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Covid研究におけるISG15の重要性

歴史的に、ISG15タンパク質の研究は精力的には行われてきませんでした。ISG15は細胞外でサイトカインとして機能し、炎症反応に関与することが分かっています。一方、細胞内ではISG15によるタンパク質の翻訳後修飾が起こり、これによってタンパク質の機能や活性が変化します。ISG15欠損症と呼ばれる希少遺伝性疾患において、ISG15が希少患者に深刻な影響を及ぼす可能性も指摘されています。しかし、最新の研究によって、現在進行中のCOVID-19との戦いにおいてISG15が標的となり得るという大きな可能性が示唆されました。

 

特に、Papain-like protease regulates SARS-CoV-2 viral spread and innate immunity」1と題された論文で、ISG15の重要性を示す証拠が提示されています。コロナウイルスはMain proteaseとPLpro (Papain-like protease) の2種類のプロテアーゼをもつことが分かっています。これらのプロテアーゼはともにウイルスの複製に必要で、ウイルスタンパク質のプロセシングを行って機能的なレプリカーゼ複合体を産生します。また、PLproは宿主タンパク質の翻訳後修飾の切断に関与し、宿主の抗ウイルス免疫応答の回避機構として機能することが示唆されています。

 

COVID19のSCoV2-PLproと、SARSのSCoV-PLproの配列は83%が一致しますが、宿主タンパク質への優先傾向が異なり、SCoV2-PLproはユビキチン様のISG15 (Interferon-stimulated gene 15 protein) を優先的に切断し、SCoV-PLproは主にユビキチン鎖を標的とします。感染時、SCoV2-PLproはIRF3 (Interferon responsive factor 3) からのISG15の切断に寄与し、Ⅰ型インターフェロン応答を減弱させます。

 

GRL-0617 (細胞透過性の有力な阻害剤) を用いてSCoV2-PLproを阻害することで、ウイルスによる細胞変性効果が損なわれ、抗ウイルス性インターフェロン経路が保持されます。これによって感染細胞におけるウイルスの複製が減少します。この知見から、SCoV2-PLproを標的とすることでSARS-CoV-2感染を抑制しつつ、抗ウイルス免疫全体を促進するという、二重の治療戦略の可能性が示されました。

 

このデータは、SCoV2-PLproとSCoV-PLproの間にいくつかの違いがあることを示しており、これら2つのプロテアーゼのISG15への親和性の違いが抗ウイルス免疫にどのような影響を及ぼすかを示しています。これらの知見から、SCoV2がSCoVに比べてはるかに早く大幅に拡散している理由を説明できる可能性があります。また、将来的にこの知見を治療戦略として利用できる可能性もあります。ISG15とユビキチンはタンパク質を翻訳後修飾することができ、トリプシン処理でタンパク質を消化すると、K-ε-GGモチーフが残ります。

 

CSTのPTMScan® Ubiquitin Remnant Motif (K-ε-GG) Kit #5562を用い、ISG15化部位を同定する新たな戦略が実施されました。Radoshevich博士らは最近、The in vivo ISGylome links ISG15 to metabolic pathways and autophagy upon Listeria monocytogenes infection」2と題された論文で、ISG化部位を特定する新たなアプローチを発表しました。この方法では、野生型サンプル (ISG15が正常) とISG15欠損サンプル (ISG15が無い)、USP18変異サンプル (ISG15が増加) を比較しています。USP18は、 現在までに確認されているISG15に特異的な唯一の脱修飾プロテアーゼです。

 

Cell Signalingは、in vivoでCovid-19の研究をしているRadoshevich研究室をサポートできることを誇りに思っています。もちろん、この分野ではさらなる研究が必要です。ISG15修飾された新規タンパク質を発見することは困難です。古典的な免疫沈降に質量分析を組み合わせた解析では、細胞内に存在する遊離型ISG15ばかりが回収されてしまいます。PTMScan® Ubiquitin Remnant Motif (K-ε-GG) Kit #5562 を用いることで、他のタンパク質に連結したISG15のみにフォーカスすることができます。

 

参考文献

Shin D, Mukherjee R, Grewe D, et al. Papain-like protease regulates SARS-CoV-2 viral spread and innate immunity. Nature. 2020;587(7835):657-662. doi:10.1038/s41586-020-2601-5

Zhang Y, Thery F, Wu NC, et al. The in vivo ISGylome links ISG15 to metabolic pathways and autophagy upon Listeria monocytogenes infection. Nat Commun. 2019;10(1):5383. 2019年11月26日に刊行されましたdoi:10.1038/s41467-019-13393-x

 

備考

ISG15 (Interferon-stimulated gene 15) は、17kDAの分泌タンパク質であり、ヒトではISG15 遺伝子にコードされています。ISG15はI型インターフェロン (IFN) によって誘導されます。幾つかの機能が知られており、細胞外ではサイトカインとして機能し、細胞内ではタンパク質を修飾することが分かっています。ISG15はC末端のLRLRGGモチーフをを介して、新規合成されたタンパク質のリジン残基に共有結合します。このプロセスはISG化と呼ばれ、一連の結合酵素によって触媒されます。

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