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スパイクタンパク質

コロナウイルスにおけるスパイクタンパク質については「(コロナウイルススパイクタンパク質)（英語版）」をご覧ください。

ウイルス学において、スパイクタンパク質（すぱいくタンパクしつ、英: spike protein）またはペプロマータンパク質（英: peplomer protein）は、エンベロープウイルスの表面から突出したスパイクまたはペプロマーとして知られる大きな構造体を形成するタンパク質である[2][3]:29–33。このタンパク質は通常、二量体または三量体を形成する糖タンパク質である[3]:29–33[4]。

COVID-19を引き起こすSARS-CoV-2ウイルスの表面から突出する(コロナウイルススパイクタンパク質)（英語版）（空色）。このタンパク質はグリコシル化されており、その糖鎖はオレンジ色で示される[1]。
SARS-CoV-2の三量体スパイクの1つの3Dプリント

歴史と語源

「ペプロマー（peplomer）」という用語は、ウイルス表面の個々のスパイクを指す。ウイルス外表面の物質層を総称して「ペプロス（peplos）」と呼ばれている[5]。この用語は、ギリシャ語のpeplos（ゆるい外衣[3]、ローブまたはマント[6]、女性用マント[5]）に由来している。1960年代に提唱されたルヴォフ-(ホーン)（英語版）-トゥルニエ方式などの初期のウイルスの分類体系では、分類のための重要な特徴としてペプロスとペプロマーの外観や形態が用いられた[5][7][8]。最近ではペプロスという用語は、ウイルスエンベロープの同義語と見なされている[6]:362。

特徴

スパイクやペプロマーは通常、ウイルス表面からの棒状または棍棒（こんぼう）状の突起である。スパイクタンパク質は通常、大きな外部(エクトドメイン)（英語版）、ウイルスエンベロープに固定する単一の膜貫通ドメイン、およびウイルス内部に短い尾部を持つ膜タンパク質からなる。それらはまた、ヌクレオカプシドを形成するものなど、他のウイルスタンパク質とタンパク質間相互作用を形成することもある[3]:51–2。通常、それらは糖タンパク質であり、O-結合型グリコシル化よりもN-結合型グリコシル化を受けるのが一般的である[3]:33。

機能

一般的に、スパイクはウイルスの侵入に関与する。それらは、宿主細胞上に存在する細胞表面受容体と相互作用し、その結果として赤血球凝集活性をもつ場合もあれば、酵素である場合もある[6]:362。たとえばインフルエンザウイルスには、これらの2つの機能を持つ表面タンパク質としてヘマグルチニンとノイラミニダーゼがある[6]:329。この細胞表面受容体との結合部位は通常、スパイクの先端にある[3]:33。スパイクタンパク質の多くは膜融合タンパク質である[9]。スパイクタンパク質は、ビリオンの表面に露出しているため、抗原となる場合がある[6]:362。

事例

スパイクやペプロマーは、オルソミクソウイルス、パラミクソウイルス、ラブドウイルス、フィロウイルス、コロナウイルス、ブニヤウイルス、アレナウイルス、レトロウイルスなどのエンベロープウイルスの(電子顕微鏡写真)（英語版）画像で見ることができる[3]:33。

コロナウイルス

コロナウイルスは、その表面に(コロナウイルススパイクタンパク質)（英語版）（Sタンパク質と略される）を持つ。Sタンパク質は(クラスI融合タンパク質)であり、ウイルス感染の最初のステップであるウイルス侵入を媒介する役割を果たす[10]。それは、点突然変異および相同組換えによって急速に進化する（そのゲノム領域が組換えホットスポットである）[11]。それは非常に抗原性が高く、感染に反応して免疫系によって産生される抗体のほとんどを占める。このため、ウイルスSARS-CoV-2によるCOVID-19パンデミックに対して、スパイクタンパク質はCOVID-19ワクチン開発の焦点となっている[12][13]。(エンベコウイルス)（英語版）（SARS様コロナウイルスを含まない）として知られる(ベータコロナウイルス)（英語版）の亜属では、さらに短い(ヘマグルチニンエステラーゼ)（英語版）と呼ばれる表面タンパク質が存在する[14]。

COVID-19パンデミックの際に、患者の組織サンプルの電子顕微鏡写真でウイルス粒子を同定する必要があった。コロナウイルスの形態と表面的に類似していることや、コロナウイルスに特徴的なスパイクが(ネガティブ染色)（英語版）によって明らかになるが、(薄切片)（英語版）ではあまり見えないことから、多くの報告が正常な細胞内構造をコロナウイルスと誤認した[15]。

インフルエンザウイルス

ほとんどのインフルエンザウイルスのサブグループは、ペプロマーと呼ばれる2つの表面タンパク質、ノイラミニダーゼ（酵素）と(ヘマグルチニン)（英語版）（クラスI融合タンパク質）を持っている。それらの中には、単一の(ヘマグルチニンエステラーゼ)（英語版）タンパク質で両方の機能を持つものもある[3]:356–9。

レトロウイルス

ヒト免疫不全ウイルス（HIV）などのレトロウイルスは、表面にペプロマーを持つ[3]:318–25。これらは、2つのタンパク質、(gp41)（英語版）と(gp120)（英語版）によって形成されるタンパク質複合体であり、どちらも(env)（英語版）遺伝子から発現し、合わさることで、ウイルスの侵入を媒介するスパイクタンパク質複合体を形成する[16]。

ギャラリー

表面にスパイクを持つウイルスの(電子顕微鏡写真)（英語版）

参照項目

参考文献

[脚注の使い方]
  1. ^ “” [Truly beautiful: how we made the SARS-CoV-2 3D model] (ロシア語). N+1 (2021年7月29日). 2021年7月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年7月30日閲覧。
  2. ^ Saunders Comprehensive Veterinary Dictionary (3rd ed.). Elsevier, Inc. (2007). https://archive.org/details/saunderscomprehe00doug  as cited in “peplomer”. The Free Dictionary. Farlex (2011年). 2011年3月30日閲覧。
  3. ^ a b c d e f g h i Burrell, Christopher J. (2016). Fenner and White's medical virology (Fifth ed.). London, United Kingdom. ISBN (978-0123751560) 
  4. ^ Deng, X.; Baker, S.C. (2021). “Coronaviruses: Molecular Biology (Coronaviridae)”. Encyclopedia of Virology: 198–207. doi:10.1016/B978-0-12-814515-9.02550-9. ISBN (9780128145166). 
  5. ^ a b c Lwoff, André; Tournier, Paul (October 1966). “The Classification of Viruses”. Annual Review of Microbiology 20 (1): 45–74. doi:10.1146/annurev.mi.20.100166.000401. PMID (5330240). 
  6. ^ a b c d e Mahy, B. W. J. (2009). The dictionary of virology (4th ed.). Amsterdam: Elsevier/Academic Press. ISBN (9780080920368) 
  7. ^ Lwoff, A; Horne, RW; Tournier, P (13 June 1962). “[A virus system].”. Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences 254: 4225–7. PMID (14467544). 
  8. ^ Lwoff, A.; Horne, R.; Tournier, P. (1 January 1962). “A System of Viruses”. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology 27: 51–55. doi:10.1101/sqb.1962.027.001.008. PMID (13931895). 
  9. ^ Harrison, Stephen C. (May 2015). “Viral membrane fusion”. Virology 479-480: 498–507. doi:10.1016/j.virol.2015.03.043. PMC 4424100. PMID (25866377). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4424100/. 
  10. ^ Wang, Yuhang; Grunewald, Matthew; Perlman, Stanley (2020). Coronaviruses: An Updated Overview of Their Replication and Pathogenesis. Methods in Molecular Biology. 2203. 1–29. doi:10.1007/978-1-0716-0900-2_1. ISBN (978-1-0716-0899-9). PMC 7682345. PMID (32833200) 
  11. ^ Nikolaidis, Marios; Markoulatos, Panayotis; Van de Peer, Yves; Oliver, Stephen G; Amoutzias, Grigorios D (2021-10-12). Hepp, Crystal. ed. “The neighborhood of the Spike gene is a hotspot for modular intertypic homologous and non-homologous recombination in Coronavirus genomes” (英語). Molecular Biology and Evolution: msab292. doi:10.1093/molbev/msab292. ISSN 0737-4038. https://academic.oup.com/mbe/advance-article/doi/10.1093/molbev/msab292/6382323. 
  12. ^ Le, Tung Thanh; Cramer, Jakob P.; Chen, Robert; Mayhew, Stephen (October 2020). “Evolution of the COVID-19 vaccine development landscape”. Nature Reviews Drug Discovery 19 (10): 667–668. doi:10.1038/d41573-020-00151-8. PMID (32887942). 
  13. ^ Kyriakidis, Nikolaos C.; López-Cortés, Andrés; González, Eduardo Vásconez; Grimaldos, Alejandra Barreto; Prado, Esteban Ortiz (December 2021). “SARS-CoV-2 vaccines strategies: a comprehensive review of phase 3 candidates”. NPJ Vaccines 6 (1): 28. doi:10.1038/s41541-021-00292-w. PMC 7900244. PMID (33619260). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7900244/. 
  14. ^ Woo, Patrick C. Y.; Huang, Yi; Lau, Susanna K. P.; Yuen, Kwok-Yung (24 August 2010). “Coronavirus Genomics and Bioinformatics Analysis”. Viruses 2 (8): 1804–1820. doi:10.3390/v2081803. PMC 3185738. PMID (21994708). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3185738/. 
  15. ^ Bullock, Hannah A.; Goldsmith, Cynthia S.; Zaki, Sherif R.; Martines, Roosecelis B.; Miller, Sara E. (April 2021). “Difficulties in Differentiating Coronaviruses from Subcellular Structures in Human Tissues by Electron Microscopy”. Emerging Infectious Diseases 27 (4): 1023–1031. doi:10.3201/eid2704.204337. PMC 8007326. PMID (33600302). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8007326/. 
  16. ^ Mao, Youdong; Wang, Liping; Gu, Christopher; Herschhorn, Alon; Xiang, Shi-Hua; Haim, Hillel; Yang, Xinzhen; Sodroski, Joseph (September 2012). “Subunit organization of the membrane-bound HIV-1 envelope glycoprotein trimer”. Nature Structural & Molecular Biology 19 (9): 893–899. doi:10.1038/nsmb.2351. PMC 3443289. PMID (22864288). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3443289/. 
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