欠陥のある干渉粒子

欠陥干渉粒子（DIP ）は、欠陥干渉ウイルスとも呼ばれ、複製または非相同組換えの欠陥により粒子のゲノムの重要な部分が失われた、自然発生的に生成されたウイルス変異体である。^{[ 2 ] [ 3 ]}その形成メカニズムは、ウイルスゲノムの複製中のテンプレートスイッチングの結果であると推定されているが、ゲノムRNA断片の直接連結を含む非複製メカニズムも提案されている。^{[ 4 ] [ 5 ]} DIPは親ウイルスに由来し、親ウイルスと関連しており、欠陥の結果としてウイルスの少なくとも1つの必須遺伝子が失われたり、深刻な損傷を受けたりして非感染性になった場合、粒子はDIPに分類される。^{[ 4 ]} DIPは通常、宿主細胞に侵入できますが、失われた因子を提供するために、別の完全に機能するウイルス粒子（「ヘルパー」ウイルス）が細胞に同時感染する必要があります。 ^{[ 6 ] [ 7 ]}

DIPsは、インフルエンザウイルスを研究していたフォン・マグナスとシュレジンガーによって1950年代に初めて観察されました。 ^{[ 8 ]}しかし、DIPsの直接的な証拠は、電子顕微鏡写真で水疱性口内炎ウイルスの「ずんぐりした」粒子の存在に気づいたハケットによって1960年代に初めて発見され^{[ 9 ]}、DIPs用語の正式化は1970年に黄とボルチモアによって行われました。^{[ 10 ]} DIPsは、ポリオウイルス、SARSコロナウイルス、麻疹、アルファウイルス、呼吸器合胞体ウイルス、インフルエンザウイルスなど、臨床および実験室環境の両方で、DNAウイルスとRNAウイルスのほぼすべてのクラスで発生する可能性があります。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

DIPは、実験室で実験条件下で再現できる自然発生現象であり、実験用に合成することもできます。これらは、エラーを起こしやすいウイルス複製によって自発的に生成されます。これは、使用される酵素（レプリカーゼ、またはRNA依存性RNAポリメラーゼ）のために、DNAウイルスよりもRNAウイルスで特に一般的です。 ^{[ 4 ] [ 19 ]} DIPゲノムは通常、ウイルスポリメラーゼによる認識に必要な末端配列と、ゲノムを新しい粒子にパッケージ化するための配列を保持しますが、それ以外はほとんど保持しません。^{[ 20 ] [ 21 ]}ゲノム欠失イベントのサイズは大きく異なる可能性があり、狂犬病ウイルス由来のDIPの1つの例では、6.1 kbの欠失が見られます。^{[ 22 ]}別の例では、いくつかのDI-DNA植物ウイルスゲノムのサイズは、元のゲノムの10分の1から2分の1まで変化しました。^{[ 23 ]}

粒子は、共感染中に競合阻害によって親ウイルスの機能に影響を与える場合に干渉粒子とみなされます^{[ 4 ]}。言い換えれば、欠陥ウイルスと非欠陥ウイルスは同時に複製されますが、欠陥粒子が増加すると、複製された非欠陥ウイルスの量が減少します。干渉の程度は、ゲノムの欠陥の種類とサイズに依存します。ゲノムデータの大きな欠失は、欠陥ゲノムの急速な複製を可能にします。^{[ 20 ]} SARS-CoV-2では、ゲノムの90%を除去して作られた合成DIPは、ウイルスよりも3倍速く複製されます。^{[ 24 ]}宿主細胞の共感染中、最終的には、感染性粒子よりも非感染性DIPを生成するために使用されるウイルス因子が多くなる臨界比に達します。^{[ 20 ]}欠陥粒子と欠陥ゲノムは、宿主の自然免疫応答を刺激することも実証されており、ウイルス感染中のそれらの存在は抗ウイルス応答の強さと相関しています。^{[ 11 ]}しかし、SARS-CoV-2などの一部のウイルスでは、干渉粒子による競合阻害効果により、ウイルス媒介性の自然免疫応答と炎症が軽減され、治療効果が得られる。^{[ 25 ]}

この干渉性は、ウイルス治療の研究においてますます重要になってきている。^{[ 26 ] [ 27 ]} DIPは特異性があるため、感染部位に標的化されると考えられている。一例として、科学者はDIPを使用して「保護ウイルス」を作成し、インターフェロン反応を誘導することでマウスにおけるインフルエンザA感染の病原性を弱め、致死性がない状態にした。^{[ 28 ]} SARS-CoV-2 については、最初の合成DIPが2020年に作られ^{[ 24 ]}、干渉効果を利用して、病原性を軽減し、ハムスターを重篤な疾患から保護する治療干渉粒子（TIP）が生成された。^{[ 29 ]}

DIPは特定のウイルスの病原性に関与していることが示されています。ある研究では、病原体とその欠陥変異体との関係が明らかにされており、DI産生の調節によってウイルスが自身の感染複製を弱め、ウイルス量を減少させ、宿主が急速に死滅するのを防ぐことで寄生効率を高めることができることが示されています。^{[ 30 ]}これにより、ウイルスは拡散して新しい宿主に感染する時間も増えます。DIPの生成はウイルス内で調節されています。コロナウイルスSL-IIIシス作用複製エレメント（図に示す）は、ウシコロナウイルスにおけるDIP産生の媒介に関与する高次ゲノム構造であり、他のコロナウイルス群にも相同体が検出されています。^{[ 1 ]}より詳細な解説は、1970年のアリス・ホアンとデビッド・ボルティモアの研究にあります。^{[ 10 ]}

1. 欠失欠陥とは、テンプレートの断片がスキップされる現象です。このタイプの欠陥の例は、トマト黄化萎縮ウイルスやフロックハウスウイルスに見られます。^{[ 31 ] [ 21 ]}
2. スナップバック欠陥とは、複製酵素が一方の鎖の一部を転写し、その新しい鎖を鋳型として使用することである。この結果、ヘアピン構造が生成されることがある。スナップバック欠陥は水疱性口内炎ウイルスで観察されている。^{[ 32 ]}
3. パンハンドル欠陥とは、ポリメラーゼが部分的に合成された鎖を運び、その後5'末端を転写するために方向転換し、パンハンドル形状を形成する現象である。パンハンドル欠陥はインフルエンザウイルスに見られる。^{[ 33 ]}
4. 複合的な離脱とは、削除とスナップバックの両方の離脱が同時に発生する場合を指します。
5. モザイク状または複雑なDIゲノムでは、さまざまな領域が同じヘルパーウイルスゲノム由来であるが順序が間違っている場合、異なるヘルパーゲノムセグメント由来である場合、または宿主RNAのセグメントが含まれる場合がある。重複も発生する可能性がある。^{[ 3 ]}

ウイルス学者は、宿主細胞への感染の干渉と、DIゲノムが免疫刺激性抗ウイルス剤としてどのように機能する可能性があるかについてさらに理解するために研究を行ってきた。^{[ 3 ]}別の研究分野では、DIPを抗ウイルス治療干渉粒子（TIP）にエンジニアリングするという概念を追求してきたが、^{[ 34 ]}最近まで純粋に理論的な概念であった。^{[ 35 ]} 2014年の論文では、インフルエンザウイルスに対するDIPの免疫刺激効果を、先天性抗ウイルス免疫応答（すなわちインターフェロン）を誘導することによってテストする前臨床研究について説明している。^{[ 36 ]}その後の研究では、 HIV ^{[ 37 ]}およびSARS-CoV-2 に対するTIPの前臨床的有効性をテストした。^{[ 24 ] [ 25 ]}また、DI-RNAがPartitiviridae 科のウイルスを介して真菌の感染を助けることが初めて発見され、より多くの学際的研究の余地が生まれた。^{[ 19 ]}

^{ViReMa [ 38 ]}やDI-tector ^{[ 39 ]}などのツールは、次世代シーケンスデータ中の欠陥ウイルスゲノムの検出を支援するために開発されており、ランダム欠失ライブラリーシーケンス（RanDeL-Seq）^{[ 40 ]}などのハイスループットアプローチにより、DI粒子の増殖に必要なウイルス遺伝要素の合理的なマッピングが可能になっています。