ウイルス動態の高精度な解析を可能にする新規HIV感染モデル

ポイント 

• 転写は沈黙しているが複製能を有するHIV-1プロウイルスは感染細胞内に持続し、潜伏性リザーバーを形成する。これは根絶に対する依然として大きな障壁である
• 潜伏性リザーバーは高度に不均質であり、組み込み部位、エピジェネティックな状況、転写能力、誘導可能性が異なるプロウイルスで構成されている
• 従来の HIV レポーターウイルスは、半減期の長い蛍光タンパク質（GFP など）に依存しているため、一過性の転写イベントを覆い隠し、プロウイルス発現の時間的履歴を明らかにすることができない
• その結果、潜伏状態の確立、転写のシャットダウン、再活性化における重要な初期イベントは、単一細胞レベルでは依然として不明瞭なままである
• HIV-Tocky システムは、プロウイルス再活性化の状態に応じて青色から赤色へと自発的に蛍光色を変化させる蛍光タイマータンパク質を使用しており、プロウイルス発現の時間的追跡を可能にする
• このシステムは、感染モデルにおいて、早期に活発に転写されているプロウイルス、持続的に発現しているプロウイルス、および最近沈黙したプロウイルスを区別する
• HIV-Tockyシステムにより、初めて2つの潜伏パターンが同定された：直接的な潜伏状態と、初期に一過性の発現を示す後期の潜伏状態である
• HIV-Tockyは、従来のリポーターでは検出できないプロウイルス発現状態の異質性を明らかにする
• このシステムの使用は現在、初代ヒトCD4⁺ T細胞および生体マウスモデルに拡大されている

研究概要

HIV-1潜伏は、HIV感染の根治における中心的な障壁であり続けている。抗レトロウイルス療法はウイルス複製を効果的に抑制するが、組み込まれたプロウイルスは沈黙状態で持続し、治療中断時に再出現する可能性がある。したがって、プロウイルスが活性転写と潜伏状態の間でどのように移行するかを理解することは、リザーバー除去または持続的な沈黙化を目的とした戦略の開発に不可欠である。

従来のレポーターシステムの限界に対処するため、本研究ではHIV-1プロウイルス発現の動的履歴を捉える時間分解能レポーターであるHIV-Tockyシステムを開発した。 プロウイルス発現パターンと同期して自発的に発光スペクトルを青から赤へ変化させる蛍光タンパク質を利用することで、 HIV-Tockyはウイルス侵入後のプロウイルス転写履歴を直接可視化可能とし、個々の感染細胞内における最近の転写活性化、持続的発現、転写沈黙を区別することを可能にした。

HIV-Tockyシステムを用いて、我々はHIV-1感染後の潜伏期確立過程を解析し、2つの異なる潜伏集団を同定した。1つは検出可能な発現なしに急速に潜伏期に入ったのに対し、もう1つの集団は転写沈黙の前に活性プロウイルス発現の初期段階を経た。これらの2つの集団、すなわち潜伏期への経路は、異なる統合特性と関連していた。

最後に、我々はさらに複数のHIV-Tocky感染クローン細胞株を樹立し、それらのプロウイルス組み込み部位および全長ウイルス配列を決定した。従来のGFPベースのレポーターシステムと比較して、HIV-Tockyクローンは潜伏促進化合物に対する転写シャットダウンをより高感度に検出可能であり、これはTimerレポーターがプロウイルス沈黙の動態を効率的に捕捉する能力を反映している。

出版情報

Title: HIV-Tocky system to visualize proviral expression dynamics
Authors: Omnia Reda, Kazuaki Monde, Kenji Sugata, Akhinur Rahman, Wajihah Sakhor, Samiul Alam Rajib, Sharmin Nahar Sithi, Benjy Jek Yang Tan, KokiNiimura, Chihiro Motozono, Kenji Maeda, Masahiro Ono, Hiroaki Takeuchi, Yorifumi Satou
Journal: Communications Biology
DOI: 10.1038/s42003-024-06025-8