biotechnology and Bioengineering 107 (3): 550–60. (October 2010). doi:10.1002/bit.22821. PMID 20521301.  ^ “Chaperone-mediated in vitro assembly of Polyomavirus capsids”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100 (18): 10477–82. (September 2003). Bibcode: 2003PNAS..10010477C. doi:10.1073/pnas.1832245100. PMC 193586. PMID 12928495. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC193586/.  ^ “Establishment of a yeast-based VLP platform for antigen presentation”. Microbial Cell Factories 17 (1): 17. (February 2018). doi:10.1186/s12934-018-0868-0. PMC 5798182. PMID 29402276. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5798182/.  ^ “A molecular assembly system that renders antigens of choice highly repetitive for induction of protective B cell responses”. Vaccine 20 (25–26): 3104–12. (August 2002). doi:10.1016/S0264-410X(02)00266-9. PMID 12163261.  ^ “Surface functionalization of virus-like particles by direct conjugation using azide-alkyne click chemistry”. Bioconjugate Chemistry 22 (3): 376–87. (March 2011). doi:10.1021/bc100367u. PMC 5437849. PMID 21355575. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5437849/.  ^ “Plug-and-Display: decoration of Virus-Like Particles via isopeptide bonds for modular immunization”. Scientific Reports 6: 19234. (January 2016). Bibcode: 2016NatSR...619234B. doi:10.1038/srep19234. PMC 4725971. PMID 26781591. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4725971/.  ^ a b “Bacterial superglue enables easy development of efficient virus-like particle based vaccines” (英語). Journal of Nanobiotechnology 14 (1): 30. (April 2016). doi:10.1186/s12951-016-0181-1. PMC 4847360. PMID 27117585. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4847360/.  “Ebola Virus-like Particles Prevent Lethal Ebola Virus Infection”. United States Army Medical Research Institute of Infectious Diseases (2003年12月9日). 2006年12月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年2月23日閲覧。