スーパーインフェクション

30.4.2 Why exclusion?

SIEの基盤となる様々なメカニズムが提案されている(Zhou and Zhou, 2012)。 3つの仮説は、より詳細な注意を払うに値する。 (1) 二次ウイルスが、一次ウイルスによってすでに占拠されている細胞に入る。 ここで、以下の事象が考えられる。 (a)一次ウイルスの過剰発現したCPが二次ウイルスの分解を妨げる (Beachy et al., 1990; Lu et al, 1998)、(b)二次ウィルスのRNAが一次ウィルスのRNA-induced silencing complex(RISC)によって分解される、(c)一次ウィルスの負鎖RNAが二次ウィルスのRNAに結合し、その二鎖RNA(dsRNA)ハイブリッドがDicerによって切断を受け、その結果siRNAが生成される(図30-4)。 (2) 二次ウイルスは、あらかじめsiRNAでプライミングされた細胞に入るが、一次ウイルスのRNAは含まれていない。 このとき、RISCは二次ウィルスのRNAを標的として、その分解を引き起こす。 (3)感染細胞から離れた細胞に二次ウイルスが侵入する。 ここで長距離信号が送られ、内在性RNA依存性RNAポリメラーゼ(RdRp)によるサイレンシング反応が増幅され、RISCを活性化して新型ウイルスのRNAを分解することができる。

CPによるSIEに関する仮説は、遺伝子組み換えN. このことは、CPが細胞内でのTMV粒子の被覆除去を妨害していることを示唆している(Beachy et al, 1990; Lu et al., 1998)。 しかし、この機構がSIEに単独で関与していることについては、主にCP欠損ウイルス変異体やウイロイドによってSIEがうまく付与されることが証明されているため、議論の余地がある(Gal-On and Shiboleth, 2006)。 TMVの分解型変種間のCP非依存的SIEは、N. benthamianaにおいて、早期誘導および高速拡散メカニズムとして機能することができる(Julve et al.、2013)。 分解型変異体では、望ましくないゲノム機能が除去され、欠落した機能を宿主に移すか、ウイルスに由来しない類似の機能で置き換えることによって、ウイルスが再構築される。 WSMV NIa-ProまたはCPを発現するTriMVに感染したコムギ植物は、緑色蛍光タンパク質タグ付きWSMV(WSMV-GFP)によるスーパー感染から大幅に保護されたことから、これらのシストロンはいずれもWSMVがコードするSIEエフェクターであると考えられた(Tatineni and French,2016)。 さらに、欠失変異導入により、NIa-ProによるSIEの惹起にはタンパク質全体が必要であるのに対し、CPには349アミノ酸のタンパク質のうち200アミノ酸の中間断片のみが必要であることが明らかとなった。 興味深いことに、WSMVを介したTriMVタンパク質の相互発現実験では、同様の方法で、TriMV CPとTriMV NIa-Proの両方がTriMV-GFPによるスーパーインフェクションを排除することが示された。 WSMVおよびTriMVがコードするCPおよびNIa-Proタンパク質は、スーパーインフェクションに対する抵抗性を誘発することができ、これら2つのタンパク質は互いに独立してSIEを誘発すると結論付けることができる(Tatineni and French, 2016)。

第3の仮説において実質的な役割を果たす系統的沈黙は、いくつかの自然感染およびウイルス由来のトランスジーンを発現するトランスジェニック植物で見られる「回復」および「グリーン島」という現象の理解に役立つと考えられている。 回復現象は、ウイルス感染に対する植物の最初の激しい反応に続いて、上部の若葉における症状の重症度とRNAのレベルの両方が低下することを特徴とし、多くの植物種で起こることが知られている(Nie and Molen, 2015)。 PVY感染タバコ植物では、接種した葉の上の最初の3枚の葉を取り除くと回復の発生が妨げられた。このことは、回復を媒介するシグナルがこれらの葉で生成されることを示唆しているのかもしれない。

ZiebellとCarr(2010)が指摘したように、RNAサイレンシングを含む仮説は、SIEが近縁のウイルス株/分離株間にのみ起こり、接種の間に時間間隔が必要な理由をもっともらしく説明するものであろう。 Zhangら(2018)がRNAウイルスについて仮定したより最近の機構モデルは、SIEが子孫ゲノムが親の細胞内で再複製するのを防ぐウイルス機能を発現し、子孫ウイルスと区別のつかない相同性の高いスーパーインフェクションウイルスを共時的に標的にしていると仮定している。 さらに、SIEは子孫ゲノムに最適なエラー頻度を維持するために進化的に選択されている可能性も提唱されている

近年、RNAやDNAウイルスの診断やゲノムの再構成だけでなく、混合感染におけるウイルスゲノムの再構成に、小RNA集団の深層配列解析とバイオインフォマティクス解析(sRNA-omics)が利用されて注目されています(総説Pooggin、2018年)。 sRNA-omicsのアプローチでは、siRNAの生成を含むRNAiベースの抗ウイルス防御システムが使用されます。 トマトを用いた交差防御実験では、ペピノモザイクウイルス(PepMV;Potexvirus, Alphaflexiviridae)の穏やかな株CH2が、同じウイルスの株LPに対する防御を試験した(Turco et al.、2018年)。 相互接種により、すべての個体植物にCH2株とLP株の二重感染が起こり、別々のsRNAコンティグとして再構築された。 CH2前感染植物がLP株に侵入すること、およびその逆は、ウイルス準種におけるコンセンサスゲノム配列の変化を伴っていた。

sRNA-omicsアプローチの弱点は、高い配列同一性を示す2つ以上のウイルス株や遺伝子変異のゲノム配列を完全に再構築できないことである。 Turcoら(2018)が自然感染したジャガイモ植物で実施した事例では、PVYのNTN株とO株からなるビロームが明らかになり、そのsRNAはキメラコンティグに集合し、参照ゲノム配列との比較によりディスエンバイルすることができた。 2つのC型感染株は、ウイルスゲノムの1kb 5′部分について、株特異的なsRNAコンティグをde novoで組み立てることができ、その塩基類似性は75%であった。 87%以上の同一性を共有するゲノムの残りの部分は、1つのキメラsmall RNAコンティグに融合し、参照ベースのゲノムアセンブリによってのみ分離することができた。 Pooggin(2018)は、上記および類似のケースにおいて、混合ビロームの準種集団に潜在的に存在する組み換えウイルスゲノムは、small RNAリードから確実に再構築できないことを指摘している

強調すべきは、防御に関わる経路に加えて、いくつかの細胞サイレンシング経路が存在することだ(Brodersen and Voinnet、2006;Zhang and Qu、2016)。 Zhangら(2015)は、野生型とRNAサイレンシング不全のシロイヌナズナとN.ベンタミアナの植物が、カブシンクルウイルス(TCV;Carmovirus,Tombusviridae)のいくつかの変異遺伝子型によってランダムドミネンスの類似パターンを示すことを報告している。 この結果は、RNAサイレンシングとSIEが誘導物質とチャレンジウイルスの高い配列類似性に依存しているにもかかわらず、RNAサイレンシングとは異なる別のメカニズムが交差防御の背後にあることを示していると思われ、その解明が待たれている。

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