エンドサイトーシスを介したウイルス侵入機構の解析(PI:藤岡容一朗)

Ras-PI3Kシグナルによるエンドサイトーシス制御機構

低分子量Gタンパク質であるRasは、下流で働く複数の標的因子を「いつ、どこで」活性化させるか巧妙に制御することで、シグナル伝達において多彩な役割を担っています。生きた細胞におけるRasとその標的因子が形成する複合体の挙動をBiFC法で可視化したところ、Rasとphosphoinositide 3-kinase(PI3K)の複合体は、他の標的因子とは異なり細胞膜だけでなくエンドゾームにも局在していました(図1)。また、Ras-PI3K複合体が細胞膜からエンドゾームに移行し、エンドゾームから発信するシグナルが、クラスリン非依存性エンドサイトーシスの制御に重要なことも明らかとなりました。
本研究により、これまで細胞膜が主戦場であると考えられてきたRas-PI3Kシグナルにエンドゾームという新たな活躍の場を見出すことができました。この発見は、ダイナミックに変化するタンパク質相互作用を実際に見ることからスタートした成果であり、 “seeing is believing”をまさに体現した好例です。現在は、Ras-PI3Kがエンドゾームに移行するメカニズムを探索しています。

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図1 Ras-PI3K複合体はエンドゾームに局在する
BiFC法を用いてRasと標的因子が形成する複合体を可視化した。Ras-PI3K複合体は細胞膜だけでなく、エンドゾームにも局在した。

【関連業績】

Visualization of Ras-PI3K interaction in the endosome using BiFC. K. Tsutsumi, Y. Fujioka, M. Tsuda,H. Kawaguchi, Y. Ohba. Cell Signal. 21: 1672-1679, 2009

The Ras–PI3K Signaling Pathway Is Involved in Clathrin-Independent Endocytosis and the Internalization of Influenza Viruses. Y.Fujioka, M. Tsuda, T. Hattori, J. Sasaki, T. Sasaki, T. Miyazaki & Y. Ohba. PLoS ONE 6: e16324, 2011

北大によるプレスリリース記事
Nature Asia

A peptide derived from phosphoinositide 3-kinase inhibits endocytosis and influenza virus infection. Y. Fujioka Y, A. Satoh, K. Horiuchi, M. Fujioka, K. Tsutsumi, J. Sasaki, P. Nepal, S. Kashiwagi, S. Paudel, S. Nishide, A. Nanbo, T. Sasaki, Y. Ohba. Cell Struct Funct 44: 61-74, 2019

 日本細胞生物学会論文賞

 

Ca2+シグナルを介したインフルエンザウイルスの宿主細胞侵入機構

多くのウイルスは細胞に侵入する際に細胞が持つエンドサイトーシス機構を利用します。例えばインフルエンザはクラスリン依存性エンドサイトーシスで細胞に侵入すると言われていました。しかし、私たちの研究から、Ras-PI3Kシグナルの活性化を介して、クラスリン非依存性エンドサイトーシスでも侵入可能なことが証明されました。また、その際に細胞内カルシウム濃度の上昇を引き金に、Ras-PI3Kシグナルを活性化することが明らかとなりました(図2)。さらに解析を進めると、ウイルスが感染した時に生じるカルシウム濃度上昇をきっかけに、Ras-PI3Kシグナルのみならず様々なシグナルネットワークが発動し、種々のエンドサイトーシスが促進することが分かりました(図3)。

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図2 ウイルス感染による細胞内カルシウムイオン濃度の一過性上昇
培養細胞にカルシウム濃度をモニターするFRETセンサーを発現させ、ウイルス感染後のカルシウム動態を生きた細胞において観察した。感染直後に、複数回に渡るカルシウムの一過的上昇が起こった。

すなわち、インフルエンザウイルスは宿主細胞内カルシウム濃度など、細胞内シグナル伝達機構を乗っ取ることで、細胞内に侵入しやすい環境を作り出しているというモデルが考えられます。本研究のように、ウイルスを用いて細胞の機能を探求することにより、これまでは明らかではなかった細胞に潜むメカニズムの解明が加速するものと期待されます。

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図3 カルシウムシグナルを介したインフルエンザウイルスの侵入機構
インフルエンザウイルスは細胞に吸着するとすぐさま、カルシウム濃度上昇→RhoA活性化→カルシウム濃度上昇というシグナルを発動させ、エンドサイトーシスを亢進することで効率的に細胞に侵入する。

【関連業績】

A Ca2+-dependent signalling circuit regulates influenza A virus internalisation and infection. Y. Fujioka, M. Tsuda, A. Nanbo, T. Hattori, J. Sasaki, T. Sasaki, T.
Miyazaki, and Y. Ohba. Nat. Commun. 4: 2763, 2013

北大によるプレスリリース記事
Yahooニュース
北海道のニュース・気象情報、ネットワークニュース北海道(ともにNHK、11/14)

A Voltage-Dependent Ca2+ Channel Participates in Influenza A Virus Entry into Mammalian Cells. Fujioka Y, Nishide S, Ose T, Suzuki T, Kato I, Fukuhara H, Fujioka M, Horiuchi K, Satoh A, Nepal P, Kashiwagi S, Wang J, Horiguchi M, Sato Y, Paudel S, Nanbo A, Miyazaki T, Hasegawa H, Maenaka K, Ohba Y. Cell Host Microbe 23: 809-818, 2018

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北大によるプレスリリース記事

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