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2022-01-05 13:08 | カテゴリ:未分類

  現在オミクロン株に関して感染症研究所によりホームページで第5報まで発信されています。
 

SARS-CoV-2の変異株B.1.1.529系統(オミクロン株)について(第5報) (niid.go.jp)
  
  オミクロン株に関してはまだまだ論文になるような確定情報が得られていない、まさに現在進行形で、世界的な「全人類史的な壮大な人体実験」が行われている所です。ですが、遺伝子解析が得意な部門だけはデータが集積して何とか大まかではありますが、議論ができる段階にきているようです。

  

  最近、キーワードを「オミクロン(omicron)」で文献検索していたら、まだ論文が受理されていないようですが、インドの研究グループによる論文が、昨年末に「試し読み」として開示されていました。
  その図の中の変異部位が分かりやすいので、論文の「要旨」と「まえがき」と「考察」を無断で訳しました。この論文はオミクロン株に発生している、従来株よりも異常に多い変異に関して、変異アミノ酸の疎水性と親水性からみた感染性や免疫逃避に関する多角的な考察が行われています。
  この論文が上梓されてからも急速に世界でオミクロン株は主流になってきていますが、残念ながら、なぜこの変異数の異常なまで多い株が突然出てきたかに関する理由や、真の発生源に関する考察は、まったくされていません。ウイルスの進化生物学はまだまだだということですね。

  読者の参考にしてください。
  論文を読むにあたって全く基本的なことですが N501Y などという表示は 501番目のグルタミン(略号N)がチロシン(略号Y)に遺伝子変異によって置き換わる という意味です。△は欠失しているという意味です。

  図1、図2はクリックして拡大して見てください。

  

  

オミクロン変異株のS糖タンパク質の多様性

S glycoprotein diversity of the Omicron variant

 

Rakesh Sarkar, Mahadeb Lo, Ritubrita Saha, Shanta Dutta, Mamta Chawla-Sarkar

ICMR-National Institute of Cholera and Enteric Diseases, Kolkata, West Bengal, India

  

(要約)

現在進行中のデルタ変異株感染とワクチンによる免疫を背景に、新たな懸念変異株「オミクロン」の出現は、再び世界中のCOVID-19への恐怖を煽っている。現在、Omicron変異株のS糖タンパク質変異、感染性、重症度、免疫逃避行動についてはほとんど情報がない。本研究では、オミクロン変異体の309株のS糖タンパク質変異を包括的に解析し、さらにS糖タンパク質の構造、機能、免疫逃避特性に対する変異の影響に関する、既知の知見に基づいて観察された変異が、ウイルス生物学のいくつかの側面に及ぼすであろう影響について考察を行った。

  

  

(はじめに)

COVID-19の原因ウイルスであるSARS-CoV-2の感染性の上昇と高い変異率により、複数の懸念すべき変異体(VOCsが出現している。これらは感染性、疾患の重症度、免疫逃避、診断・治療回避などのウイルス特性に影響を与える遺伝子変化によることが知られている。

202111月中旬まで、アルファ(B.1.1.7)、ベータ(B.1.351)、ガンマ(P.1)、デルタ(B.1.617.2)という4つのVOCsが存在した。20211126日、WHOSARS-CoV-2亜種B.1.1.529を新しいVOCsとして指定し、Omicronと命名した。この決定は、WHOのウイルス進化に関する技術諮問グループ(TAG-VE)の勧告に基づいて行われたものである。オミクロンは多数の変異を有し、その一部は他のVOCsと共通しており、直接的な証拠は存在しないが、感染性、疾患の重症化、免疫回避、診断・治療回避を高める可能性があるとしている。WHOは、20211124日に南アフリカから変異型B.1.1.529の出現について報告を受けた。南アフリカは現在COVID-19の第3波に対処しており、主にデルタ変異株が優勢である。南アフリカでは、B.1.1.529株の発見と時を同じくして、ここ数週間で感染者が劇的に増加した。しかし、このCOVID-19の増加例がオミクロンによるものか、その他の要因によるものかは、ゲノム解読や疫学調査によって検証する必要がある。なお、2021119日に採取された検体からB.1.1.529の感染が初めて確認された。

SARS-CoV-2ゲノムは、ウイルス外膜から突出したスパイク(S)糖タンパク質を含む複数のタンパク質をコードしている。S糖タンパク質は、宿主細胞表面へのウイルス付着、膜融合、宿主細胞への侵入を含むウイルス・ライフサイクルのごく初期段階において重要な役割を担っている。S糖タンパク質は、表面タンパク質として、宿主の適応免疫反応によって引き起こされる中和抗体の主要な標的である。宿主とウイルスとの間の絶え間ない綱引きの中で、ウイルス侵入を容易にする、あるいは中和抗体から逃れるためのS糖タンパク質の変異を持つウイルス株が頻繁に選択され、最終的には優勢になる。S糖タンパク質がウイルス感染と宿主の免疫回避に重要な役割を果たすという観点から、科学者は循環拡散するSARS-CoV-2株のS糖タンパク質内に出現した変異を優先的に取り上げ、それらの変異の生物学的意義を調査した。本研究では、Omicron変異体のS糖タンパク質変異を包括的に解析し、共存するS糖タンパク質変異の組み合わせの違いにより、異なるグループに分類した。

    

(実験方法) 省略

(結果) 省略
     

(考察 )

オミクロン変異体のS糖タンパク質、特にS1サブユニットのNTDRDB35個以上の変異が存在することは、再び世界中のCOVID-19への恐怖を煽ることになった。ウイルスの人などの宿主ACE2受容体への付着と細胞への侵入を媒介するS糖タンパク質は、S1S2という2つの機能的サブユニットに細分化されており、合成時にfurinタンパクによって切断された後、非共有結合の相互作用を形成する。S1サブユニットのRBDNTDは、それぞれ宿主細胞受容体(ACE2との相互作用と様々な付着因子の認識を担う重要なドメインである。融合の機作はS2サブユニットにあり、大規模な構造変化を起こしてウイルスと宿主膜を融合させ、ゲノムの運搬と感染開始を可能にする。

RBD領域のどんな突然変異でも、ACE2レセプターとSグリコプロテインの結合親和性ばかりでなく、回復期で予防接種をされた個人に発生する抗体の無効化や有効性に影響を及ぼすことができる。

  

オミクロンのS糖タンパク質には37の優性変異があり、他の4種のVOCsに比べて感染力や病原性が高いのか、自然免疫やワクチンによる免疫を回避できるのかが懸念される。決定的な免疫学的・臨床的データがないにもかかわらず、これまでに同定された変異の影響に関する既知の知見に基づき、Omicron変異株の病原性、感染性、免疫逃避能力について予備的な示唆を与えることはできる。

オミクロン変異体の12個の変異(△H69△V70T95IG142D△Y144△Y145K417NT478KN501YD614GH655YP681H)はαβγΔの変異と重なっている。これらの変異はすべて、高い感染性、ウイルス結合親和性の増加、免疫逃避と以前から関連があった。もしこれらの重複するVOCs変異が既知の効果を維持するならば、オミクロン変異体のより高い細胞内透過性と免疫逃避の増強が懸念される。

  

残りの25の変異(A67V, ∆V143, ∆N211, L212I, ins214EPE, G339D, S371L, S373P, S375F, N440K, G446S, S477N, E484A, Q493R, G496S, Q498R, Y505H, T547K, N679K, N764K, D796Y, N856KQ954HN969KL981F)の意味は不明であり、一連の変異がウイルスの体力や自然免疫およびワクチン媒介免疫に対する脆弱性にどのように影響するかについて、多くの疑問が残っている。

  

エピトープマッピング抗体は抗原タンパク質と結合する際、、抗原全体を認識し結合する訳ではなく、その一部を認識し結合する。エピトープマッピングとは、抗原タンパク質のどの領域・配列に実際に抗体が結合(反応)しているのかを確認し、エピトープ部位を調べる事を意味する)や抗体フットプリントに関するいくつかの研究により、感染者およびワクチン接種者の血清中和抗体は主にS糖タンパクのRBDドメインを標的としていることが示されている。Omicron変異体のRBD15個の変異のうち、5個の変異(K417N, K477N, T478K, E484A, N501Y)だけが、免疫逃避との関連でこれまでに報告されている。ベータとデルタプラスで以前検出されたK417Nは、いくつかのモノクローナルの中和効力を低下させることが示されている。

  

E484 残基と T478 残基は RBD の免疫優位部位の一部である。ベータやガンマに見られるE484Kは、抗体中和を回避することが示されており、またモノクローナル抗体や回復期の血漿にさらされると、エスケープ変異感染拡大やワクチン接種で免疫を持つ人が増えたのを受け、ウイルスが性質を変えること)として出現することが分かっている。また、E484AE484DE484GE484K4つの変異ウイルスは、試験した4つの回復期血清のそれぞれによる中和に対して耐性であることが判明している。E484Qは、血清中和抗体価を低下させることが示されている。

  

しかし、以前Delta株で検出されたT478Kは、モノクローナル抗体による中和に影響を与えない。K477Nは、モノクローナル抗体に対して耐性を与えるが、回復期血漿に対しては耐性を与えないことが示されている。N501Y変異を持つ偽型ウイルスも、以前にαβγで観察され、モノクローナル抗体による中和に抵抗性を示した。

    

したがって、RBD4つの免疫逃避変異K417NK477NE484AN501Yが存在することは、オミクロン変異株の免疫逃避能力を向上させると思われる。RBDの残りの10個の新規変異(G339D, S371L, S373P, S375F, N440K, G446S, Q493R, G496S, Q498R, Y505H)の免疫逃避における機能的意義は、今後評価する必要がある。

   

重要なことは、これらすべての置換において、アミノ酸の疎水性に大きな変化があり、RBDのエピトープ構造(エピトープは通常、抗原の表面にある1~6個の単糖または5~8個のアミノ酸残基で構成されている。 抗原分子は三次元の立体構造を持つため、抗体によって認識されるエピトープは、抗原の特定の立体構造に依存している場合がある。)を変化させることにより、モノクローナル抗体やワクチン誘導血清抗体に対するウイルスの中和感受性を変化させている可能性があることである。

     

RBDドメインは免疫優位であるが、S糖タンパクのNTDも感染やワクチン接種により抗体反応を引き起こすことがある。NTDドメインには、N末端(残基14-20)、βヘアピン(残基140-158)、ループ(残基245-264)からなる「抗原性スーパーサイト」が存在する。Omicron 変異体の NTD 11 の変異のうち、4 つの変異 (G142D, ∆V143, ∆Y144, ∆Y145) は、抗原スーパーサイトの β-ヘアピン領域に存在し、免疫逃避に大きく貢献していると思われる。他の7つの変異(A67V, ∆H69, ∆V70, T95I, ∆N211, L212I, ins214EPE)の役割はまだ不明で、早急に研究を行う必要がある。最近の研究では、SARSCoV-2のすべてのRBD変異がACE2との結合に機能的に重要であることが示されている。Omicron変異体のRBDドメイン内で見つかった15個の変異のうち、4個の変異(G339D, N440K, T478K and N501Y)はACE2に対するRBDの親和性を高めることが実証された。一方、残りの11の変異(S371L, S373P, S375F, K417N, G446S, S477N, T478K, E484A, Q493R, G496S, Q498R, Y505H)はACE2に対するRBDの親和性を減少させることが実証された。注目すべきは、RBDQ493Q498N501残基が、ACE2相互作用のホットスポットであるK31K353残基を含む極性接触ネットワークに参加しているため、Q493Q498N501の変異はRBDACE2相互作用に非常に重要であるということである。これらの部位で非極性アミノ酸に置換すると、RBDACE2への親和性が向上する。しかし、Omicron変異体では、493位と498位のグルタミン(Q)をより極性の高いアミノ酸であるアルギニン(R)に置換すると、ACE2へのRBDの親和性が低下することが疑われている。一方、501位のアスパラギンをより極性の低いアミノ酸であるチロシンに置換すると、RDBACE2に対する親和性が向上することが予想される。

  

オミクロン変異体のRBDACE2に対する全体的な親和性は、4つの親和性増強変異と11の親和性低下変異の大きさによって決定されることになるS1サブユニットのRBDNTDの外側に、機能的に既知の2つの変異D614GP681Hを含む5つの変異が観察された。オミクロン変異体は、以前からウイルスの透過性・感染性を高める重要な変異として報告されていたD614GP681Hの存在により、高い透過性を維持していると考えられる。オミクロン変異体のS2サブユニットには6つの変異があり、そのうち3つ(Q954HN969KL981F)はHR1内に存在する。RBDが宿主細胞上のACE2受容体に結合すると、S2サブユニットのHR1HR2ドメインが相互作用して6-HBを形成し、ウイルス膜と宿主膜が接近して膜融合が起こり、感染が開始される。Q954HN969KL981Fの変異は、HR1HR2の相互作用の親和性を高め、膜融合と感染力を増大させる可能性がある。現在のところ、オミクロンはデルタよりも感染力が高いかどうかは明らかではない。しかし、予備的なデータでは、Omicron変異体はDelta変異体の感染と自然免疫およびワクチン誘発免疫を背景に急速に拡大しており、高い感染性と飛躍的な感染力の可能性が示唆されている。このままでは、南アフリカやその他の地域で、オミクロンは急速にデルタに取って代わられ、COVID-19の再流行が起こる可能性がある。

          

 

      

Fig1の説明: 5種類のVOCS糖タンパク質変異(アルファ、ベータ, ガンマ、デルタ、オミクロン)のマッピング。

オミクロンの変異型S糖タンパク質には37のドミナント(支配的)な変異があり、このうち12個は他の4つのVOCと重複しており、25個は新規の変異である
   

スライド1 
 
 


     


      

Fig2の説明: UShERによる新規変異株の分子系統解析。

図中の SARS-CoV-2の総株数2160株から放射状系統樹を構築し、その中にオミクロン変異体(赤色)155株と19の異なるクレードの2005株。それぞれのツリー内の色は、異なるクレード/系統を表している。

   
スライド2  

   

秘密

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