第15章　ウイルスと病気

　DNAウイルスは、細胞のDNA合成に関わる酵素を利用しゲノムを複製するので、ボックスウイルスのような自分自身のDNA合成酵素を持つもの以外は、核の中で増殖する。又、遺伝子発現調節は転写開始の制御により行われる。

　RNAウイルスにおいては、プラス鎖、マイナス鎖、２重鎖に関わらず、RNA合成酵素はウイルスRNAを鋳型として細胞質で作られ、且つ、機能する。従って、RNAウイルスは原則として細胞質で増殖する。

15−1：DNAウイルス

　環状DNAをゲノムとするものと直鎖状DNAをゲノムとするものがある。

15-1-1：環状DNAをゲノムとするウイルス

　これには、１本鎖のものと２本鎖のものがある。

　１本鎖環状DNAウイルスは、細菌を宿主とするファージに見られる。動物を宿主とするものとしては、最近肝炎に関係して発見されたTTV(Circoviridae に属する)がある。

15-1-1-1：環状１本鎖DNAを持つウイルス

　φX174ファージは20面体ウイルス粒子構造を持つ大腸菌を宿主とするウイルスである。5kb程度の小さいゲノムである。ゲノムの一部では、MS2のlysis遺伝子のように、2つの遺伝子がフレームを変えて読まれており、短いスペースでより沢山の情報をコードするようになっている（図15-1-1-1）。

　一方、fdやM13ファージは線状粒子構造を持つ。長いDNAを包み込む事が出来るのでクローニングベクターとしても使用出来る。しかも、片方の鎖のみがウイルスDNAとして増幅されるので、塩基配列を決めたりするのに都合がよい。又、クローンした 遺伝子に変異を入れるdirected mutagenesisなど遺伝子工学で良く使用される。

15-1-1-2：環状２本鎖DNAを持つウイルス

　２本鎖環状DNAをゲノムとするウイルスの代表としてはサルのSV40、マウスのポリオーマウイルス、ヒトやウシのパピローマウイルスがある。いずれも腫瘍ウイルスの仲間である。ウイルス粒子は正20面体である。エンベロープを持たない。細胞に侵入するとウイルスＤＮＡは核に移行しヒストンと結合し染色体DNAと同様の構造を取る。この為、細胞DNAの遺伝子発現モデルとして長く研究の対象にされてきた。大腸菌のDNAと同じようにOriから両方向へ複製が進行する。転写のプロモーターもOriと同じ処に位置し、片方は初期遺伝子でT抗原を、他方は後期遺伝子でウイルス構造蛋白をコードする（図15-1-1-2）。

　パピローマウイルスには面白い現象がある。皮膚深部の非分化細胞では粒子形成が無いが、感染細胞が分化し表皮細胞となって表面に出てくるとウイルス粒子が出来るようになる。この場合は、細胞分化に伴い発現する何等かの細胞因子が粒子形成に関わる遺伝子発現に関わっていると考えられる。

15-1-2：直鎖状DNAをゲノムとするウイルス

　直鎖状DNAをゲノムとするウイルスにも１本鎖DNAのものと２本鎖DNAのものとがある。T4ファージの項で述べたように、このタイプのゲノムでは､DNA合成が常にRNAプライマーを必要とする事から、末端が複製の度に岡崎断片のサイズ分欠損する事になる。これを防ぐ為、ウイルスゲノムの両端は何等かの特別な構造をとっている。

15-1-2-1：直鎖状１本鎖

15-1-2-2：直鎖状２本鎖DNAをゲノムとするウイルス

　既に述べた大腸菌のT4ファージなどはこの仲間である。

　人に感染する直鎖状２本鎖DNAウイルスとしては、アデノウイルス、ヘルペスウイルス、ポックスウイルスがある。それぞれ2×10^７（36Kb）、9×10^７、120×10^７ダルトンのDNAをゲノムとする。

　アデノウイルスは、ヒトに風邪様症状や結膜炎などを起こし、正常人の扁桃腺からも分離される。中には、非自然宿主のラットやハムスターに接種すると癌を作りやすい型がある。発癌には初期遺伝子のE1A、E1Bが関与する。

　HSVやVZVは神経の末梢に感染し、逆行性に軸策を伝わって神経節細胞に感染する。潜伏感染を起こすのが一つの特徴で、生体防衛機能が衰えると活性化し症状を起こすにいたる。潜伏感染状態では、ウイルスゲノムは宿主細胞に組み込まれるのではなく、環状DNAとして染色体外に存在すると考えられている。HSVの急性感染では、ウイルスのVp-16が発現し、これが引き金となってウイルス遺伝子（α、β、γ）の転写が活性化される。一方潜伏感染ではVp-16が発現せず、ウイルス蛋白も作られず、ただlatency associated transcripts (LAT) の転写が定常的に持続する。外界の影響で転写が増加すると、α遺伝子産物であるICPO(intracellular protein(O)）が作られ、急性感染に移行する（図15-1-2-2-(2)）。

　HSVはいわゆるヘルペスの原因で性器ヘルペスは性感染（STD）の中で重要な疾患である。VZVは水ほうそうを起こす。弱毒生ワクチンが予防に使用されている。サイトメガロウイルスは、臓器移植などで免疫抑制剤の使用により再活性化し重症化させる。EBウイルスは、伝染性単核球症、バーキットリンパ腫、などの原因となる。

　現在医学領域でワクチン開発の手段としてワクシニアウイルスが注目されている。種々の抗原、例えば、エイズ、狂犬病、肝炎等の抗原、を発現させ組替え生ワクチンとして開発する研究が行われている。狂犬病ウイルス組替えワクチンは、ヨーロッパで空中散布が行われ、狼や狐の狂犬病コントロールに成果を上げている。試験管内で組替え体を作成するには、ウイルスDNAのサイズが大きすぎるので、細胞内での相同組替えを利用し作成する。ボックスウイルスは自分自身のDNAを複製する酵素を持っており、細胞質で増殖する。DNAの両端は共有結合で繋がりループになっており､DNA合成開始点となる。

15−2：RNAウイルス

　RNAをゲノムとするウイルスは、粒子内RNAから次の３群に分けられる。

　（１）mRNAと同じ極性を持つプラス鎖RNAウイルス、
　（２）mRNAと相補的な極性を持つマイナス鎖RNAウイルス、
　（３）二重鎖RNAウイルス

　又、真核細胞では原則として一つのmRNAから一つの蛋白しか翻訳されない、と云う問題を解決する為の機構として、３つに分けられる。

(1)一つのmRNAから巨大な前駆体蛋白が出来、これがプロテアーゼで切断されるもの、

(2)ウイルスゲノムがそれぞれの蛋白をコードする分節RNAからなっているもの、

(3)ウイルスゲノムの一部が転写され（subgenomic RNA)、それぞれの mRNA がそれぞれ一つの蛋白をコードするもの、

　但し､Togavirusのように(1)＋(3)のように両方の機構を利用するものもある。

　ゲノムがRNAなので、遺伝子発現調節は、主に翻訳、蛋白のprocessing､幾つかのsubgenomic RNAの量比､RNAの二次構造の変化などで行われる。

　遺伝子の複製は、必ず､(1)感染後､ウイルス粒子中のRNAと相補的な極性を持つRNAが読まれ、(2)それを鋳型としてウイルス粒子に取り込まれるRNAが出来る。

　ウイルス蛋白は＋鎖RNAウイルスならゲノムRNAから、ー鎖RNAウイルスなら相補的＋鎖RNAを鋳型として翻訳される。ウイルス蛋白には、粒子を作る構造蛋白とポリメラーゼのような非構造蛋白がある。ウイルス粒子は構造蛋白とRNAは会合により形成される。ウイルスゲノムRNAにはウイルス蛋白に包み込まれるのに必要な特定の塩基配列があり、これをencapsidation signalと云う。

15-2-1：プラス鎖RNAウイルス

15-2-1-1：RNAから１つの蛋白前駆体が出来るウイルス

　RNAから巨大な前駆蛋白が出来て、それがウイルスのコードするプロテアーゼにより切断（processing）され、成熟蛋白となる。エンベロープを持たないpicornavirus、エンベロープを持つflavivirusが代表である。

　ピコルナウイルス（picornavirus）

　小児まひの原因であるポリオウイルスがその代表である。エンテロウイルスの仲間であり、腸管感染を起こす。１０日位の潜伏期を置いて発熱倦怠感などの不特定症状の後急性弛緩性まひが現れる。ウイルスの便中への排出は発病から2週間迄が最大である。弛緩性麻痺はギランバレ症候群など他の原因でも起こるので、適切な便検体をとりウイルス分離をして診断しなければならない。ヒトにしか感染しない為、天然痘同様ワクチンによる根絶が可能である。WHOはこれを強く推進し、わが国は西太平洋地区での活動に大きく貢献した。1988年には世界で3.5万人の患者が出ていたのを1994年には７千人にまで減らす事に成功している。ECHOウイルス、コクサッキーウイルス、2000-2001年に英国を中心に家畜に大被害を与えた foot and mouth disease virus もこの仲間である。ポリオ同様神経症状を来す株もある。

　遺伝子構造を見ると、5'側に構造遺伝子、3'側にRNAポリメラーゼやproteaseなどの非構造遺伝子がある。5'非コード領域は細胞のmRNAに比較し異常に長く600-1200塩基もある。

　翻訳は、5'端より内側に入った処にあるIRES（internal ribosomal entry site）から開始する。RNAの5'端にはCapの代わりにVPgというウイルスのコードする蛋白がついている。（２重鎖DNAウイルスのＢ型肝炎ウイルスやアデノウイルスの末端にも蛋白が結合している。B型肝炎ウイルスの場合には蛋白はDNAの環状化に与る。）

　フラビウイルス（flavivirus）

　構造遺伝子が5'側にある点では、picoravirus に良く似ているが、ウイルス粒子はエンベロープを被っている。黄熱、デング熱、日本脳炎、1999年頃から米国で流行し問題となっているウエストナイルウイルスなどがある。この仲間にヒトのC型肝炎ウイルスがいる。flavivirus の5'非コード領域は100塩基くらいだが、HCVの方は350もあり､IRES を利用し本翻訳が開始する点は寧ろ picoravirus に似ている。日本のHCV感染者は人口の1ｰ2%で、慢性肝炎を経て、肝臓がんに至る。インターフェロンが一部の患者に有効で、有効性は感染しているウイルスの遺伝子型で可成り左右される（図15-2-1-1）。

15-2-1-2：相補RNA（-RNA）を鋳型とし subgenomicなmRNAが転写されるウイルス群。

　＋の極性を持つ１本鎖RNAウイルスで、エンベロープを被っているトガウイルス、コロナウイルス、エンベロープを持たない植物ウイルスのタバコモザイクウイルスがこの群にはいる。

　トガウイルス

　Togavirus科には、Semliki forest virus、西部馬脳炎ウイルス（以上 alphavirus属で昆虫が媒介する）、風疹、などがある。風疹はヒトで流産や奇形の原因となる。生ワクチンが予防に有効である。これ等の alphavirusは12kb位のゲノムサイズである。
　picornavirusなどとは異なり、非構造遺伝子が5'側に、構造遺伝子が3'側にある。ゲノムサイズのRNAからはポリメラーゼなどの非構造蛋白が読まれ、右半分の subgenomic RNA からは構造蛋白が読まれる。いずれも前駆体蛋白をコードしてプロテアーゼで切断され成熟蛋白となる（図15-2-1-2上）。

15-2-2：マイナス鎖RNAウイルス

　ウイルスゲノムが分節しているものと分節していないものに分けられる。分節しているものの代表がインフルエンザウイルス(Orthomyxovirus)である。狂犬病ウイルス(Rhabdovirus)、麻疹ウイルス(Paramyxovirus)、Ebola熱(filovirus)、などは分節していない。これらのウイルスはいずれもエンベロープを被っている。感染後まず必要な蛋白をコードする+鎖RNAを作るためにウイルス粒子の中にはRNAポリメラーゼが存在する。

15-2-2-1：インフルエンザウイルス

　インフルエンザを起こすウイルスで、Ａ、Ｂ、Ｃの３型に分けられる。Ａ型はヒトの他哺乳類や鳥類に感染し、殆どの流行はこの型による。Ｂはヒトにしか感染しないと考えられている。Cはヒトの他ブタも感染するという。分節ウイルスであるので、異なったウイルスが一つの細胞に感染し増殖するとゲノムの 再配分(reassortment)が起こり、抗原シフト(antigenic shift)が起こる。一つの遺伝子がそっくり置き換わるので抗原性などの変化が大きい。これに対し、一つの株が感染を繰り返し、その過程で点変異により抗原性が変化するのを抗原ドリフト(antigenic drift)と云う。

　ウイルスエンベロープにあるHA(血液凝集素)が細胞表面のシアル酸に付くと、HAｰ1、HAｰ2、に切断され、ウイルス粒子表面と細胞膜との融合が起こる。これで感染が開始する。ウイルス中和抗体は主にこの蛋白を標的とする。

15-2-2-2：アレナウイルスとブンヤウイルス

　Arenavirus及びBunyavirusいずれも分節しており、分節の中に ambisense（以下参照）の構造をとっているものがある点で共通している。

　Arenavirus：LCM(lymphocyte choriomeningitis virus)、Lassa熱virusがこの仲間である。Lassa熱ウイルスは1969年ナイジェリアのラッサで出現した致死性の高い出欠熱ウイルスで後術のエボラウイルス同様病気感染として多数の死者を出した。

　S分節からは、3'半分に相当するN蛋白の翻訳鋳型となるpolyAのついた＋鎖RNAと、全長に相補的なRNAが読まれる。後者からは、ゲノムRNAの5'半分に相補的なGP1、GP2の鋳型となるmRNAが転写される。即ち、ambisense RNAと云ってもそれ自身がmRNAとして機能する訳ではない（図15-2-2-2）。

15-2-2-3：ラブドウイルス

15-2-2-4：パラミクソウイルス

　Paramyxovirusには、 NDV（Newcastle Disease Virus）、おたふく風邪(mumps）、麻疹(measles)、脳炎を起こすニパウイルス（Nipahvirus）などがある。Rhabdovirus とは別のウイルス群であるが、遺伝子構造は良く似ている。3'端から
l (leader)-NP-P-M-F-HN-Lとなっており、NP、Pはヌクレオカプシド、Mはウイルスmembrane蛋白、F（fusion） と HN（hemagglutinin、neuraminidase）はウイルス表面糖蛋白で、Rhabdovirus にそっくりである。又、それぞれに対しcapとpolyAを持ったRNAが出来る点も同じである。
　パラインフルエンザウイルスにはRNA Editingが見られる。

　真核細胞では、RNAが転写後、DNAの塩基配列とは対応しない配列になる機構としてスプライスとRNA Editing がある。スプライスでは一次転写RNAの一部（intron）が切り出され、exonからなるより短いRNAが出来る。

　もう一つのEditingとしては、原虫のTripanosoma brucei のcoXII遺伝子に見られるように、４つのUが適当に挿入されて始めて読み取り枠（reading frame）が完成し蛋白をコード出来るようになる場合がある。パラインフルエンザウイルスなどで見られるU塩基が一次転写RNAに挿入される現象はこれに似ている。どのような機構で適切な場所にUが挿入されるようになるのかよく分かっていない。但し、同じ原虫のcyB遺伝子では、Editする部位に相補的なguide RNAがあり、これを鋳型として一次転写mRNAに欠けた塩基（多くはU塩基）を挿入して行く事が分かっている。guide RNAはcyB遺伝子とは別の転写ユニットを形成している。

15-2-2-5：フィロウイルス

　EbolaウイルスやMarburgウイルスがFilovirusの代表で、自然宿主は分かっていない。ヒトに感染すると（汚染注射器など密接な接触による）、肺、肝、消化器から出血し、死に至る。名前通り紐様のウイルス粒子である。レベル４の施設で取り扱われる。
　Lassa熱（アレナウイルス）も含め、Ebolaウイルスなど従来知られていなかったウイルスの、しかも激症の感染がアフリカなどで発生し、世界に広がる危険性が出ている。レトロウイルスのエイズもその仲間と云える。これは、開発が進みその様な地域の病原体に暴露されていなかった人々が接触の機会を持つようになった為と考えられる。抵抗性のない人口が病原体に暴露され始めたと云う事である。一方、劇症溶血性連鎖球菌とかジフテリアとか忘れられた感染症の再燃がある。これは、(1)余りにも病原体の制圧に成功したかに見える為、社会が集団防衛としてのワクチンを否定したり、(2)あるいはその感染が一時的に制圧され病原体に暴露された事のない人口が増えた為と考えられる。又、(3)世界の民族紛争は人口の移動をもたらし、経験のない病原体との遭遇となり、結果、病原体と集団のあいだの力のバランスが崩れた事も原因と考えられる。(4)Ebolaウイルスなどは開発によりそれ迄動物の中で流行を繰り返していたウイルスが人に感染する機会が出来、重症な病気を起こしたと考えられている。地球の温暖化による熱帯感染症の北上も大きな問題になっている。このような状況に対応し、WHOでは、emerging infectious diseases（新興・再興感染症）のサベイランスなどの事業を提唱している。

15-2-3：２重鎖RNAウイルス

15-2-4：ViroidとHDV

　環状１本鎖RNAで、300ntd程度のサイズであり、それ単独で複製出来（ヘルパーを必要としない）、感染性を持つ。RNAは桿状の２次構造を取る。カプシド蛋白を欠き、ウイルス粒子を作らない。蛋白もコードしない。植物に病気を起こすものはよく知られているが（potato spindle tuber viroid、apple scar skin viroidなど）、動物にも同様なものがあるかは不明である。

　劇症肝炎を起こすデルタ肝炎ウイルス(HDV)は構造が、viroidに非常に似ている。但し、ウイルス複製に必要な蛋白(delta抗原）をコードしている点が異なる。B型肝炎ウイルスのエンベロープに包まれて初めて感染ウイルス粒子となる。
　複製、病原性については分からない処が多い。

(1)viroidのRNAを鋳型として相補RNA合成をする宿主の酵素は何か、又その酵素を誘導するシグナルは如何なる性質のものか？

(2)viroidの複製の分子機構は何か？非感染細胞でも機能しているものを利用するのか？

(3)viroidによる病原性はどうしてもたらされるのか？viroid RNAと宿主の何かとの相互作用による筈である。（viroidのRNAは核や核小体に蓄積する）。

(4)viroidの宿主域を決めるものは何か？

(5)viroidの起源は何か？

　viroidはrolling circle mechanismで複製し、自己切断により線状のRNAユニットが出来、植物細胞のRNAリガーゼで環状になると考えられている。又、DNA依存RNAポリメラーゼIIの関与が示唆されている。

　リボザイム（ribozyme）
　酵素活性を持つものは蛋白質である、と一般に思われて来た。しかし、近年、RNAに酵素活性がある事が分かった。次のような例がある。

1. 大腸菌のtRNAは一次転写RNAが適切な場所で切断される事により、最終産物となるが、この切断はRNasePが行う。RNasePは蛋白とRNAの複合体であるが、切断活性はRNAにある。
2. ウイロイドは単鎖の環状RNAである。ウイロイドのゲノムは、ウイロイドゲノムがタンデムに並んだ長いRNAから切り出される事で得られる。この切り出しは、ウイロイドRNAゲノム上の特定の折り畳まれ方をする部位の酵素反応による。
3. テトラヒメナと云う原生動物のrRNAのintronの切り出しは、rRNAの一部が特別な折り畳まれ方をし、RNAを切断・接続する活性を持つ事による。

　２と３では、酵素活性を持つ部位とその基質は同じRNA分子上にある。このようなRNAの酵素活性は遺伝子進化に大きな役割を果たしたのではないか、と考えられている。

15-3：レトロウイルス（Retrovirus）と
　　　　　　　　　　　　ヘパドナウイルス（Hepadnavirus）

15-3-1：レトロウイルス

　Retrovirusは次の３群に分けられる。
　Oncornavirus：　マウスやトリの白血病ウイルス、 HTLV-1
　Lentivirus ：　HIV､SIV
　Spumavirus ：　foamy virus

　ウイルス粒子はゲノムRNAの二量体（dimer）を含む。感染すると細胞質でDNAに読み取られ、両端にLTRと云う構造を持つプロウイルスとなる。プロウイルスはウイルス粒子を構成するPol蛋白と共に核に移行し（恐らくGag或いはGag-Pol蛋白と一緒に）、細胞の染色体DNAに組み込まれる。組替え部位を調べると、組み込まれたプロウイルスの両端に数塩基の繰り返し配列が見られる。これは、トランスポソンに特徴的な現象である。組み込まれたDNAから転写されたRNAは再びウイルス粒子に取り込まれる。

　ウイルス蛋白としては、ウイルス粒子のコアを形成するGag蛋白、エンベロープ蛋白（Env）、逆転写（RT）と組み込み（INT）酵素の活性を持つPol蛋白がある。Pol（Gag-Pol融合蛋白として翻訳）及びGagはゲノムサイズのRNAから、Envはスプライスによりgag-pol部分が除かれたRNAから翻訳される（図15-3-1）。

　以上は、最も単純な構造のOncornavirusの場合であるが、他のレトロウイルスもほぼ同様な機構で複製する。但し、LentivirusやSpumavirusでは、ウイルス遺伝子の発現を調節する遺伝子が3'末の方に存在する点がOncornavirusと異なる。又、前者のタイプのウイルスは生殖系列細胞に組み込まれ、内在性ウイルスとなり得るが（HTLV-1を除く）、他のウイルスではその様な事は報告されていない。

　レトロウイルスの中では、エイズの原因であるHIV、成人T細胞性白血病の原因であるHTLV-1が重要である。

　特にHIVは、世界的な広がりを見せ、1996年の段階で、２千３百万の感染者がおり、既に６百万が死亡している。感染者の９割は途上国にいる。

　わが国でも平成９年辺りから献血者にHIV陽性者が増え始め、日本の社会に広がりつつある事が示唆されている。日本のHIV感染は、1983年当初、HIV汚染血液製剤による血友病患者が大半を占めていたが、次第に性感染、特に異性間性交渉によるものが増加している。
2002年現在では20〜30台の男性同性間感染が目立って多くなっている。

　HIVは、血液又は性交渉により感染する。感染により、免疫の中枢とも云えるCD4陽性ヘルパーＴ細胞を破壊する。血液中のCD4細胞の減少に伴い免疫低下による真菌症、カリニ肺炎、細菌やウイルスの感染、カポジ肉腫と呼ばれる血管腫などのエイズ（Acquired Immunodeficiency Syndrome, AIDS）の症状が現れる。経過には個人差があるが、感染初期のHIVウイルス量が多くCD4値の低い者程経過が早く死に至る。面白い事に感染してもエイズ発症をしない長期生存者が存在する。マウスの白血病ウイルスの実験で良く分かっているが、レトロウイルスの感染や発病を支配する遺伝子が存在し、HIVにもそのような現象がある、と云う事である。

　HIVの感染はヘルパーＴ細胞のCD4分子をウイルス外皮蛋白が認識し結合する事により開始するが、CD4分子のみでは十分でなくcoreceptorが必要である事が分かって来た。HIVウイルスにはマクロファージに感染するものとＴ細胞に感染するものとがあるが、その違いはcoreceptorが異なる為のようである。

　HIV感染に対しては、ウイルスの持つ逆転写酵素やプロテアーゼに対する阻害剤で治療効果を挙げられるようになった。但し、薬剤耐性ウイルスの出現などにより治療が効を奏さない場合がある　
　HIVに関しては、Levyの HIV and the Pathogenesis of AIDS, 2nd Edition, ASM Press (1998)が示唆に富む。レトロウイルス一般については、Coffin, Hughes, Varmusの Retroviruses. Cold Spring Harbor Laboratory Press (1997)が面白い。

　米国ではHIV汚染血液製剤により、日本以上の犠牲者が出た。この事に関し、米国では調査委員会が設置され、これが対処した。その調査報告書、 L.B. Leventon, H.C. Sox and M.A. Stoto(eds.). HIV and the Blood Supply - Analysis of Crisis Decisionmaking Institute of Medicine, National Academy Press, 1995 ISBN 0-309-05329-3 が出ている。この調査は科学的側面、行政のあり方の解析など学ぶ点が多いので一読を勧める。特に、このような調査の危険と利益について、「利益とは次の機会への教訓であり、危険は現在の知識により当時得られた知識の限界の中で意志決定をせざるを得なかった人々への不当な批判である」としている。

　HIV汚染血液製剤の問題については、幾つか、冷静に、考える必要がある。幾つかのポイントを以下に示す。

1. HIVの現在認識されているような危険性が認められるようになったのはどの時点か。
2. エイズがウイルスによると云う説が受け入れられたのは何年位の頃か。
3. 日本で1983年の段階でいわゆる製剤からクリオプレシピテート（cryoprecipitate）に変えるべきであったと云う議論があったが、クリオとはどういう利点と欠点があったか。
4. 何時完成した加熱製剤が出来上がったのか（1988年に加熱製剤のみを投与された患者でエイズ発症が報告されている）。
5. 医薬品の市場引き上げの制度はどうなっているのか。米国と日本の違いはどうか。何故、米国業者は1983年と云う早い段階で汚染血液を原材料とした製剤の市場引き上げをしたのに、何故日本では遅れたのか。
6. 厚生省の仕組みには、その担当者の人的構成を含め問題がなかったか。今、現在、それは解決されているのか。

　これらへの、筆者の考えは、「公衆衛生と感染症」（対象としての人間：岩波講座科学/技術と人間６、126-156頁）に概略を示してある。

15-3-2：ヘパドナウイルス

　Hepadnavirusの仲間で重要なのは、B型肝炎ウイルス（HBV）である。成人への感染では、持続感染に移行することは少ないが、母子感染では９割位が持続感染に移行し、慢性感染、肝硬変、或いは肝がんとなる。主な感染経路は血液（輸血）で、その他性行為でも感染が起こる。輸血によるHBV感染は、感染を調べるスクリーニング法が開発され、全ての輸血用血液を検査するようになってから殆どゼロになった。しかし、針刺し事故などで医療従事者にも感染したケースは時折見られる。酵母で作成した組替えワクチンが感染予防に有効であり、母子感染防止、医療事故感染防止に使用されている。

15-3-3：レトロウイルスの複製に関する補足

１．レトロウイルスには宿主域があり、ウイルス上の特定の遺伝子と宿主の特定の遺伝子で決まる（Odaka & Yamamoto, Jpn J Exp Med, 36, 23, 1966）。例えば、マウスにしか感染しないマウス白血病ウイルス（ecotropic murine leukemia virus、 MLV）の場合、ウイルスのgag遺伝子の中のp30がウイルス側の遺伝子であり、マウスの第５染色体上にあるFv-1 locusがマウス側の遺伝子である。

　ウイルスが増殖出来ない組み合わせでは、逆転写迄は感受性細胞同様進行するが、プロウイルスが細胞質から核に移行し組み込まれる間で、Fv-1の抑制がかかる。in vitroの組み込み系でFv-1の影響が見られないことから、ゲノムの細胞質から核への移行に宿主のFv-1遺伝子産物が関与しているのではないかと考えられている。又、ウイルスのp30が Fv -1 による宿主域を決めている事から p30蛋白はプロウイルスの核移行に関与していると推論出来る。即わち、ゲノムRNAと粒子中で一緒にいた p30は、逆転写後もプロウイルスDNAと結合し核に移行しているという事になる。そうすると、実際核に移行するのは Gag 蛋白の中の p30か Gag-Pol 蛋白中の p30かという問題が出て来る。プロウイルスの細胞質から核への移行の機構はレトロウイルスの未解決な問題の一つである。

２. retrovirusの感染は細胞増殖に依存する。HIVは静止期の細胞にも感染が成立するとされているが、増殖している細胞の方が感染効率は遥かによい。MLVの感染は完全に細胞増殖に依存する。例えば、接触阻害（contact inhibition）により増殖の止まった単層細胞を一部ピペットの先で傷つけMLVを感染させると、細胞の剥がれた領域に回りだけ感染する（Yoshikura, J. Gen. Virol, 6, 183, 1970）。では、必要とされる細胞周期はどこかと云うことになる。

　感染した細胞を非感染細胞の上に播くと、そこから感染が広がる。これを感染中心（infectious center）と云う。MLVを細胞に感染させ時間を追って感染中心の紫外線感受性を調べると、感染が成立しウイルスを放出し始めると紫外線感受性が急に下がる。つまり感染成立は感染中心が紫外線抵抗性となる事で判定出来る。何故感染が成立すると紫外線抵抗性になる理由は恐らく感染成立前の紫外線の標的は細胞の染色体DNAであり、感染成立後は転写されたウイルスRNAが標的分子となる為ではないかと考えられる。実際、retrovirusは紫外線抵抗性で、且つ、感染成立後の感染中心はRNAの紫外線感受性を高める5-fluorouracilを細胞に取り込ませる事により紫外線感受性が高くなる（Yoshikura, Virology 48, 193, 1972）。

　一方細胞周期と感染の関係を見るには全部の細胞が同じ細胞周期にあるような同調培養を使う必要がある。その為には、接触阻害によりG1期に止め、新鮮血清添加により増殖を誘導するとよい。このような系では、血清添加後10時間位でDNA合成が開始し20時間でDNA合成が最盛期を迎え、細胞分裂の最盛期は30時間頃となる。

　このような培養系で、血清添加後、色々な時間でウイルスを感染させ、感染中心の紫外線感受性を時間を追って調べてみる。すると、紫外線抵抗性になる迄の時間はG1期を進みS期の最盛期に近付くに従って次第に短くなる。又、感染細胞を細胞分裂を抑える薬剤で処理すると処理した時間分紫外線耐性になる時間が遅れる。このような観察から、必要とされる細胞周期は細胞分裂ではないかと推測された（Yoshikura, J. Gen Virol, 8, 113, 1970）。その後分子生物学的技法を用い追認されているが、その正確な機構は未解明のままである。

　しかし、もし、細胞分裂がretrovirusの感染に必須であるとするとどのような機構が考えられるであろうか。

３．ゲノムサイズのRNAからどの様な機構でGag蛋白とGag-Pol蛋白両方が翻訳されるのか？これは、10回に1回の割合でGag領域とPol領域の境界にある停止コドンをサプレッション或いはリボゾームシフトにより読み過ごす為（readthrough）と説明されている。readthroughの割合が何により決まっているのか、単に確率の問題だけなのか、よく分かっていない。

４．HIVでは、ゲノムサイズRNA及び１度だけスプライスされたエンベロープ蛋白をコードするRNAの発現には、Revと云う調節蛋白が必要である。Revはエンベロープコード領域内のRREと云う配列を認識し、核から細胞質へのRNA移行を行う。つまり、Revは、これらのRNAを核から細胞質へ移行させる働きを持っている。

５．HIVも含め凡てのレトロウイルスはゲノムサイズ及び１度だけスプライスされたエンベロープをコードするRNAを細胞質に発現している。 どうしてこれら２種類のRNAが発現するのであろうか？
　一般に、スプライスされたRNAがmRNAとして機能する場合、必ずスプライスされた転写産物が細胞質に出てくる。言い換えると、スプライスされないRNAは核から細胞質へ移行しない。これは、mRNAとして機能しないRNAが細胞質に溜まる事を防ぐ意味で重要な制御である。しかし、どうしてレトロウイルスの場合、スプライスしたRNAとしないRNAを、しかも、丁度良い比率で発現する事が出来るのだろうか？
　MLVのゲノムの中に、スプライスされないRNAを核から細胞質に移行させ安定に発現する為に必要な配列と、その領域に依存させるようにする別の配列のあることが分かって来た。面白いことに前者の領域はスプライスに必須のsplice acceptor近傍の領域である（Ohshima et al. J. Virol, 70, 2286, 1996）。

　RNAのスプライスはspliceosomeで起こり（spliceosome形成はRNA合成と並行）、一般のスプライスさるべきRNAはスプライスされないと核外に移行しない。このことは、見方を変えるとスプライスと核細胞質移行とはカップルした現象であるとも言える。つまり、spliceosomeと核外移行に関与する分子は相互作用をしていると推測される。すると、retrovirusの場合、スプライスされずに核外に移行するRNAも、何らかの形でspliceosomeと相互作用し、spliceosomeが核外移行に関与する分子と相互作用することにより核外に移行していると推測することが出来る。

15−4：プリオン

　病原性を担う物質プリオンが蛋白である点が特徴であり、不思議な点である。ヒトのKuruやCreutzfeldt-Jacob病（CJD）、羊のscrapieなどが知られている。いずれも脳のスポンジ様変性によるニューロンの喪失が特徴である。

　1995-1996年にかけ“狂牛病”がヨーロッパ（中でも英国）を中心に問題となり、2001年に日本でも1例目が発見された。scrapieに汚染した羊肉を牛のエサにした為と考えられている。狂牛病（BSE：bovine spongiform encephalopathy）に汚染した肉をヒトが食した為CJDになる可能性があるというので保健上大きな問題となった。蛋白のアミノ酸配列から正常の動物にも全く同じ配列の蛋白をコードする遺伝子の存在する事が分かった。これは、27-30kDaのsialoglyco-proteinでprion蛋白(PrP)と呼ばれる。病変を起こす蛋白は正常の蛋白とは異なり、amyloid fibrilと呼ばれる桿状の構造物を作り、protease Kで消化されにくい。病気を起こすPrPと正常のPrPとの何等かの相互作用により正常なPrPが病的なPrPに変わって行くと考えられる。翻訳にカップルしたものか、あるいは出来上がった正常PrPが細胞の何処か特別の場所で病的PrPと反応し病的になるのか、分からない。

　多くの蛋白分子にとって、これが正しく折りたたまれるにはchaperonという別の蛋白を必要とするケースがある。これに似た機構でPrionの場合、誤って折りたたまれた蛋白が、同じアミノ酸配列を持つ蛋白と反応しどんどん誤った構造の蛋白を作ることは考えられる。アルツハイマー病でもCJDに似た脳細胞のアミロイド変性が見られる。これは、アミロイド蛋白が大量に作られ正しく折りたたまれないまま蛋白が凝集する為と考えられている。CJVもアミロイド変性も蛋白の一次配列は変わらないのに異常な立体構造を持つことにより不溶性の凝集塊を作る点でよく似ている。

　シャペロン（Chaperon）
　大腸菌の細胞質で出来たばかりの折りたたまれていない蛋白はDnaK、次いでDnaJ蛋白と結合する。これにより間違った折りたたみ（folding）や凝集（aggregation）が防がれる。次いでGrpEに助けられ、ATP加水分解反応にカップルしてGroEL／ESに結合し、結果として蛋白は正しくfoldされることになる。この蛋白は熱など蛋白を変性させる条件下で誘導される。DnaK、DnaJはλファージの複製開始に関与していることで、発見されたのでこの様な命名になっている。

　大腸菌で異種蛋白を発現させるとよく不溶性の封入体を作ることがある。温度を下げて蛋白合成をゆっくり行わせたり、chaperonの発現を同時に行うとこれが防げる場合がある。プリオンも折り畳みが異常な蛋白である事を考えるとシャペロンと何か関係がありそうである。

　真核細胞にも同様の機能を持つ蛋白Hsp70、Hsp60が存在する。Hspはheat shock proteinのそれぞれの頭文字を取ったものである。文字通り、細胞が高い温度に曝されると誘導される。その役割をここで考えてみると、熱によって蛋白は２次、３次構造が変わる筈なので、Hspは、このような構造が変わりかけた蛋白と相互作用し、これらの蛋白の構造が変わらないようにしていると考えられる。

　最近になって、このようなchaperonが遺伝子変異に対する緩衝剤になっているのではないか、と云われるようになって来た。これは、植物やハエで、Hsp遺伝子の変異だけで、それ以外の遺伝子の変異によると思われる形質が、表現型となって出てくる事が分かったからである。即ち、遺伝子の変異により変異した蛋白が発現しているには違いがないのだが、正常なHsp蛋白が変異した蛋白を構造的に正常なかたちに整えていると考えられる（Science, 296, 2348-2349, 2002）。

　Hspは、立体構造がおかしくなりかけた蛋白の構造をなんとか正常に戻そうとする働きがある事を考えると、熱による立体構造変化に限らず、遺伝子変異による構造変化に対抗する作用があってもおかしくはない。そのような意味で、Hspは蛋白構造変化が原因である疾患の治療にも使えるかも知れない。
　

15-5：植物のウイルス

15-5-1：酵母のウイルス、キラー

15-5-2：分節RNAウイルス

15-5-3：RNA干渉（RNA interference, RNAi）又はRNA silencing

　フリーの２重鎖RNAがあると、これがRNA分解酵素(ribonuclease III、Dicerと呼ばれる)の複合体（RNA silencing complex, RISC）を引き寄せ、自分自身を21-25塩基長に切断させる。このRNAをshort interfering RNA（siRNA）と云う。siRNAはRISCと複合体を作ったままで、相補的な他のRNAを認識し分解し、結果、相補的RNAをコードしていた遺伝子の発現が抑えられる（即ちsilencing）。同時に、siRNA自身がprimerとなって、細胞のRNA依存RNA合成酵素（RNA dependent RNA polymerase、RdRp）により相補的RNAに相当する部分の２重鎖RNAの合成を引き起こす。その結果、siRNAは更に増幅し、遺伝子の発現抑制も持続することになる。

　RNAウイルスは複製過程で必ず２重鎖RNAになるので、宿主はこの現象を生体防御に使っている。一方、ウイルスは、RNA干渉の種々のステップでRNA silencing を抑える為の遺伝子を持っている。このような現象は、植物ウイルスで先ず発見されたが、次第に、動物ウイルスにも同様な現象のあることが分かって来た。注目すべき事は、siRNAが一度出来ると、細胞のRNA依存RNA合成酵素により、始め出来たsiRNAが無くなっても、シグナルが増幅し持続し得る点である。 　前に、動物細胞にはRNA依存RNA合成酵素（RdRp）が無いのでマイナス鎖RNAウイルスはRNA依存RNA合成酵素をウイルス粒子中に持つ必要がある、と述べたが、少なくとも植物細胞にはRdRpが存在することが分かって来た。
　RdRpには２種類あり、一つはDNA依存RNA合成酵素がRdRpとして機能する場合で、上に述べたウイロイドの複製に関わる。ウイロイドRNAはこのRdRpにより核内で合成される。もう一つは、DNA依存RNA合成酵素とは全く別の酵素で、プライマーなしにRNAを鋳型にRNA合成を触媒する。これについてはトマトの酵素が良く調べられていて、ウイルスのRdRp、DNA依存RNA合成酵素とは全くホモロジーがない。RNA interferenceについては、G.J. Hannon, RNA interference, Nature, 2002, Vol.418 244-251、P. Ahlquist, Science, 2002, Vol. 296, 1270-1273を見るとよい。

Copyright(C) 2005  The Japanese Society for Virology All Rights Reserved.