【文献紹介#27】コロナウイルスのパパイン様プロテアーゼがULK1を切断してオートファジーを阻害する

こんにちはJunonです。

本日公開された研究論文（英語）の中から興味のあったものを一つ紹介します。

出典

タイトル：The papain-like protease of coronaviruses cleaves ULK1 to disrupt host autophagy

著者：Yasir Mohamud, Yuan Chao Xue, Huitao Liu, Chen Seng Ng, 他

雑誌：Biochem Biophys Res Commun

論文公開日：2021年2月12日

どんな内容の論文か？

COVID-19の病原体であるSARS-CoV-2は、世界中で5,000万人以上に感染し、100万人以上の死亡者を出している。SARS-CoV-2に対する治療薬としてオートファジーモジュレーターが候補として浮上している。MHV-A59をモデルとしたベータコロナウイルスを用いて感染させた結果、オートファジー制御キナーゼであるULK1のタンパク質レベルが著しく低下し、同時に切断フラグメントが出現することが明らかになった。SARS-CoV-2 パパイン様プロテアーゼ（PLpro）の新規基質として ULK1 を同定した。SARS-CoV-2 PLproの過剰発現は、飢餓誘発オートファジーを阻害し、ULK1-ATG13複合体の形成を阻害した。今回の研究ではベータコロナウイルスのPLproが細胞のオートファジーを標的にしてウイルスの病原性を誘導する新たなメカニズムが明らかになった。

背景と結論

クロロキン/ヒドロキシクロロキンなどのオートファジー修飾薬は、SARS-CoV-2に対する抗ウイルス薬として登場している。オートファジーは進化的に保存されたプロセスであり、侵入してきた病原体に反応しながら細胞内の老廃物をリサイクルする働きをする。ファゴフォアと呼ばれる細胞膜は、最初にオートファゴソームと呼ばれる二重膜のチャンバー内にいらなくなったものを包み込み、その後、オートファゴソームと消化性リゾソームが融合することで内容物が分解される。このプロセスは厳密に制御されており、栄養素、酸化ストレス、ウイルスストレスなどの様々なストレス因子に対して反応する。

セリン/スレオニンunc-51様キナーゼ(ULK1)はオートファジーの上流制御因子である。ULK1はオートファゴソームのバイオジェネシス部位にリクルートされ、そこで主要なオートファジー制御タンパク質をリン酸化する。オートファジーにおけるその中心的な役割は、癌や神経変性から炎症性疾患に至るまで、様々なヒト疾患に関与していることを示唆している。ULK1は、構造的にはN末端キナーゼドメインとC末端早期オートファジーターゲティング（EAT）ドメインを有している。後者は、ULK1の様々な基質との相互作用を促進する。ULK1のオートファジーに依存しない機能もまた、ER-ゴルジ体輸送および自然免疫シグナルの調節を含めて出現している。例えば、DNAセンサーであるサイクリックGMP-AMP合成酵素（cGAS）のアダプターであるインターフェロン遺伝子刺激因子（STING）は、以前にULK1の基質として同定されている。さらに、自然免疫キナーゼTANK結合キナーゼ1（TBK1）は、ULK1によってリン酸化され、代謝シグナル伝達に関与している。

ベータコロナウイルスを含む多くのポジティブセンスRNAウイルスは、細胞性二重膜小胞をウイルスRNA合成のトポロジカルな表面として利用することで、オートファジーを共役させる戦略を進化させてきた。

セリンスレオニンキナーゼULK1は、細胞のオートファジーの重要な調節因子であり、最近では自然免疫シグナル伝達因子として浮上してきている。オートファジーと自然免疫シグナルが宿主の抗ウイルス防御に重要な役割を果たしていることから、ベータコロナウイルス感染時のULK1の制御と機能を調べた。その結果、以下のことが明らかになった。

（１）マウスコロナウイルス（M-CoV）に感染すると、ULK1 のタンパク質発現は低下し、RNAレベルは上昇した。

（２）PLproはULK1を切断した。

（３）PLproが介在するULK1の切断はオートファジーを阻害した。

（４）ULK1はMCoV複製において二重の役割を果たした。

多様なウイルスは、オートファジーの本質的に抗ウイルス防御能力を回避するための戦略を進化させてきた。特に、細胞質で複製するRNAウイルスは、オートファジー膜をウイルス複製のためのトポロジカルな表面として利用することができる。しかし、ウイルスは、オートファゴソーム内のウイルス成分を認識して隔離するオートファジー受容体によって媒介されるプロセスである、ヴィロファジーと呼ばれるオートファジーを介して、選択的な標的化および分解を回避しなければならない。オートファジー受容体SQSMT1は、以前に陽性鎖RNAウイルスSindbusのヴィロファジーを媒介することが示されている。これに対抗するために、コックスサッキーウイルスB3やエンテロウイルスD68などのエンテロウイルスは、SQSTM1を切断するためにウイルスコード化されたプロテアーゼを関与させることで、宿主のヴィロファジーの働きを妨害する戦略を進化させてきた。同様に、エンテロウイルスプロテアーゼは、オートファゴソーム-リソソーム融合体SNARESの選択的切断を介してオートファゴソーム-リソソーム融合体を破壊することにより、オートファジーの分解能力を阻害する。最近の研究では、ベータコロナウイルスを含む他のRNAウイルスが利用しているサブバージョン戦略が解明され始めているが、ベータコロナウイルスがコードするプロテアーゼが宿主基質を標的としているかどうかは不明である。

マウスベータコロナウイルスMHV-A59は、オートファジーがない場合にオートファゴソームを思わせる二重膜小胞を誘導することが報告されている。今回の研究から得られた知見は、ベータコロナウイルスが通常のオートファジー因子を積極的に標的としている可能性を示唆している。SARS-CoV-2内包PLproがULK1を切断し、オートファジーを開始するULK1複合体の形成を阻害し、飢餓誘発細胞のオートファジー/分解能力を機能的に損なうことができるという証拠を示した。SARS-CoV-1 PLproは、他の宿主脱ユビキチン化酵素と同様のコンセンサスLXGGモチーフを認識することにより、脱ユビキチナーゼ活性を有することが以前に報告されていた。ULK1およびおそらくLXGGモチーフを持つ他の宿主タンパク質を標的とすることは、ベータコロナウイルスが細胞のオートファジーを破壊する新しいメカニズムを明らかにするものである。ULK1が介在するオートファジーを阻害することに加えて、PLproのデユビキチナーゼ活性は、ユビキチン修飾された病原体や細胞カーゴを認識するオートファジー受容体に依存するプロセスである選択的オートファジーを阻害することで、ウイルスの発病を促進する可能性がある。

最後に

本研究はSARS-CoV-2のPLproがオートファジー制御キナーゼULK1を切断する新たな機能を発見し、ベータコロナウイルスの発症と細胞オートファジーの逆行を明らかにしたものであり、今後の治療方法の手掛かりになるものである。

おしまいです。

次の記事までお待ちください。