※世界各国で行われている研究成果をご紹介しています。研究成果に対する評価や意見は執筆者の意見です。
研究者向け
2021/6/8
CRISPR機能喪失スクリーニングによるSARS-CoV-2と宿主因子の相互作用の解析
文責：橋本 款
新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の治療薬開発には、SARS-CoV-2感染のメカニズムを深く理解することが不可欠です。最近、CRISPR-Casシステムを用いたゲノム編集の技術は、様々な生物的局面における機能的ゲノミクス研究のためのゲノム全体の遺伝的スクリーニングを実行する手段となっています。今回紹介する論文でCRISPR機能喪失スクリーニングによる宿主因子同定を試みた結果は、いくつかの経路がSARS-CoV-2感染に関与することを示唆しており、創薬の標的(druggable targets)になることが期待されます。詳細は原著を参照してください。
論文.
Zharko Daniloski et al., Identification of Required Host Factors for SARS-CoV-2 Infection in Human Cells. Cell 2021;184(1):92-105.e16. 
背景
ウイルスの感染には、ウイルスと宿主由来の分子との相互作用が重要であるが、それは、SARS-CoV-2においても同様である。したがって、そのメカニズムを理解する事はCOVID-19の治療を目指す上で重要である。
目的
‘全ゲノムCRISPR機能喪失スクリーニング’ によりSARS-CoV-2感染に関与する宿主因子を同定し、創薬の標的(druggable targets)になる可能性を検討する。
方法・結果
- 肺胞細胞ガン株(A549)において、GeCKOv2 CRISPR-Cas9 libraryとCRISPR single-guide RNAs (sgRNAs)を形質導入して、19,050 個の遺伝子をターゲットにしてSARS-CoV-2感染による細胞死抵抗性の供与を指標に‘全ゲノムCRISPR機能喪失スクリーニング’を行なった結果、～50個の遺伝子を同定した。
- そのうち、上位にランク付けされた遺伝子は、それぞれ、液胞ATPaseプロトンポンプ、Retromer、Commander複合体を含む異なるクラスターに分類された。
- これらの遺伝子の有効性に関しては、いくつかの直交する実験系；CRISPRノックアウト、RNA干渉によるノックダウン、小分子による阻害、を用いて評価した。
- これらの上位の遺伝子の機能が失われた際には、単一細胞RNAシークエンス（トランスプリーム解析）により、いずれもコレステロールの生合成に関係した転写レベルで変化することが確認された。
- また、RAB7A遺伝子機能損失がACE2受容体を細胞内に隔離してウイルスの侵入を防ぐことが示されたが、これは、SARS-CoV-2細胞侵入初期段階におけるアンギオテンシン2(ACE2；Angiotenisn-converting enzyme2)受容体に一致する。
結論
以上の結果から、この実験系がSARS-CoV-2感染の適応度に対する各宿主遺伝子の機能喪失の影響をゲノム規模で評価する系を提供し、新しい治療法の開発に役立つことが期待される。
前回、ニーマン・ピック病やゴーシェ病などのリソソーム蓄積病においては、COVID-19の危険性は予想に反して緩和する傾向にあるという結果に基づいて、リソソーム経路が治療開発に関係する可能性について述べました。今回の実験において同定された上位の遺伝子の機能が失われた際には、単一細胞RNAシークエンスにより、いずれもコレステロールの生合成に関係した転写が変動するという結果を得ており、これは、‘SARS-CoV-2感染におけるリソソーム経路の重要性’という概念にも関係しており、興味深く思われます。
’CRISPRスクリーニング’ による機能的ゲノム解析は、COVID-19の治療薬開発の中でも競争の激しい分野であり、類似論文が発表されています。
Zhu et al., A genome-wide CRISPR screen identifies host factors that regulate SARS-CoV-2 entry, Nature Communications volume 12, Article number: 961 (2021)
Daniloski論文とZhu論文を比較すると、Multiplicity of Infection 0.3と0.01のスクリーン結果から得られたトップ36遺伝子の中で、それぞれ、11遺伝子と14遺伝子が一致し、遺伝子カテゴリーのトップランクはほぼ完全に一致しました。しかしながら、使用するCRISPRライブラリー・gRNA、細胞型や宿主細胞などの違いによる異なる結果が得られることも予想されます。
- Zharko Daniloski et al., Identification of Required Host Factors for SARS-CoV-2 Infection in Human Cells. Cell 2021;184(1):92-105.e16.
- Zhu et al., A genome-wide CRISPR screen identifies host factors that regulate SARS-CoV-2 entry, Nature Communications volume 12, Article number: 961 (2021)
