Loading article…
ウイルス様粒子（VLP）は、ウイルスによく似た分子ですが、ウイルスの遺伝物質を含まないため感染性はありません。これらは自然に発生するか、またはウイルス構造タンパク質の個々の発現を介して合成され、その後、ウイルス様構造に自己集合することができます。[1] [2] [3] [4]異なるウイルスの構造カプシドタンパク質の組み合わせを使用して、組み換えVLPを作成できます。 in vivoアセンブリ（つまり、複数のタンパク質の組み換え共発現による大腸菌内でのアセンブリ）とin vitroアセンブリ（つまり、以前に精製されたタンパク質の化学量論量を使用した反応容器内でのタンパク質自己集合）の両方が、ウイルス様粒子を形成することに成功しています。B型肝炎ウイルス（HBV）に由来し、小さなHBV由来表面抗原（HBsAg）で構成されるVLPは、1968年に患者の血清から記述されました。[5] VLPは、パルボウイルス科（アデノ随伴ウイルスなど）、レトロウイルス科（ HIVなど）、フラビウイルス科（C型肝炎ウイルスなど）、パラミクソウイルス科（ニパウイルスなど）、バクテリオファージ（Qβ、AP205など）など、さまざまなウイルス科の成分から生産されています。[1] VLPは、細菌、哺乳類細胞株、昆虫細胞株、酵母、植物細胞など、複数の細胞培養システムで生産できます。[6] [7]
VLPは、自然界で一部のLTRレトロトランスポゾン（Ortervirales ）によって生成される構造を指すこともあります。これらは欠陥のある未熟なウイルス粒子で、遺伝物質を含むこともありますが、機能的なウイルスエンベロープがないため、通常は非感染性です。[8] [9]さらに、スズメバチは、病原性遺伝子（コアウイルス遺伝子ではない）を持つポリドナウイルスベクター、または遺伝子のないVLPを生成して、宿主の制御に役立てます。[10] [11]
アプリケーション
治療薬および画像診断薬
VLPは遺伝子や他の治療薬の候補となる送達システムです。[12]これらの薬物送達剤は、試験管内で癌細胞を効果的に標的とすることが示されています。[13] VLPは透過性と保持効果の向上により腫瘍部位に蓄積する可能性があり、薬物送達や腫瘍イメージングに役立つ可能性があると仮定されています。[14]
ワクチン
VLPはワクチンとして有用である。VLPには、強力なT細胞およびB細胞の免疫反応を誘発できる立体構造ウイルスエピトープを提示するウイルス表面タンパク質の反復的高密度ディスプレイが含まれる。[15]粒子の半径は約20～200 nmと小さいため、リンパ節への十分な排出が可能となる。VLPは複製できないため、弱毒化ウイルスよりも安全な代替品となる。VLPは、市販されているB型肝炎およびヒトパピローマウイルスのFDA承認ワクチンの開発に使用された。[16]
ヒトパピローマウイルス（HPV）に対するウイルス様粒子ベースのワクチンには、グラクソ・スミスクライン社のサーバリックスや、メルク社製のガーダシル、ガーダシル9などがある。ガーダシルは、酵母で発現したHPV6、11、16、18型のL1タンパク質から組み立てられた組み換えVLPから構成され、アルミニウムヒドロキシリン酸硫酸塩でアジュバント化されている。ガーダシル9は、ガーダシルに含まれるL1エピトープに加えて、31、33、45、52、58のL1エピトープから構成されている。サーバリックスは、昆虫細胞で発現したHPV16型と18型のL1タンパク質から組み立てられた組み換えVLPから構成され、3-O-デスアシル-4-モノホスホリル脂質（MPL）Aと水酸化アルミニウムでアジュバント化されている。[17]
マラリアに対処する最初の VLP ワクチン、Mosquirix ( RTS,S ) が EU 規制当局によって承認されました。これは酵母で発現されました。RTS,S は、B型肝炎 表面抗原(RTS)に融合され、B 型肝炎表面抗原 (S) と組み合わされ、AS01 ((MPL)A とサポニンで構成) でアジュバント化された、熱帯マラリア原虫のサーカムスポロゾイトタンパク質の一部です。
ワクチンの生産は、ウイルス株の配列が決定され次第開始することができ、従来のワクチンの9か月と比較して、わずか12週間で完了します。初期の臨床試験では、インフルエンザ用のVLPワクチンは、インフルエンザAウイルスサブタイプH5N1と1918年のインフルエンザパンデミックの両方に対して完全な防御を提供するように見えました。[18] NovavaxとMedicago Inc.は、 VLPインフルエンザワクチンの臨床試験を実施しました。[19] [20] Novavaxを含むいくつかのCOVID-19用のVLPワクチンが開発中です。[16] [21]
VLPはチクングニアウイルスに対する前臨床ワクチン候補の開発に使用されている。[15]
生物に着想を得た材料合成
区画化は生物学の一般的なテーマです。自然界には、個々の構成要素から自己組織化する、階層的に区画化された多成分構造の例がたくさんあります。自然界からヒントを得て、ポリマー、相分離した微小液滴、脂質、タンパク質を使用した合成アプローチが、自然システムの階層的区画化を模倣し、機能的な生物に触発されたナノマテリアルを形成するために使用されてきました。 [22] [23] [24]たとえば、タンパク質の自己組織化は、フェリチンタンパク質ケージの複数のコピーをサブコンパートメントとしてP22ウイルス様粒子内にカプセル化し、本質的にマトリョーシカのような入れ子になったケージ内構造を形成する大きなコンパートメントとして使用されました。[25]著者らはさらに、セロビオース加水分解β-グリコシダーゼ酵素CelBをフェリチンタンパク質ケージとともにインビトロ自己組織化戦略を用いて化学量論的にカプセル化し、多区画細胞に触発されたタンパク質ケージ構造を形成することを実証した。同様の戦略を使用して、グルタチオン生合成酵素をバクテリオファージP22ウイルス様粒子内にカプセル化した。[26]別の研究では、ペルオキシダーゼ様活性を有する3.5nmの小さなシトクロムCを9nmの小さなDpsタンパク質ケージ内にカプセル化し、細胞小器官に触発されたタンパク質ケージ構造を形成した。[27]
脂質粒子技術
VLPリポ粒子は、膜タンパク質の研究を支援するために開発されました。[28]リポ粒子は、安定した、高度に精製された均質なVLPであり、構造的に完全な目的の膜タンパク質を高濃度で含むように設計されています。膜タンパク質は多様な生物学的機能に関与しており、既存の治療薬の約50％が標的としています。しかし、膜タンパク質は疎水性ドメインのため、生細胞外で操作することが困難です。リポ粒子には、Gタンパク質共役受容体（GPCR）、イオンチャネル、ウイルスエンベロープなど、構造的に完全なさまざまな膜タンパク質を組み込むことができます。リポ粒子は、抗体スクリーニング、免疫原の生産、リガンド結合アッセイなど、さまざまな用途のプラットフォームを提供します。[29] [30]
組み立て
VLPの自己集合に関する理解は、かつてはウイルスの集合に基づいていました。これは、VLPの集合が宿主細胞内（in vivo）で起こる限り合理的ですが、自己集合イベントはウイルスの集合に関する研究の当初からin vitroで発見されていました。 [31]また、研究では、 VLPのin vitro集合が凝集と競合し[32]、集合が進行中に凝集体の形成を防ぐ特定のメカニズムが細胞内に存在することも明らかになっています。[33]
ターゲットグループをVLPサーフェスにリンクする
特定の細胞タイプを標的とするため、または免疫応答を高めるために、タンパク質、核酸、または小分子をVLP表面に付着させることは有用である。場合によっては、目的のタンパク質をウイルスコートタンパク質に遺伝的に融合することができる。[34]しかし、このアプローチはVLPの組み立てに障害をもたらすことがあり、標的剤がタンパク質ベースでない場合は有用性が限られる。代替案としては、VLPを組み立ててから、化学架橋剤[35] 、反応性非天然アミノ酸[36]、またはSpyTag/SpyCatcher反応[37] [38]を使用して、目的の分子を共有結合させる方法がある。この方法は、付着した分子に対する免疫応答を誘導するのに効果的であり、それによって高レベルの中和抗体を誘導し、VLP上に表示された自己タンパク質に対する耐性を破壊することさえ可能である。[38]
参考文献
- ^ ab Zeltins A (2013年1月). 「ウイルス様粒子の構築と特徴づけ：レビュー」.分子バイオテクノロジー. 53 (1): 92–107. doi :10.1007/s12033-012-9598-4. PMC 7090963. PMID 23001867 .
- ^ Buonaguro L、Tagliamonte M、 Tornesello ML、Buonaguro FM（2011年11月）。「感染症および癌に対するウイルス様粒子ベースのワクチンの開発」。ワクチン の専門家レビュー。10 （11）：1569–83。doi ：10.1586/erv.11.135。PMID 22043956。S2CID 25513040 。
- ^ 「NCI癌用語辞典」。国立癌研究所。2011年2月2日。 2019年4月19日閲覧。
- ^ Mohsen MO、Gomes AC、 Vogel M 、 Bachmann MF（2018年7月）。「ウイルスカプシド由来ウイルス様粒子（VLP）と自然免疫システムとの相互作用」。ワクチン 。6 （ 3 ）：37。doi ：10.3390/ vaccines6030037。PMC 6161069。PMID 30004398。
- ^ Bayer ME、Blumberg BS、Werner B (1968 年 6 月)。「白血病、ダウン症候群、肝炎患者の血清中に存在するオーストラリア抗原に関連する粒子」。Nature . 218 ( 5146 ): 1057–9。Bibcode :1968Natur.218.1057B。doi : 10.1038/2181057a0。PMID 4231935。S2CID 39890704 。
- ^ Santi L、Huang Z、Mason H (2006 年 9 月)。「緑色植物におけるウイルス様粒子の生成」。 方法40 ( 1 ): 66–76。doi :10.1016/ j.ymeth.2006.05.020。PMC 2677071。PMID 16997715。
- ^ Huang X, Wang X, Zhang J, Xia N, Zhao Q (2017-02-09). 「ワクチン開発における大腸菌由来ウイルス様粒子」npj Vaccines . 2 (1): 3. doi :10.1038/s41541-017-0006-8. PMC 5627247 . PMID 29263864.
- ^ Beliakova-Bethell N、Beckham C、Giddings TH、Winey M、Parker R、Sandmeyer S (2006 年 1 月)。「Ty3 レトロトランスポゾンのウイルス様粒子は P 体成分と関連して集合する」。RNA。12 ( 1 ) : 94–101。doi : 10.1261/rna.2264806。PMC 1370889。PMID 16373495。
- ^ Purzycka KJ、Legiewicz M、Matsuda E 、 Eizentstat LD、Lusvarghi S、Saha A、et al. (2013年1月)。「ウイルス様粒子内のTy1レトロトランスポゾンRNA構造の調査」。核酸 研究。41 ( 1 ):463–73。doi :10.1093/nar/gks983。PMC 3592414。PMID 23093595。
- ^ Burke, Gaelen R.; Strand, Michael R. (2012-01-31). 「寄生蜂のポリドナウイルス：遺伝子送達ベクターとして機能するウイルスの栽培化」.昆虫. 3 (1): 91–119. doi : 10.3390/insects3010091 . PMC 4553618. PMID 26467950 .
- ^ Leobold, Matthieu; Bézier, Annie; Pichon, Apolline; Herniou, Elisabeth A; Volkoff, Anne-Nathalie; Drezen, Jean-Michel; Abergel, Chantal (2018年7月). 「ワスプVenturia canescensによる大型DNAウイルスの家畜化には、擬似遺伝子化による標的ゲノム縮小が関与する」.ゲノム生物学と進化. 10 (7): 1745–1764. doi : 10.1093/gbe/evy127 . PMC 6054256. PMID 29931159 .
- ^ Petry H, Goldmann C, Ast O, Lüke W (2003年10月). 「遺伝子導入のためのウイルス様粒子の使用」. Current Opinion in Molecular Therapeutics . 5 (5): 524–8. PMID 14601522.
- ^ Galaway, FA & Stockley, PG MS2ウイルス様粒子：堅牢な半合成標的薬物送達プラットフォーム。Mol. Pharm. 10, 59–68 (2013)。
- ^ Kovacs, EW et al. 二重表面修飾バクテリオファージMS2はウイルスカプシドベースの薬物送達システムの理想的な足場となる。Bioconjug. Chem. 18, 1140–1147 (2007).
- ^ ab Akahata W, Yang ZY, Andersen H, Sun S, Holdaway HA, Kong WP, et al. (2010年3月). 「流行性チクングニアウイルスのウイルス様粒子ワクチンは非ヒト霊長類を感染から守る」. Nature Medicine . 16 (3): 334–8. doi :10.1038/nm.2105. PMC 2834826. PMID 20111039 .
- ^ ab Hotez, Peter J.; Bottazzi, Maria Elena (2022年1月27日). 「全不活化ウイルスとタンパク質ベースのCOVID-19ワクチン」. Annual Review of Medicine . 73 (1): 55–64. doi : 10.1146/annurev-med-042420-113212 . ISSN 0066-4219. PMID 34637324. S2CID 238747462. 2022年4月14日閲覧。
- ^ Zhang X, Xin L, Li S, Fang M, Zhang J, Xia N, Zhao Q (2015). 「成功したヒトワクチンから学んだ教訓：カプシドタンパク質を分析することで重要なエピトープを明らかにする」.ヒトワクチンと免疫療法. 11 (5): 1277–92. doi :10.1080/21645515.2015.1016675. PMC 4514273. PMID 25751641 .
- ^ Perrone LA、Ahmad A、Veguilla V、Lu X、Smith G、Katz JM、他 (2009 年 6 月)。「1918 インフルエンザウイルス様粒子による鼻腔内ワクチン接種は、マウスとフェレットを致死的な 1918 インフルエンザウイルスおよび H5N1 インフルエンザウイルスの攻撃から保護する」。Journal of Virology。83 ( 11 ) : 5726–34。doi : 10.1128 /JVI.00207-09。PMC 2681940。PMID 19321609。
- ^ John Gever (2010年9月12日). 「ICAAC: 新型インフルエンザワクチンで高い抗体価が確認」
- ^ Landry N、Ward BJ、Trépanier S、Montomoli E、Dargis M、Lapini G、Vézina LP（2010年12月）。Fouchier RA（編）。「鳥インフルエンザH5N1に対する植物由来ウイルス様粒子ワクチンの前臨床および臨床開発」。PLOS ONE。5 （12 ）：e15559。Bibcode ： 2010PLoSO ...515559L。doi ：10.1371 / journal.pone.0015559。PMC 3008737。PMID 21203523。
- ^ Leo L (2021年3月27日). “Hope to launch Covovax by September, says Serum Institute CEO”. mint . 2021年5月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年3月28日閲覧。
- ^ ang, T.-YD; Hak, CRC; Thompson, AJ; Kuimova, MK; Williams, DS; Perriman, AW; Mann, S. ハイブリッドプロトセルモデルに向けた一歩としてのコアセルベートマイクロドロップレット上の脂肪酸膜アセンブリ。Nat. Chem.2014,6, 527−533。
- ^ Marguet, M.; Sandre, O.; Lecommandoux, S. 「ゲリー」ポリマーソーム内のポリマーソーム：構造的細胞模倣に向けて。Langmuir2012,28, 2035−2043。
- ^ alker, SA; Kennedy, MT; Zasadzinski, JA 自己組織化による二重層小胞のカプセル化Nature1997,387,61−64.
- ^ Waghwani HK、 Uchida M、Douglas、T（2020年4月）。「階層的区画化 のためのプラットフォームとしてのウイルス様粒子（VLP）」。バイオマクロ分子。21 （6）：2060–2072。doi ：10.1021/acs.biomac.0c00030。PMID 32319761。
- ^ Wang Y, Uchida M, Waghwani HK, Douglas, T (2020年12月). 「グルタチオン生合成のための合成ウイルス様粒子」. ACS Synthetic Biology . 9 (12): 3298–3310. doi :10.1021/acssynbio.0c00368. PMID 33232156. S2CID 227167991.
- ^ Waghwani HK、 Douglas 、 T（2021年3月）。「小さなDPSタンパク質ナノケージ内に封入されたペルオキシダーゼ様活性を有するシトクロムC」。Journal of Materials Chemistry B。9（14）：3168–3179。doi ：10.1039/d1tb00234a。PMID 33885621 。
- ^ 「Integral Molecular」(PDF) 。 2009年7月31日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2010年4月30日閲覧。
- ^ Willis S、Davidoff C、Schilling J、Wanless A、Doranz BJ、Rucker J (2008 年 7 月)。「膜タンパク質相互作用の定量的プローブとしてのウイルス様粒子」。生化学。47 ( 27 ) : 6988–90。doi :10.1021/bi800540b。PMC 2741162。PMID 18553929。
- ^ Jones JW、Greene TA、Grygon CA、Doranz BJ、Brown MP (2008年6月)。「蛍光偏光法を用い たGタンパク質結合受容体の無細胞アッセイ」。Journal of Biomolecular Screening。13 ( 5): 424–9。doi : 10.1177 /1087057108318332。PMID 18567842。
- ^ Adolph KW、 Butler PJ (1976年11 月)。「球状植物ウイルスの組み立て」。ロンドン王立協会哲学論文集。シリーズ B、生物科学。276 ( 943): 113–22。Bibcode :1976RSPTB.276..113A。doi : 10.1098 /rstb.1976.0102。PMID 13422。
- ^ Ding Y、Chuan YP、He L、 Middelberg AP (2010 年 10 月)。「ウイルス様粒子の処理中の凝集と自己組織化の競合のモデル化」。 バイオテクノロジーとバイオエンジニアリング。107 (3): 550–60。doi :10.1002/bit.22821。PMID 20521301。S2CID 24129649 。
- ^ Chromy LR、Pipas JM、Garcea RL（2003年9月）。「シャペロンを介したポリオーマウイルスカプシドのin vitroアセンブリ」。米国 科学アカデミー紀要。100（18）：10477–82。Bibcode ：2003PNAS..10010477C。doi ：10.1073/ pnas.1832245100。PMC 193586。PMID 12928495。
- ^ Wetzel D, Rolf T, Suckow M, Kranz A, Barbian A, Chan JA, et al. (2018年2月). 「抗原提示のための酵母ベースのVLPプラットフォームの確立」.微生物細胞ファクトリー. 17 (1): 17. doi : 10.1186/s12934-018-0868-0 . PMC 5798182 . PMID 29402276.
- ^ Jegerlehner A、Tissot A、Lechner F、Sebbel P、Erdmann I、Kündig T、他 (2002 年 8 月)。「保護 B 細胞応答を誘導するために、選択した抗原を高度に反復させる分子アセンブリ システム」。ワクチン。20 ( 25–26 ): 3104–12。doi :10.1016/S0264-410X(02)00266-9。PMID 12163261 。
- ^ Patel KG、Swartz JR (2011 年3 月)。 「アジド-アルキンクリックケミストリーを用いた直接結合によるウイルス様粒子の表面機能化」。バイオコンジュゲート化学。22 (3): 376–87。doi : 10.1021 /bc100367u。PMC 5437849。PMID 21355575。
- ^ Brune KD、Leneghan DB、Brian IJ、Ishizuka AS、Bachmann MF、Draper SJ、他 (2016 年 1 月)。「プラグ アンド ディスプレイ: モジュール式免疫化のためのイソペプチド結合によるウイルス様粒子の装飾」。Scientific Reports。6 : 19234。Bibcode : 2016NatSR ... 619234B。doi : 10.1038 /srep19234。PMC 4725971。PMID 26781591。
- ^ ab Thrane S、Janitzek CM、Matondo S、Resende M、Gustavsson T、de Jongh WA、他 (2016 年 4 月)。「細菌性スーパーグルーにより、効率的なウイルス様粒子ベースのワクチンの開発が容易になる」。Journal of Nanobiotechnology。14 ( 1 ) : 30。doi : 10.1186 / s12951-016-0181-1。PMC 4847360。PMID 27117585。
外部リンク
- 「エボラウイルスのような粒子が致死的なエボラウイルス感染を防ぐ」(PDF)。米国陸軍感染症医学研究所。2003 年 12 月 9 日。2006年 12 月 30 日にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2007年 2 月 23 日に取得。