SARS-CoV-2オミクロン株の進化パターンの一端を解明 ――スパイクタンパク質の収斂進化が適応度の高い変異株の出現に繋がる――
【ポイント】
- 本研究では、包括的な進化系統解析と流行モデリング解析により、適応度の高い新型コロナウイルス「オミクロン亜株」の出現の背景にある進化の法則を見出した。
- オミクロン株はスパイクタンパク質における5ヶ所の変異を収斂的に獲得することで、適応度を上昇させてきたことを明らかにした。
- 5ヶ所の変異を全て獲得したオミクロン亜株「BQ.1.1株」は、高いACE2結合能、感染性、液性免疫からの逃避能を示した。
- 【発表概要】
東京大学医科学研究所システムウイルス学分野の佐藤佳教授が主宰する研究コンソーシアム「The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan)」（注１）は、オミクロン株（注２）の進化過程において適応度（流行拡大能力）（注３）の上昇に寄与した変異を同定しました。進化系統解析により、様々なオミクロン亜株が、スパイクタンパク質（注４）の重要な5箇所のアミノ酸残基において変異を収斂（注５）的に獲得していることを明らかにしました。次に、流行モデリング解析により、前述の5箇所の変異（収斂変異）の獲得が、ウイルスの適応度を上昇させることを示しました。さらに、i) 収斂変異を多く獲得した変異株ほど高い適応度を示すこと、ii) 5箇所の収斂変異の獲得により、オミクロン株の進化過程における適応度上昇の大部分が説明できることを示しました。これらの結果は、一見複雑に見えるオミクロン株の進化パターンが、多くの収斂変異を獲得するほど適応度が上昇するという、単純な法則で説明可能であることを示しています。
さらに本研究では、5箇所全ての収斂変異を獲得し、高い適応度を示すオミクロン「BQ.1.1株」について、詳細なウイルス学的実験を行いました。その結果、オミクロンBQ.1.1株は収斂変異を獲得したことで、祖先株であるオミクロンBA.5株よりも高いACE2（注６）結合能、感染性、そして液性免疫（注７）に対する逃避能を獲得したことが明らかとなりました。一方で、オミクロンBQ.1.1株の実験動物モデルにおける病原性はオミクロンBA.5株と同程度であることが明らかとなりました。本研究成果は2023年5月11日、英国科学雑誌「Nature Communications」オンライン版に掲載されました。
【発表者】
東京大学医科学研究所 システムウイルス学分野
佐藤 佳（教授）
伊東 潤平（助教）
瓜生 慧也（大学院生）
北海道大学 大学院医学研究院
田中 伸哉（教授）
福原 崇介（教授）
鈴木 理滋（助教）
北海道大学 創成研究機構 化学反応創成研究拠点（ICReDD）
王 磊（特任助教）
北海道大学 人獣共通感染症国際共同研究所
松野 啓太（准教授）
板倉 友香里（大学院生）
京都大学 医生物学研究所
橋口 隆生（教授）
木村 香菜子（助教）
京都大学 iPS細胞研究所
高山 和雄（講師）
出口 清香（大学院生）
熊本大学 ヒトレトロウイルス学共同研究センター
池田 輝政（准教授）
宮崎大学 農学部獣医学科
齊藤 暁（准教授）
HiLung株式会社
山本 祐樹（代表取締役）
永元 哲治（取締役）
【論文情報】
〈雑誌〉Nature Communications
〈題名〉Convergent evolution of SARS-CoV-2 Omicron subvariants leading to the emergence of BQ.1.1 variant
〈著者〉伊東潤平#, 鈴木理滋#, 瓜生慧也#, 板倉友香里#, Jiri Zahradnik#, 木村香菜子#, 出口清香#, 王磊#, Spyros Lytras#, 田村友和, 紀田泉, Hesham Nasser, Maya Shofa, MST Monira Begum, 津田真寿美, 小田義崇, 鈴木干城, 佐々木慈英, 田畑香織, 藤田滋, 吉松組子, 伊藤駿, 直亨則, 浅倉弘幸, 長島真美, 貞升健志, 吉村和久, 山本佑樹, 永元哲治, 倉持仁, Gideon Schreiber, The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium, 齊藤暁, 松野啓太, 高山和雄, 橋口隆生*, 田中伸哉*, 福原崇介*, 池田輝政*, 佐藤佳*
#Equal contribution; *Corresponding author
〈DOI〉 10.1038/s41467-023-38188-z
〈URL〉 https://www.nature.com/articles/s41467-023-38188-z
【詳細】 プレスリリース（PDF819KB）
【用語解説】
（注１）研究コンソーシアム「The Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan)」
東京大学医科学研究所 システムウイルス学分野の佐藤教授が主宰する研究コンソーシアム。日本国内の様々な専門性を持つ若手研究者が参画し、多角的アプローチからウイルスの性質の解明に取り組んでいる。現在では、イギリスを中心とした諸外国の研究チーム・コンソーシアムとの国際連携も進めている。
（注２）オミクロン株
新型コロナウイルスの流行拡大によって出現した、顕著な変異を有する「懸念すべき変異株（VOC：variant of concern）」のひとつ。オミクロンBA.1株、オミクロンBA.2株、オミクロンBA.5株、オミクロンBQ.1.1株などが含まれる。現在、日本を含めた世界各国で大流行しており、パンデミックの主たる原因となる変異株となっている。
（注３）適応度（流行拡大能力）
生物がどれだけ多くの子孫を次世代に残すことができるかを示す尺度。ウイルスの場合、特定の条件下において1人のウイルス感染者が平均して何人の二次感染者を生み出せるかを表す尺度。実効再生産数と同義。本研究では変異株の流行拡大能力を比較する目的で使用している。
（注４）スパイクタンパク質
新型コロナウイルスが細胞に感染する際に、新型コロナウイルスが細胞に結合するためのタンパク質。現在使用されているワクチンの標的となっている。
（注５）収斂
系統の異なる生物が、類似の形質を独立に獲得すること。
（注６）ACE2
Angiotensin-Converting Enzyme 2（アンジオテンシン変換酵素2）の略称で、新型コロナウイルスが細胞に感染する際に受容体として機能する。
（注７）液性免疫
B細胞が主体となって、抗体を作ることで異物に対抗する免疫。
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