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古代ウイルス学への招待!
第""回ウイルス学夏の学校 みちのくウイルス塾!
平成#$年%月"$日!
（独）国立病院機構 仙台医療センター!
京都大学!ウイルス研究所!
信号伝達学研究分野!
宮沢!孝幸!
&'()(!*+!,-(.(/012! '))3455666/+123'()(/27)!
中生代（1億5千万年前） 新生代
ウイルスはいつから存在したのか？!
ウイルスはいつから存在したのか？!
ウイルスは89億年前から存在したと考えられる。!
ウイルスと共に生きる（山内一也）より!666/3:;.<)7/(:/=35:72><;5?<@@;59A"###B;C>/3DB!
'))3455666/2EF/G'5H;:(E(C+)1)(:;<E>5IE<>>;B;G<);(2/').より!
哺乳類に感染するウイルス!
ヘルペスウイルスに共通の祖先は、$億年前から存在していた？!
ヘルペスウイルスはいつから存在したのか？!
哺乳類! 鳥類! 爬虫類!
両生類!
ヒトヘルペスウイルス! ウミガメヘルペスウイルス!
魚類!
ナマズヘルペスウイルス!アカガエルヘルペスウイルス!
マレック病ウイルス!
無脊椎動物!
カキヘルペスウイルス!
哺乳類に感染するウイルス!
'))3455666/2EF/G'5H;:(E(C+)1)(:;<E>5IE<>>;B;G<);(2/').より!
レトロウイルスはいつから存在するのか？!
レトロウイルスの生活環!
侵入 脱殻
逆転写
核移行
挿入
核外移行
転写
翻訳
組み立て
放出 放出
組み立て
翻訳
核外移行
転写 ＋鎖RNAウイルス。 逆転写酵素をもつ。 ウイルスゲノムは逆転写されDNAとなり、感染細胞のゲノムに組み込まれる。
Retroviral infection to germ cells
entry Integration
Exogenous retroviruses
Viral genome
Host genome
Ancestor Progeny
祖先の生殖細胞に感染した外来性レトロウイルスはERVとなり、宿主ゲノムの一部として振舞う!
内在性レトロウイルス（JKH）!
レトロウイルスはいつから存在していたのか？!
マウス白血病ウイルスに近縁の内在性レトロウイルスを様々な動物で探索した!
L<:);2!7)!<E!M"NNNO!P/!H;:(E/!%84!#$$#Q#$$N!
昆虫にもレトロウイルスに似たウイルスが存在する!
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昆虫にもレトロウイルスが存在する!
U<2>72!R!U7>E(3QU<::;>(2!M#99$O!VDF<2G7>!;2!W()<2;G<E!K7>7<:G' $"4"ST "N8/!
植物にもレトロウイルスに似たウイルスが存在する!
まとめ!
１） ウイルスは89億年前から存在した。!
２）ヘルペスウイルスは少なくとも$億年前に存在した。!
３）レトロウイルスも$億年前には存在していた。!
４）レトロウイルスに類似のウイルスは昆虫や植物にも存在する。!
哺乳類の進化を演出したレトロウイルス
保湿↑
360my
230my
皮膚特異的遺伝子群（フィラグリンなど）
角化重層扁平上皮
？ ？
多層上皮
両生類（オタマジャクシ）魚類
両生類（カエル） 爬虫類
哺乳類
未熟な角質層 保湿した柔かい角質層強固な角質層
脊椎動物皮膚の適応進化
単孔類有袋類
真獣類
鳥類
スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士
皮膚
食道
肛門 膣
胃 肺
腎臓腸
膵臓
単層上皮組織
重層扁平上皮組織
ヒトの上皮組織
スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士
哺乳類皮膚表皮の構造
SG2SG3
SG1
基底層
有棘層
角質層
顆粒層
pH5.5
pH7.5
Tight Junction液相−液相境界バリアー
増殖
分化
細胞死
気相−液相境界バリアー
Furuse and Tsukita et al., JCB 156:1099-1111, 2002
Langerhans Cell Network免疫バリアー
Reviewed by Kubo, Nagao and Amagai, JCI 122:440-447, 2012
スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士
SG1細胞に特異的に発現するMouse Back Skin Epidermis
“SG1細胞”
欠損マウスは乾燥肌になるMatsui et al., EMBO Mol. Med. 2011
哺乳類皮膚顆粒層SG1細胞に特異的に発現するプロテアーゼ SASPase
Human SASPase: Bernard et al., J. Invest. Dermatol. 2005.Mouse SASPase: Matsui et al., J. Biol. Chem. 2006.Mouse Taps: Rhiemeier et al., Am. J. Pathol. 2006.
Mouse
Human
82% identity1 56 77 ���� ��189 324 339 aa
1 55 76 191 326 343 aa
(32kDa)
(34kDa)Protease
ProteaseTM?
TMレトロウイルス型
+/- -/-
スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士
有棘層
基底層
角質層
SASP+/+
顆粒層
天然保湿因子
Profilaggrin
SASP-/-
Cit Cit Cit
乾燥肌
Filaggrin
Keratin
遊離アミノ酸
?
SASP
SASP
SASP
SASP
Profilaggrin分解異常と乾燥肌を示したSASPase欠損無毛マウス
Matsui et al., EMBO Mol. Med. 2011 スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士
保湿↑レトロポゾンもしくは
レトロウイルス
蛋白質分解酵素サスペース
360my
230my
皮膚特異的遺伝子群（フィラグリンなど）
角化重層扁平上皮
？ ？
多層上皮
両生類（オタマジャクシ）魚類
両生類（カエル） 爬虫類
哺乳類
未熟な角質層 保湿した柔かい角質層強固な角質層
脊椎動物皮膚の適応進化
?
単孔類有袋類
真獣類
鳥類
スライド：京都大学iCeMS 松井毅博士
1）皮膚顆粒層特異的に発現するレトロウイルス型のアスパラギン酸プロ テアーゼであるSASPaseの欠損無毛マウスは、乾燥肌様皮膚を呈した。
2）SASPase欠損無毛マウスでは、プロフィラグリンの分解異常が起こり、 中間段階産物が蓄積している。(プロフィラグリンは、顆粒層で発現し、 角質層中で段階的に分解され、フィラグリンとなり、さらにアミノ酸にまで分解されて、天然保湿因子の大部分を形成する。)
3）SASPaseはレトロウイルス型のアスパラギン酸プロテアーゼであり、哺乳類にしか存在しない。すなわち、太古のレトロウイルス感染により、SASPase遺伝子がゲノム上に取り込まれ、皮膚表皮の顆粒層で発現して角質層の水分量を巧妙に調節できるようになった可能性を示している。
「レトロウイルス感染による哺乳類皮膚の適応進化」が起こった可能性
http://epithelial.evolution.jp/TakeshiMatsui/Japanese.html
まとめ
胎盤!
http://www.nilgs.affrc.go.jp/db/breeding/hatsuiku/Fetal_Growth_emb.htm
ウシ胎盤 ヒト胎盤
Uterine
'))345526.G/D;>G(F7:+'(>3;)<E/G(.572G+GE(37D;<5;.CX').5Y0ZQ#A/').!
胎子の成長や妊娠の維持!様々な成長因子を分泌する!!
W<?7:!7)!<E/[!K73:(D1G);(2!M#99NO!"8A4!"NTQ#9N!
Nature(2000) 403: 785-789
Syncytin is a captive retroviral envelope protein involved in human placental morphogenesis SHA MI, XINHUA LEE, XIANG-PING LI, GEERTRUIDA M. VELDMAN, HEATHER FINNERTY, LISA RACIE, EDWARD LAVALLIE, XIANG-YANG TANG, PHILIPPE EDOUARD, STEVE HOWES, JAMES C. KEITH JR & JOHN M. MCCOY* Genetics Institute, Inc., 87 CambridgePark Drive, Cambridge, Massachusetts 02140, USA * Present address: Biogen Inc., 14 Cambridge Center, Cambridge, Massachusetts 02142, USA
Nature(2000) 403: 785-789
Nature(2000) 403: 785-789
単核細胞!二核細胞! 三核細胞!
ウシ栄養膜細胞!（胎盤を構成する細胞）!
単核細胞が%9! !A9\を占める!二核細胞や三核細胞が担う役割は大きい!
ウシ栄養膜細胞の分化!（二核細胞）!
Mononucleate cells
Binucleate cells
二核細胞は三核細胞のエンドリデュプリケーションにより形成されると考えられている!!!
母体血管 二核細胞
子宮内膜
胎子由来ホルモン
三核細胞
三核細胞の形成に関わる詳細な機構は未解明である
ウシ栄養膜細胞の分化!（三核細胞）!
二核細胞はホルモンを産生する ホルモンを母体に分泌するために三核細胞を形成する
母体血管
三核細胞の形成に関わる詳細な機構は未解明である
ウシ栄養膜細胞の分化!（三核細胞）!
二核細胞はホルモンを産生する ホルモンを母体に分泌するために三核細胞を形成する
母体血管
三核細胞の形成に関わる詳細な機構は未解明である
ウシ栄養膜細胞の分化!（三核細胞）!
二核細胞はホルモンを産生する ホルモンを母体に分泌するために三核細胞を形成する
W(F;27!72D(C72(1>!:7):(F;:1>!]（WJKHQ]）!
!"#$%&'$
gag
pro
^-K!^-K!%&'$
gag
pro ^-K!^-K! pol
BERV-K1 BERV-K2
200 400 600
Hyd
roph
obic
ity
0 2
4 -2
0 Amino acid sequence
SP SU TM
200 400 600 H
ydro
phob
icity
0 2
4 -2
0 Amino acid sequence
SU TM SP
ウシゲノムデータベースを用いて、 envが保存された2つのERVを同定した
W<*<!7)!<E/!M#9""O!AT4"#8%Q"#$T!
系統樹解析（J2F）!
BERV-K2 BERV-K1
beta
alpha
lenti gamma
delta
enJSRV
BERV-Ksはベータレトロウイルス属に属する W<*<!7)!<E/!M#9""O!AT4"#8%Q"#$T!
WJKHQ]!%&'!.KZV>の発現量!
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
Pl Lu Li Sp He Mu Ki Sk Te EM rela
tive
expr
essi
on le
vels
(BERV-K1
/GAPDH)
BERV-K1
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
Pl Lu Li Sp He Mu Ki Sk Te EM rela
tive
expr
essi
on le
vels
(BERV-K2
/GAPDH)
BERV-K2
W<*<!7)!<E/!M#9""O!AT4"#8%Q"#$T!
3_YT5W]J2F`^VY^-K!
WJKHQ]!%&'のタンパク産生能$
-FLAG
-Tubulin 50 60
Empt
y
30
40
50 60 80
(kDa) %&'$
^-K!
TM _a!_&!
cleavage FLAG
cleavage Cos-7 cells
K2
K1
&:7G1:>(:!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!-L!
両Env前駆体の発現を確認できた プロセシングを受けたTM EnvはK1のみで確認できた
WJKHQ]!J2Fの細胞融合能!
Empty BERV-K1 BERV-K2 VSV-G
Cos7/DsRed Cos7/GFP/Env
Env Fusion
BERV-K1 Envは細胞融合能を有していた
WJKHQ]!J2Fの細胞融合活性!
Empty K1 K2 VSV-G 1
10
100
1000
Rel
ativ
e lu
cife
rase
act
iviti
es
Cos-7 cells
Empty K1 K2 VSV-G 1
10
100
1000
Rel
ativ
e lu
cife
rase
act
iviti
es
Bovine endometrial cells
^1G!
^1G!
Fusion
Cos-7/Env (effector cells)
Target cells
BERV-K1 Envはウシ子宮内膜細胞に対しても細胞融合活性を有していた
仮説!
BERV-K1 Env
二核細胞 子宮内膜細胞
BERV-K1 Envを発現する二核細胞がウシ子宮内膜細胞と融合し、三核細胞を形成する
三核細胞
WJKHQ]"のウシゲノムにおける位置!
ウシ（B.taurus）の胎子側胎盤、特に栄養膜二核細胞（BNC）で特異的に発現するウシ内在性レトロウイルス（BERV）-K1のエンベロープタンパク（Env）を同定した。 BERV-K1の細胞融合能がBNCと子宮内膜細胞の融合体である三核細胞の形成に寄与していることが明らかとなった。 B.taurus、B.bubalis、T.spekiiのゲノムにはBERV-K1が存在していたのに対し、O.ariesとC.hircusでは確認できなかった。また、その3動物種から同定したBERV-K1はいずれもEnvのみが保存され、子宮内膜細胞に対する融合能を有していた。 BERV-K1はFAT2遺伝子のイントロン18に挿入されていた。FAT2は胎盤で比較的高発現を示しており、このことがBERV-K1の胎盤特異的な発現機構に関与していることが示唆された。
まとめ!
BERV-K1はウシ亜科とヤギ亜科の共通祖先が分かれた後、すなわち約2000万年前にウシ亜科動物に感染し、その胎盤形成に寄与するようになったと考えられる。
胎盤形成におけるレトロエレメントの役割!
(%)*+$ (%)**,-.#*$
WJKHQ]"!
/0&10.2&34$ _+2G+);2!"!
_+2G+);2!#!/0&10.2&35$
胎盤の創出・多様化にレトロウイルスが関与した!
内在性レトロウイルスの危険性!
「すべての外来性レトロウイルスは内在性レトロウイルスから生じる。」!
H;>2<!
JbVH!
_bHVYL!
UbHQ#!UbHQ"!
L&LH!
LL-H!
P_KH!K_H!
`bH!
``H!U`H!
cd_H!
cJUHQ"!
cJUHQ#!
`7^H!
L1^H!
Y<^H!](KH!&JKH!
U-^HQ#!
U-^HQ"!
W^H!
レンチウイルス属!
アルファレトロウイルス属!
スプーマウイルス属!
ガンマレトロウイルス属!
イプシロンレトロウイルス属!
デルタウイルス属!
UJKHQK!
UJKHQ^!
KJ^b]!
UJKHQc!
ベータレトロウイルス属!
クラスb!
クラスbb!
クラスbbb!
内在性レトロウイルスは8つのクラスに分類される!
約T[999万年前に爆発的に増大!
約８％ 過去に感染しゲノムに寄生
その他 LINE
SINE
トランスポゾン
わずか２％ 蛋白質をコードする 遺伝子領域!
内在性レトロウイルス
レトロエレメント
ヒトゲノム （約30億塩基対）
ヒトゲノムにおけるレトロエレメントの割合!
外来性レトロウイルス!
"#$の創始者!
"#$の増幅!
固定または喪失!
不活性化!
外来性レトロウイルスとして新たな宿主に感染!
（撮影：小原祐二氏）!!
678$19:"#2!JKH!
](KH!
YV^H!
固定型"#$!
非固定型"#$!
生殖細胞!
感染による移住!
コアラレトロウイルスは内在化しつつあるレトロウイルスである
「内在性レトロウイルスは、外来性レトロウイルスの巨大な遺伝子プールである。」!
ネコ感染性内在性レトロウイルスRD-114の起源
d76<22;7e!7)!<E/!H;:<E!_<B7)+!R!Je):<27(1>!VC72)>!-7>);2C!B(:!H7)7:;2<:+!H<GG;27>!M#9"9O!
サル（ヒヒ）! ネコ!
内在性レトロウイルス同士、あるいは内在性レトロウイルスと外来性レトロウイルスの組換えにより新しいレトロウイルスが生まれる!
新しい医療による新たなレトロウイルス感染症の危険性!
Please use my heart.
Q"[!8!Y-!]f!3;C!
&JKH!
Vaccines
PCR
LacZ MR assay
RT-PCR (env)
TCID50 (/shot)
Real time RT-PCR (Copy number/ml)
*BGL: Background level; **ND: not detected; ***NT: not tested
A
1,800
＋
＋
4.5 x107
＋
D
‐
ND**
B
＋
＋
＋
6.3 x107
1,000
C
＋
8.3 x106
＋
＋
1.8
F
‐
‐
‐
ND
G
‐
‐
‐
ND
H
＋
10,000
2.1 x108
＋
＋
I
＋
180
1.7 x108
＋
＋!
d;:7G)!
f2!G7EE>!
BGL
‐
E
‐
‐
‐
ND
BGL 1.0 x106
BGL
‐
L;+<?<6<!7)!<E/!;$<2:"#=!M#9"9O[!0(>';@<6<!7)!<E/!52"#")219#8!M#9"#O!!
イヌ用生ワクチン中での感染性RD-114ウイルスの検出
PCR (env)
血液 精巣 腸間膜リンパ節 脾臓
青線：接種群 赤線：コントロール群
KdQ""$ウイルスはイヌに感染する KdQ""$!F;:1>!;2B7G)>!D(C>!
吉川ら 第"T9回日本獣医学会 （#9"9O!
RD-114ウイルスはイヌに感染する
ニホンザル血小板減少症!
g超病原性レトロウイルスとシンシチンとの意外な関係g!
ニホンザル血小板減少症!
京都大学霊長類研究所にて出血してニホンザルが連続して死亡する事例があった。
1) 2001から2002年の約1年間に7頭発症して6頭死亡。
2) 2008年3月から2010年4月までの約2年間で41頭発症して40頭死亡 。
2010年7月13日のＮａｔｕｒｅより
京都大学霊長類研究所疾病対策委員会 ニホンザルの出血症（仮称）について”. 霊長類研究, Vol. 26, pp.69-71 (2010) .
#週間!
赤血球!
白血球!
血小板!
発症個体の血液性状の推移!
血小板減少症ニホンザル!
抗生物質で治癒出来ず。!
炎症性マーカーMIK&O上昇せず。!
・メタゲノム解析 (大阪大学 微生物病研究所)
・RDV法(Rapid Determination System of Viral RNA Sequences) (国立感染症研究所)
サルレトロウイルス$型!M_;.;<2!:7):(F;:1>!)+37!$4!_KH$O!のシークエンスを確認!
ウイルス感染か？!
ニホンザル血小板減少症の病原因子の探索!
SRV4とは
カニクイザル
SRV4
・レトロウイルス科
・ベータレトロウイルス属
・カニクイザルに対しては 非病原性
SRV4に近縁なウイルス
SRV1 SRV2
SRV3 アカゲザル
免疫不全
♀
JM1
♀
JM2
♂
JM3
♂
JM4
-10 0 4 11 15 18 25 32 35 37
斃死
安楽殺
安楽殺
安楽殺
(日)
_KH$M"/A×"9S-IbdT95.EO 腹腔M"T.EO及び静脈内MT.E）!
JM 血小板数
0510152025303540
-10 0 4 11 15 18 25 32 35 37
day post infection
血小板数(×10000/l)
JM1
JM2
JM3
JM4
感染日数!M日O!
血小板数!
Plasma中のSRV4 RNA量
01234
5678
pre 4 11 15 18 25 32 Final
day post infection
log10 copies/ml
JM1
JM2
JM3
JM4
感染日数!M日O!
血小板減少症発症個体より_KH$の分離を確認できた。!
!分離株をニホンザルへ実験感染したところ、血小板が急激に減少した。!!実験感染個体より_KH$の分離を確認できた。!
!以上のことから、ニホンザル血小板減少症の原因ウイルスは_KH$であると考えられる。!
まとめ!
シンシチンはSRV関連内在性レトロウイルスである
現在のSRVはシンシチンに類似した内在性レトロウイルス由来である可能性が高い
ヒトシンシチン!
ウサギシンシチン!
ヒトシンシチン!
_KH!
アカゲサルゲノムの内在性レトロウイルスEnv配列の系統樹
SRV感染ニホンザルでは、SRVに対する抗体誘導が見られない（もしくは極めて弱い）のは、SRV関連内在性レトロウイルスをもっているからなのかも知れない。
ヒトシンシチン!
ウサギシンシチン!
ヒトシンシチン!
_KH!
RD-114ウイルスもSRV関連ウイルスである
KdQ""$ウイルス!
KdQ""$ウイルスhM`GJHi_KHO÷#!
)9)3!"#領域!
%&'領域!
L^H関連ガンマレトロウイルス!
_KH関連ベータレトロウイルス!
仲屋友喜!君!
馬場健司!先生j!
今川和彦!先生!
橋爪一善 先生
木崎 景一郎!先生!
岩手大学農学部!獣医生理学研究室!
東京大学農学生命科学研究科!動物育種学研究室!j!現!山口大学農学部獣医学科!
臨床獣医学講座寄生虫病学研究室!
京都大学ウイルス研究所!細胞生物学研究部門!信号伝達学研究分野!
国立遺伝学研究所!
中川草!先生!
謝辞（ウシ内在性レトロウイルス）!
謝辞（ニホンザル血小板減少症）!
・京都大学 霊長類研究所 人類進化モデルセンター!
岡本 宗裕 教授! 明里 宏文 教授! 鈴木 樹理 准教授! 吉田 友教 助教! 佐藤 英次 助教!!・京都大学 ウイルス研究所 附属感染症モデル研究センター 霊長類モデル研究領域!
五十嵐 樹彦 教授! 三浦 智行 准教授! 小林 剛 助教 ! 阪脇 廣美!先生! 及び研究室の皆様!!・京都大学 ウイルス研究所! 附属ヒトレトロウイルス研究施設! ウイルス制御研究領域! 松岡 雅雄 教授! 安永 純一朗 講師!
・大阪大学 微生物病研究所! 堀井 俊宏 教授! 中村 昇太 助教!!・京都府立医科大学! 中屋 隆明 教授!!・国立感染症研究所! ウイルス第一部! 森川 茂 室長!!・東京農工大学! 水谷 哲也 教授!!・予防衛生協会! 吉川 泰弘 教授! 小野 文子 先生!!!・京都大学 ウイルス研究所! 細胞生物学研究部門! 信号伝達学研究分野!
信号伝達学研究分野 メンバー!
宮沢孝幸
正玄裕子 （秘書）
星野重樹 （ポスドク）
仲屋友喜 （ポスドク）
吉川禄助 （博士過程3年）
下出紗弓 （博士課程2年）
坂口翔一 （博士課程1年）
大学院生募集中！!
連絡先：)<@<F7)kC((/=3!
#9"#年%月"#日 クァルテットコルサーレにて!
ご静聴ありがとうございました！!
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