JP6772155B2 - エンテロウイルス71動物モデル - Google Patents

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Description

関連出願に対するクロスリファレンス
[0001]本出願は、2015年2月11日出願の米国仮特許出願第62/114,880号および2015年1月28日出願の米国仮特許出願第62/108,828号に関連し、そしてこれらに優先権を請求する。各出願は、その全体が本明細書に援用される。
配列表の提出
[0002]本出願は、電子形式の配列表とともに提出されている。配列表は、2577243PCTSequenceListing.txtと題され、2015年12月29日に作成され、そしてサイズは32kbである。配列表の電子形式での情報は、その全体が本明細書に援用される。
[0003]本発明は、エンテロウイルス71(EV71)、動物モデルの開発、および候補抗EV71化合物のスクリーニングに関する。
[0004]本発明の背景を明らかにするために本明細書で用いられる刊行物および他の資料、ならびに特に、実施に関するさらなる詳細を提供する実例は、本明細書に援用され、そして便宜上、以下の本文において、著者名および日付によって言及され、そして付随する参考文献一覧において、著者のアルファベット順に列挙される。
[0005]エンテロウイルス71(EV71)は、直径およそ30nmの小型の非エンベロープ型ウイルスである。ウイルス・カプシドは、正二十面体対称を示し、そして60の同一の単位(プロトマー)で構成され、各々は、4つのウイルス構造タンパク質VP1〜VP4からなる。カプシドは、7,450ヌクレオチド(nt)長の一本鎖プラスセンスRNAゲノムのコアを取り巻く。ゲノムは、2193アミノ酸(aa)のポリタンパク質をコードし、そして745ntの長い5’非翻訳領域(UTR)、および3’末端の可変長のポリAトラクトを含む、85ntのより短い3’UTRが隣接する。ポリタンパク質は、3つの領域、すなわちP1、P2およびP3に分割される。P1は、4つのウイルス構造タンパク質1A〜1D(VP4、VP2、VP3およびVP1)をコードし;P2およびP3は、7つの非構造タンパク質2A〜2Cおよび3A〜3Dをコードする[1〜3]。主要カプシドタンパク質(VP1)遺伝子の系統学的分析によって、EV71は6つの遺伝子型(A〜Fと称される)に[66]、そして遺伝子型BおよびCは、さらに、下位遺伝子型B1〜B5およびC1〜C5に細分される[3]。
[0006]EV71は、主に幼児および若年小児における、手足口病(HFMD)、無菌性髄膜炎、脳炎およびポリオ筋症様麻痺を含む、多数の臨床疾患を引き起こす[4、5]。該ウイルスは、1969年、米国カリフォルニア州において、急性脳炎の小児から最初に単離され、そして続いて、1974年にエンテロウイルス属の新規血清型として特徴付けられた[6]。神経学的合併症および死を伴うまたは伴わないHFMDの大流行が、世界の多様な地域で報告された[7〜20]。1997年以来、EV71感染は主要な公衆衛生上の負荷となってきており、そしてアジア太平洋領域において、一定の疫学的な懸念である。非常に神経毒性が高いEV71によるHFMD大流行が、マレーシアにおいて発生して、1997年に48人の死亡を生じ[21、22]、その後、1998年、台湾において、より大きい大流行が続き、この際、HFMDは129,000症例を超え、405例は重度の感染であり、そして神経学的心不全および肺浮腫を伴う、急性脳幹脳脊髄炎のための78の死亡例があった[23〜26]。中華人民共和国において、2008年に、126の死亡例を含む、488,955のHFMD例を記録し、そして2009年には、353の死亡者を含む、1,155,525症例に増加した[28]。2010年、中国は、170万症例を超え、重度神経学的合併症を有する27,000人の患者、および905の死亡例を含む、これまでで最大のHFMD大流行を経験している[29]。
[0007]他のヒト・エンテロウイルスと同様、EV71はヒト以外の動物を感染させることが不可能であるが、アカゲザル(rhesus)およびカニクイザル(cynomolgous monkey)は実験的に感染可能である[30〜32]。これは主に、脱外被して、そしてマウス細胞内に進入するために、EV71がその受容体に効率的に結合することが不可能であるためであり、該受容体は、最近、スカベンジャー受容体クラスBメンバー2(SCARB2)タンパク質と同定されてきている[47]。ヒトおよびネズミSCARB2タンパク質は、わずか84%のアミノ酸配列同一性しか示さず、そしてしたがって有意な構造相違を示し[49、67]、したがって、EV71感染に対する非ヒト細胞の天然耐性の根底にある、ウイルス−受容体不適合性を引き起こす。ウイルスが、細胞表面上のSCARB2受容体に成功裡に結合し、そして脱外被して細胞質内に入ると、ウイルスRNAが翻訳され、多様なウイルス非構造タンパク質の発現が生じる。ウイルスRNAは続いて複製され、カプシド内にパッケージングされ、そして環境内に自由に放出されて、健康な細胞を再感染させる。
[0008]EV71が天然には小型齧歯類に感染不能であるため、適切な小動物モデルが存在せず、その病態形成および該ウイルスに対する特異的な療法の開発の理解が妨げられてきた。EV71感染および疾患のマウスモデルを確立しようとする試みは、大部分、若い哺乳中のマウスにおいて、連続継代することによるウイルス適合を通じてなされてきた[33〜39]。いくつかのモデルは、臨床疾病の症状を再現することが可能であったが、2週齢またはそれより年上の免疫適格マウスにおいて、疾患を引き起こすと報告されているものはない。さらに、ヒトおよび実験サルにおけるEV71感染の疾患および病理の臨床的特徴は、易感染性インターフェロン受容体不全AG129マウスを例外として、マウスにおいて複製することができなかった[35]。より最近、ヒトPSGL−1[68]およびヒトSCARB2[69、70]タンパク質を発現するトランスジェニックマウスが利用可能になってきているが、これらは、EV71感染に対する感受性において、わずかに最低限の改善しか示さない。
[0009]RNAウイルスは、その誤りがちな複製および高い突然変異率[40〜42]のため、擬似種として知られる関連変異体配列の群れとして複製される[43、44]。特定の環境において、最高の適合を示すマスター種、および特定の確率分布を持つ緊密に関連する突然変異体配列コレクションで構成される突然変異スペクトラムで構成される[44、45]。これらは、RNAウイルスにゲノム可塑性を与え、これは、変化する環境に迅速に適合する能力に反映される。
[0010]EV71感染が致死性神経学的疾患を引き起こす機構は完全には理解されておらず、したがって、いくつかの研究グループが、アカゲザルおよびカニクイザル[114〜120]、実験マウス[112、121〜129]、および他の哺乳動物[130〜133]を含む実験動物において、ヒト感染の病理を再現することを試みてきている。不運なことに、これらのモデルはいずれも、ヒト症例で観察される神経学的特徴の全スペクトルを示さず、特に、劇症神経原性肺浮腫(NPE)を伴う急性脳幹脳炎に寄与しうる特徴は示さない[21、22、134〜137]。実際、ヒトにおけるEV71感染の徴候および症状をより正確に複製する実験系においてさえ、根底にある機構は、ヒト患者において疾患を生じるものとは実質的に異なる。今日まで、いかなる単一の動物モデルも、EV71誘導性NPEを決定的に複製はしていない。重要な相違は、EV71がヒト患者においてはCNS組織に限定される[92〜94、111]一方、動物モデルにおいては、ウイルスがまた、骨格筋[33〜36、38、98]および肝臓[119]を含む非神経性組織においても検出されうることである。ヒトEV71受容体タンパク質PSGL−1(P−セレクチン糖タンパク質リガンド−1)およびSCARB2(スカベンジャー受容体クラスB、メンバー2)[68〜70、47、138]を発現するトランスジェニックマウスを生成する努力がなされてきているが、これらのモデルはいずれもNPEを示さず、したがって、ヒト患者のための新規介入を同定するための有用性は限定されている。
[0011]EV71感染動物における感染および疾患進行を研究するための、あるいは抗ウイルス化合物または抗ウイルスワクチンをスクリーニングするために使用可能である、適切な動物モデルは存在しない。これらの目的のための動物モデルを開発することが望ましい。
[0012]本発明は、エンテロウイルス71(EV71)、動物モデルの開発、および候補抗EV71化合物のスクリーニングに関する。より具体的には、本発明は、齧歯類細胞株感染のために適合しているエンテロウイルス71(EV71)株、またはVP1に突然変異を含有するクローニング由来ウイルスが、免疫適格性齧歯類および易感染性齧歯類において、疾患を引き起こすことが可能であるという発見に関する。
[0013]さらに、本発明は、NIH/3T3マウス線維芽細胞を感染させるように適合した修飾株(例えばEV71:TLLmv)にBALB/cマウスを感染させることによる、EV71誘導性神経学的疾患の臨床的真性モデルの開発に関する。このアプローチを用い、修飾EV71を用いて、マウスにおいて、偽感染肺に比較して、肺腫脹および臓器重量増加によって特徴付けられる、神経原性肺浮腫に関連する急性脳脊髄炎を誘導する。肺または心臓組織炎症が存在しないにもかかわらず、肺胞中の限局的出血およびタンパク質性液体、カテコールアミンの高血清レベル、および脳幹、特に延髄における徹底的な組織損傷が観察された。これらのデータは、該モデルが、ヒトEV71誘導性神経原性肺浮腫の徴候および症状を正確に再現することを立証する。
[0014]したがって、1つの側面において、本発明は、本明細書において、修飾エンテロウイルス71とときに称される、齧歯類に感染可能なエンテロウイルス71に感染した齧歯類を含む、動物モデルに関する。1つの態様において、こうしたエンテロウイルス71は、齧歯類細胞株適合性エンテロウイルス71である。別の態様において、こうしたエンテロウイルス71は、VP1中に突然変異を含有するクローン由来ウイルス(CDV)である。いくつかの態様において、VP1中の突然変異は、CDVが齧歯類SCARB2タンパク質を用いて齧歯類細胞を感染させることを可能にする。1つの態様において、齧歯類は免疫適格性齧歯類である。別の態様において、齧歯類は易感染性齧歯類である。モデルとして使用するために適切な動物は、好ましくは哺乳動物、最も好ましくは好適な実験動物、例えばウサギ、ラット、マウス等である。1つの態様において、動物はマウスである。いくつかの態様において、マウスはBALB/cマウスである。別の態様において、齧歯類細胞株はマウス細胞株である。さらなる態様において、マウス細胞株はマウスNIH/3T3細胞株である。別の態様において、マウス細胞株は、マウスNeuro−2a細胞株である。1つの態様において、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71は、EV71:TLLmである。別の態様において、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71は、EV71:TLLmvである。1つの態様において、VP1中に突然変異を含有するクローン由来ウイルスは、CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]である。動物モデルは、ウイルスの全身伝播および動物モデルにおけるヒト疾患スペクトルを研究するために有用である。動物モデルはまた、抗ウイルス薬剤およびワクチンをスクリーニングするために有用である。
[0015]別の側面において、本発明は、ヒトにおいて観察される、EV71誘導性神経学的感染、疾患および病理の全スペクトルを含む動物モデルを準備するための方法を提供する。いくつかの態様において、該方法は、本明細書記載の齧歯類を、本明細書記載の修飾エンテロウイルス71に感染させ、そして最長約4週間、感染齧歯類を飼育する工程を含む。いくつかの態様において、感染させようとする齧歯類の年齢は、約1週〜約4週の間である。他の態様において、感染した齧歯類を約1週間〜約4週間飼育する。いくつかの態様において、齧歯類は、本明細書に記載するようなマウスである。他の態様において、修飾エンテロウイルス71を齧歯類に接種することによって、齧歯類を感染させる。1つの態様において、接種は腹腔内(I.P.)である。別の態様において、接種は筋内(I.M.)である。いくつかの態様において、齧歯類内に接種されるウイルス用量は、約10〜約10の間の中央値細胞培養感染用量(CCID50)である。
[0016]さらなる側面において、本発明は、抗ウイルス薬剤をスクリーニングする方法を提供する。この側面にしたがって、方法は、以下の工程を含む:動物の試験群および動物の対照群を提供し、ここで各群の動物は、本明細書記載の動物モデルの動物である;試験群に抗ウイルス薬剤候補を投与し;試験群および対照群において、疾患進行を監視し;試験群における疾患進行を対照群における疾患進行に比較し;そして対照群に比較して試験群において疾患進行を減少させる抗ウイルス薬剤候補を選択する工程。1つの態様において、抗ウイルス薬剤は、動物におけるスクリーニングの前に、まず、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71に感染した試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる。別の態様において、抗ウイルス薬剤は、動物におけるスクリーニングの前に、まず、VP1中に突然変異を含有するクローン由来ウイルス(CDV)に感染した試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる。
[0017]さらなる側面において、本発明は、有効な抗ウイルスワクチンをスクリーニングする方法を提供する。この側面にしたがって、方法は、以下の工程を含む:動物の試験群および動物の対照群を提供し、ここで各群の動物は、本明細書記載の動物モデルの動物である;試験群に抗ウイルスワクチン候補を投与し;試験群および対照群において、疾患進行を監視し;試験群における疾患進行を対照群における疾患進行に比較し;そして対照群に比較して試験群において疾患進行を減少させる抗ウイルスワクチン候補を選択する工程。1つの態様において、抗ウイルスワクチン候補は、動物におけるスクリーニングの前に、まず、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71に感染した試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる。別の態様において、抗ウイルスワクチン候補は、動物におけるスクリーニングの前に、まず、VP1中に突然変異を含有するクローン由来ウイルス(CDV)に感染した試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる。
[0018]図1A〜1Oは、多様な霊長類細胞株のウイルス感染後に観察される細胞変性効果(CPE)を示す。1MOIのEV71:BS(図1A、1D、1G、1Jおよび1M)、EV71:TLLm(図1B、1E、1H、1Kおよび1N)、またはEV71:TLLmv(図1C、1F、1I、1Lおよび1O)ウイルスのいずれかに感染させた霊長類細胞:RD細胞(図A1〜1C)、HeLa細胞(図1D〜1F)、HEp−2細胞(図1G〜1l)、Vero細胞(図1J〜1L)、およびCOS−7細胞(図1M〜1O)を、細胞変性効果または細胞単層の細胞死に関して48hpiに観察した。画像は、3回の独立の実験における結果の代表である。 [0019]図2A〜2Oは、EV71:BS、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvに感染した細胞株におけるウイルス抗原検出を示す。一晩植え付けた哺乳動物細胞株:HeLa(図2A〜2C)、HEp−2(図2D〜2F)、CHO−K1(図2G−2I)、NRK(図2J〜2L)、およびTCMK(図2M〜2O)を、1MOIのそれぞれのウイルスに感染させた。細胞を48hpiに採取し、テフロンスライド上でコーティングし、そして冷アセトン中で固定した。細胞を汎エンテロウイルス抗体で探査し、そしてFITCコンジュゲート化抗マウスIgGで染色した。画像は、2回の独立の実験の代表である。 [0020]図3A〜3Dは、NIH/3T3およびVero細胞において決定されたEV71:BS、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvの増殖動力学を示す。1MOIのそれぞれのウイルスに感染した多様な哺乳動物細胞由来の上清を、多様な時点で採取し、そして力価決定に供し、そしてReedおよびMuench法を用いて計数した。図3A:Vero細胞において決定したEV71:BSウイルス力価。図3B:NIH/3T3細胞において決定したEV71:TLLmvウイルス力価。図3Cおよび3D:NIH/3T3細胞において決定したEV71:TLLmウイルス力価。増殖性感染を示さない細胞株由来の増殖曲線は示していない。 [0021]図4A〜4Oは、多様な齧歯類細胞株のウイルス感染後に観察される細胞変性効果(CPE)を示す。1MOIのEV71:BS(図4A、4D、4G、4Jおよび4M)、EV71:TLLm(4B、4E、4H、4Kおよび4N)、またはEV71:TLLmv(図4C、4F、4I、4Lおよび4O)ウイルスのいずれかに感染させた齧歯類細胞:NIH/3T3細胞(図A4〜4C)、Neuro−2A細胞(図4D〜4F)、TCMK細胞(図4G〜4I)、CHO−K1細胞(図4J〜4L)、およびNRK細胞(図4M〜4O)を、細胞変性効果または細胞単層の細胞死に関して48hpiに観察した。画像は、3回の独立の実験に由来する結果の代表である。 [0022]図5A〜5Dは、力価比によって決定される、NIH/3T3における、EV71:BS、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvのウイルス適合評価を示す。NIH/3T3およびVero細胞において別個に決定されたウイルス力価を用いて、log[(NIH/3T3細胞における力価)/(Vero細胞における力価)]としてウイルス適合を計算した。図3A〜3Dに示すウイルス力価値から、(図5A)EV71:BS、(図5B)EV71:TLLmvおよび(図5Cおよび5D)EV71:TLLmのウイルス適合を計算した。増殖性感染を示さない細胞株から得たウイルス適合アッセイは示していない。 [0023]図6Aおよび6Bは、EV71:BSウイルスRNAでのNIH/3T3のトランスフェクションが、増殖性感染を誘導することを示す。一晩植え付けたNIH/3T3およびVero細胞に、EV71:BS、EV71:TLLm、およびEV71:TLLmvから抽出したウイルスRNAであらかじめトランスフェクションしたNIH/3T3細胞から採取したウイルス上清を接種した。図6A:倒立光学顕微鏡を用いて24hpiに細胞を画像化して、誘導されたCPEを観察した。図6B:細胞を7dpiに採取し、テフロンスライド上でコーティングし、汎エンテロウイルス抗体で探査し、そして抗マウスFITCコンジュゲート化抗体で染色した。 [0024]図7Aおよび7Bは、30℃のNIH/3T3およびVero細胞におけるEV71:BS、EV71:TLLm、およびEV71:TLLmvのウイルス適合評価を示す。EV71:BS(パネルa、d、g)、EV71:TLLm(パネルb、e、h)、またはEV71:TLLmv(パネルc、f、i)に感染させた、一晩植え付けた(図7A)NIH/3T3および(図7B)Vero細胞を30℃でインキュベーションし、そして位相差光学顕微鏡下で24hpi(パネルa〜c)、48hpi(パネルd〜f)、および72hpi(パネルg〜i)に観察した。撮った画像は、2回の独立の実験を代表する。 [0025]図8Aおよび8Bは、37℃のNIH/3T3およびVero細胞におけるEV71:BS、EV71:TLLm、およびEV71:TLLmvのウイルス適合評価を示す。EV71:BS(パネルa、d、g)、EV71:TLLm(パネルb、e、h)、またはEV71:TLLmv(パネルc、f、i)に感染させた、一晩植え付けた(図8A)NIH/3T3および(図8B)Vero細胞を37℃でインキュベーションし、そして位相差光学顕微鏡下で24hpi(パネルa〜c)、48hpi(パネルd〜f)、および72hpi(パネルg〜i)に観察した。撮った画像は、2回の独立の実験を代表する。 [0026]図9Aおよび9Bは、39℃のNIH/3T3およびVero細胞におけるEV71:BS、EV71:TLLm、およびEV71:TLLmvのウイルス適合評価を示す。EV71:BS(パネルa、d、g)、EV71:TLLm(パネルb、e、h)、またはEV71:TLLmv(パネルc、f、i)に感染させた、一晩植え付けた(図9A)NIH/3T3および(図9B)Vero細胞を39℃でインキュベーションし、そして位相差光学顕微鏡下で24hpi(パネルa〜c)、48hpi(パネルd〜f)、および72hpi(パネルg〜i)に観察した。撮った画像は、2回の独立の実験を代表する。 [0027]図10A〜10Lは、ウイルス複製の証拠に関してネズミ細胞株NIH/3T3、Neuro−2A、およびTCMKのEV71:BSウイルスRNAでのトランスフェクションを示す。一晩植え付けたNIH/3T3、Neuro−2A、およびTCMK細胞を、1000CCID50のEV71:BSウイルス(図10A、10C、および10E)に感染させるか、または等量のウイルスRNAでトランスフェクションし(図10B、10D、および10F)、そしてウイルス抗原検出のため、48hpiに採取した。上清中のウイルスを、7dpiに採取し、そして新鮮なVero(図10G、10I、および10K)およびNIH/3T3細胞(図10H、10J、および10L)上で継代した。細胞を48hpiに採取し、そしてウイルス抗原に関して染色した。 [0028]図11A〜11Dは、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvのゲノムにおける適合突然変異のVP1およびVP2における位置を示す。DeepView/SwissPDBviewer v3.7およびEV71カプシドP1領域の3D構造(PDB ID 4AED)を用いて、EV71:TLLm(図11Aおよび11C)およびEV71:TLLmv(図11Bおよび11D)のVP1(図11Aおよび11B)およびVP2(図11Cおよび11D)領域で観察される適合突然変異をモデル化した。突然変異は、示すタンパク質の表面曝露ループに最も局在することが観察された。 [0029]図12は、EV71:BSウイルスRNAでトランスフェクションされたかまたは生存ウイルスに感染したかいずれかの細胞から採取されたウイルス上清のVero細胞における力価に比較したNIH/3T3細胞における力価比を示す。ウイルスRNAでトランスフェクションされたかまたは生ウイルスに感染したかいずれかのNIH/3T3、Neuro−2A、Vero、およびTCMK由来の上清を採取し、そしてReedおよびMuench法によってウイルス計数に供した。Vero細胞において決定された力価に比較した、NIH/3T3細胞において決定されたlog(力価)の比を示す。3T3−TRANS:RNAトランスフェクションNIH/3T3細胞;3T3−INF:ウイルス感染NIH/3T3細胞。アステリスクは、p値<0.05のスチューデントのt検定を示す。 [0030]図13Aおよび13Bは、感染動物の生存分析を示す。感染動物を毎日観察し、そして体重測定した。図13A:多様な感染後の日数での死亡数を示す、感染動物のKaplan−Meierプロット。図13B:体重変化をプロットして、動物の全身の健康状態を決定した。 [0031]図14A〜14Dは、感染動物の症状および病理を示す。感染動物の大部分は、疾患の症状を示した。図14A:後肢の麻痺(矢印)。図14B:壊死後の膨張した肺の肉眼的解剖所見(矢印)。組織切片をまた、ヘマトキシリンおよびエオジン染色で染色した(10xの図14Cおよび20xの図14D)。黒い矢印は、肺胞空間に浸潤する粘液性物質を指す。 [0032]図15A〜15Eは、霊長類および齧歯類細胞両方へのウイルスゲノムRNAのトランスフェクションが生存ウイルスを生じることを示す。図15A:EV71:BS、EV71:TLLm、またはEV71:TLLmvのいずれかから抽出されたゲノムRNAを、個々に、Vero、NIH/3T3、およびNeuro−2a細胞にトランスフェクションした(P0)。トランスフェクション上清を採取し、そしてVeroまたはNIH/3T3細胞上に接種して(P1)、ウイルス子孫の生存度に関して評価した。P0細胞の感染を細胞変性効果(CPE)の観察(図15B)およびウイルス抗原の免疫蛍光検出(図15C)によって評価した。同様に、EV71:BS RNAトランスフェクション細胞由来のP1細胞の感染を、CPE誘導(図15D)および発現されたウイルス抗原の免疫蛍光検出(図15E)によって評価した。 [0033]図16A〜16Fは、マウス細胞適合EV71:TLLmのカプシドコード領域が、EV71:BSでのマウス細胞の増殖性感染を駆動することを示す。図16A:EV71:BSの全ゲノムの感染性cDNAクローンを生成し、そしてP1領域をEV71:TLLmカプシド由来の配列で置換して、キメラウイルス、EV71:BS[M−P1]を生成した。図16B:細胞をEV71:BSまたはEV71:BS[M−P1]のいずれか由来のクローン由来ウイルス(CDV)に感染させ、そして溶解性細胞変性効果(CPE)(図16C)およびウイルス抗原発現(図16D)の誘導によって、感染を評価した。上清を新鮮な細胞上に再接種し、そして感染Veroから得た継代(P1およびP2)から(図16E)、ならびにNIH/3T3(3T3)およびNeuro−2A(N2a)細胞の継代P1から(図16F)、ウイルス力価を測定した。エラーバーはSDを示す。p<0.05。 [0034]図17A〜17Gは、カプシドにおけるVP1−L169Fアミノ酸置換が、ネズミ細胞内へのEV71:BS進入を可能にするために十分であることを示す。図17A:VP1におけるアミノ酸置換:K98E、E145A、およびL169F;ならびにVP2におけるアミノ酸置換:S144TおよびK149Iを、全長EV71:BSゲノム内に取り込むことによって、多様な突然変異体cDNAクローンを生成した。アミノ酸置換に対応する突然変異を括弧内に記載する。溶解性細胞変性効果(CPE)の誘導(図17Bおよび17C)およびウイルス抗原の発現(図17Dおよび17E)を評価することによって、クローン由来ウイルス(CDV)での多様な細胞株の感染を監視した。感染Vero細胞(図17F)およびNIH/3T3およびNeuro−2a細胞(図17G)由来のウイルス力価を決定して、生存ウイルス子孫の生成を評価した。エラーバーはSDを示す。 [0035]図18A〜18Eは、カプシドにおける組み合わせたVP1アミノ酸置換を含むEV71:BSウイルスが、マウス細胞感染の改善を示すことを示す。図18A:全長EV71:BSゲノム内に、VP1およびVP2において、アミノ酸置換の組み合わせを取り込むことによって、多様な突然変異体cDNAクローンを生成した。アミノ酸置換に対応する突然変異を括弧内に記載する。細胞変性効果(図18B)、ウイルス抗原発現(図18C)、ならびに感染Vero(図18D)、およびNIH/3T3(3T3)およびNeuro−2a(N2A)細胞(図18E)から得られるウイルス収量を評価することによって、クローン由来ウイルス(CDV)での多様な細胞株の感染を監視した。ウイルスを生じない他のクローンは示さない。エラーバーはSDを示す。 [0036]図19A〜19Cは、カプシドにおける組み合わせたVP1−K98E、E145A、L169Fアミノ酸置換を含むEV71:BSウイルスが、マウス神経細胞株Neuro−2aにおいて安定に継代可能であることを示す。クローン由来ウイルスをNeuro−2aおよびNIH/3T3細胞において2回継代した。各継代時、ウイルス抗原発現(図19A)およびVero細胞において測定されるウイルス力価(図19B)の評価によって、感染を監視した(図19B)。エラーバーはSDを示す。p<0.05;**p<0.005;***p<0.0005。図19C:代表的なCDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]のゲノム配列を決定して、アミノ酸置換K98E(A2734G)、E145A(A2876C)、およびL169F(C2947T)の証拠を評価した。突然変異部位をアステリスクでマークする。 [0037]図20A〜20Fは、EV71:TLLmvがSCARB2を利用して、霊長類およびネズミ細胞両方を感染させることを示す。テフロンスライド上に固定されたNIH/3T3細胞(図20A)およびVero細胞(図20B)の、ネズミSCARB2(mSCARB2)抗血清とのプレインキュベーションは、蛍光シグナル減少によって決定されるように、EV71:TLLmv結合を阻害する。Imaris画像化ソフトウェアを用いて、膜上の蛍光強度を測定した(n=100)。NSP(非特異的ウサギ血清)。NIH/3T3細胞上に接種する前に、mSCARB2(図20C)またはヒトSCARB2(hSCARB2)(図20D)のいずれかのEV71:TLLmvを組換え可溶性タンパク質とプレインキュベーションすると、免疫蛍光アッセイによって評価されるように、ウイルス感染重症度が減少する。EV71:TLLmvでの感染前に、hSCARB2(図20E)またはmSCARB2(図20F)のいずれかと、生細胞NIH/3T3細胞をプレインキュベーションすると、培養上清中のウイルス力価が減少する。p<0.05;**p<0.005;***p<0.0005。 [0038]図21A〜21Dは、ネズミSCARB2ウサギ抗血清とNeuro−2A細胞をインキュベーションすると、CDV突然変異体での感染の重症度が減少したことを示す。CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F](図21Aおよび21B)またはCDV:BS[M−P1](図21Cおよび21D)での感染の前に、ウサギmSCARB2抗血清とプレインキュベーションした細胞における感染重症度を、細胞変性効果(CPE)の誘導(図21Aおよび21C)および感染7日後のウイルス収量(図21Bおよび21D)を評価することによって監視した。エラーバーはSDを示す;p<0.05;**p<0.005。CPEの度合い:1(0〜25%の細胞死)、2(25〜50%)、3(50〜75%)、4(75〜100%)。 [0039]図22a〜22cは、1週齢BALB/cマウスにおける重症疾患の誘導によって立証されるように、3つの修飾ウイルス株のうち、EV71:TLLmvが最も悪性であることを示す。図22a:観察期間の終了時に評価した際に、EV71:BS(n=6)、EV71:TLLm(n=5)またはEV71:TLLmv(n=7)のいずれかに感染させたマウス(腹腔内;I.P.)から収集した血清における中和抗体力価。図22bおよび22c:I.P.経路(図22b)または筋内(I.M.)経路(図22c)のいずれかを通じて、EV71:BS、EV71:TLLm、またはEV71:TLLmvの10 CCID50(中央値細胞培養感染性用量)を接種したマウスのKaplan−Meier生存曲線。等しくない変動に関するWelch補正を含むt検定(図22a)、またはMantel−Coxログランク検定(図22bおよび22c)を用いて統計的有意性を決定した。p<0.05;**p<0.005;***p<0.0005。 [0040]図23a〜23hは、マウスにおけるEV71:TLLmv感染が、ヒト疾患スペクトルに似た急性重症疾患によって特徴付けられることを示す。図23aおよび23b:1週齢マウスにおけるEV71:TLLmv感染の用量依存性致死性。図23a:多様な用量のEV71:TLLmvをI.P.注射された6日齢仔のKaplan−Meier生存曲線。図23b:中央値人道的終点(HD50)は、3.98x10 CCID50のウイルス用量に等価であった。図23c:I.P.またはI.M.経路を通じて、EV71:TLLmvを接種された1週齢マウスのKaplan−Meier生存曲線。図23d:10 CCID50のウイルス用量を接種されたマウスにおける、EV71:TLLmv感染によって誘導される年齢および経路依存性致死性。図23eおよび23f:末期症状のマウスで観察される臨床的徴候、このうち何匹かは、後肢(灰色の矢印)および/または前肢の麻痺を示した。他のものはまた、胴体に小さい無毛の病変を示した(黒い矢印)。図23gおよび23h:I.P.経路(図23g)またはI.M.経路(図23h)を通じてEV71:TLLmvを接種した1週齢マウスの疾患分類。 [0041]図24a〜24eは、BALB/cマウスにおけるEV71:TLLmv感染の重症度が、宿主の年齢、ウイルス用量、および投与経路に依存することを示す。図24aおよび24b:8〜10匹のマウスの群に、I.P.経路(図24a)またはI.M.経路(図24b)によって、ウイルスの10 CCID50を接種し、そして異なる年齢群の動物に関して、Kaplan−Meier生存曲線を決定した。図24cおよび24d:I.P.経路(図24c)またはI.M.経路(図24d)のいずれかを通じて接種された、多様な年齢のマウスから、観察期間終了時に収集された血清中の中和抗体力価;1週(I.P. n=7;I.M. n=4)、2週(n=5、n=7)、3週(n=4;n=8)、および4週(n=4;n=6)。図24e:多様な用量のEV71:TLLmv;CCID50 102(n=5)、103(n=4)、104(n=4)、105(n=5)、または106(n=7)を接種された(I.P.)マウスから収集した血清中の中和抗体力価。Mantel−Coxログランク検定(図24aおよび24b)または不等分散に関するウェルチ補正を伴うt検定(図24c、24dおよび24e)によって、統計的有意性を決定した。p<0.05;**p<0.005;***p<0.0005。 [0042]図25a〜25kは、クラスIAマウスにおけるEV71誘導性神経原性肺浮腫(NPE)の徴候を示す。図25a〜25d:偽感染マウス(図25a)、あるいは疾患クラスIA(図25b)、クラスIB(図25c)、またはクラスII(図25d)の徴候を示すEV71:TLLmv感染マウスから得た肺の代表的な肉眼的病理。画像は、上面図および側面図を示す。図25bに現れる肺の不完全な圧潰に注目されたい(白い矢印)。図25e:偽感染マウス(n=4)、あるいは疾患クラスIA(n=8)、クラスIB(n=9)、またはクラスII(n=4)の徴候を示すEV71:TLLmv感染マウスから採取した肺の湿重量比較(図25f〜25i:ヘマトキシリン&エオジン(H&E)で染色した肺組織切片(5μm)の代表的な画像。示すのは、偽感染マウス(図25f)、あるいは疾患クラスIA(図25g)、クラスIB(図25h)、またはクラスII(図25i)の徴候を示すEV71:TLLmv感染マウスから得た肺の低倍率および高倍率画像である。肺胞空間中のピンクのタンパク質性液体の存在に注目されたい(図25g、高倍率のアステリスク)。このうちいくつかはまた、赤血球に満たされている(図25g、高倍率の灰色の矢印))。図25jおよび25k:偽感染マウス(n=9)、あるいは疾患クラスIA(n=8)、クラスIB(n=9)、またはクラスII(n=3)の徴候を示すEV71:TLLmv感染マウスにおいて決定した際の、アドレナリン/エピネフリン(図25j)およびノルアドレナリン/ノルエピネフリン(図25k)の血清レベル。エラーバーはSEMを示す。Mann−Whitney検定(図25e)または不等分散に関するウェルチ補正を伴うt検定(図25jおよび25k)によって、統計的有意性を決定した。p<0.05;**p<0.005。 [0043]図26aおよび26bは、クラスIAマウスの肺および心臓組織におけるウイルス複製または炎症の欠如を示す。図26a:EV71:TLLmvに感染したマウスの多様な群に由来し、そして組織病理検査のため、ヘマトキシリン&エオジンで染色する(H&E)か、またはウイルス抗原位置決定のため、EV71抗原に対するウサギ血清で標識した(EV71 IHC)、肺組織切片(5μm)の代表的な画像。図26b:H&EおよびEV71 IHCのためにプロセシングされた心臓組織切片(5μm)の代表的な画像。 [0044]図27a〜27dは、クラスIAおよびクラスIBマウス脳の異なる領域におけるEV71抗原およびウイルス誘導性病変の局在および分布を示す代表的なマップを示す。小脳皮質(CTX)(図27a、27bおよび27c);視床下部(HY)(図27aおよび27b);海馬(HP)(図27bおよび27c);視床(TH)(図27b);中脳(MB)および脳橋(P)(図27c);ならびに小脳(CBX)および延髄(MY)(図27d)を示す。ウイルス抗原および病変が検出される領域を検出し、そして適宜示す。より大きいドットは、より強いシグナル/病変サイズを示す。テンプレート画像は、brainstars.org1からダウンロードされ、そしてクリエイティブ・コモンズ・ジャパンのもとでライセンシングされた。脳組織冠状断面マップは、インタラクティブ・マウス脳アトラス(http://mouse.brain−map/org/static/atlas)から得られた[113]。 [0045]図28a〜28nは、マウスにおけるEV71:TLLmv感染が、神経組織破壊および大規模なウイルス複製に関連することを示す。図28a〜28l:ヘマトキシリンおよびエオジンで染色した(H&E)か、またはEV71抗原に対するウサギ血清で免疫染色した(EV71 IHC)脳組織切片(5μm)の代表的画像。疾患クラスIA(左パネル)またはクラスIB(右パネル)の徴候を示すマウスから切片を得た。脳中の病変には、浮腫(点線の囲み)、浸潤細胞(図28kの左パネルの上部左象限の対角線領域および下部右象限の対角線領域)、神経貪食(図28a〜28cの左パネル中)、神経変性(黒いアステリスク)、およびプルキニエ細胞の変性(灰色のアステリスク)。図28mおよび28n:疾患クラスIA(図28m)またはクラスIB(図28n)中のマウス由来の脊髄冠状断面の代表的なマップ。ウイルス抗原および病変が検出された領域を強調する。より大きいドットサイズは、より大規模なシグナル/病変を示す。V、背側;D、腹側。 [0046]図29a〜29cは、クラスIAマウスの後脳の他の領域におけるEV71抗原およびウイルス誘導性病変を示す。図29a:組織病理学的検査のため、ヘマトキシリンおよびエオジン(H&E)、またはウイルス抗原位置決定のため、EV71抗原に対するウサギ血清(EV71 IHC)のいずれかで染色した、歯状核の代表的な画像。囲んだ領域を挿入図で拡大して示す。図29b:クラスIマウス由来の尾側脳幹の代表的な画像。画像は、小脳皮質(CBX)および延髄(MY)を示す。最後野(AP:アステリスク)および孤束核(NTS;点線の円)もまた参考のため示す。ウイルス抗原および病変が検出される領域を示す。より大きいドットは、より強いシグナル/病変サイズを示す。テンプレート画像は、brainstars.org1からダウンロードされ、そしてクリエイティブ・コモンズ・ジャパンのもとでライセンシングされた。脳組織冠状断面マップは、マウス脳アトラス(http://mouse.brain−map/org/static/atlas)から得られた[113]。図29c:APおよびNTSにおけるH&EおよびEV71 IHC染色パターンを示す、クラスIAマウス由来の髄質の代表的画像。 [0047]図30a〜30fは、偽感染マウス(健康な対照)由来の神経組織の組織学的切片を示す。組織病理学的検査のため、ヘマトキシリンおよびエオジン(H&E)、またはウイルス抗原位置決定のため、EV71抗原に対するウサギ血清(EV71 IHC)のいずれかで染色した、正常マウス組織切片(5μm)の代表的な画像。脳切片は、海馬におけるCA3錐体ニューロン(図30a);視床下部(図30b)および視床(図30c)における網状ニューロン;中脳水道周囲灰白質におけるニューロン(図30d);小脳皮質におけるプルキニエ細胞層(図30e)を示す。正常プルキニエ細胞形態(図30eの左パネルにおける黒いアステリスク);および延髄における網状ニューロン(図30f)に注目されたい。 [0048]図31a〜31eは、他の神経組織におけるEV71:TLLmv誘導性病理およびウイルス抗原分布を示す。組織病理検査のため、ヘマトキシリン&エオジン(H&E)、または免疫組織化学分析のため、EV71抗原に対するウサギ血清(EV71 IHC)いずれかで染色した、マウス組織切片(5μm)の代表的画像。EV71:TLLmv感染または偽感染マウスから脳切片を得た。脳冠状断面は、運動皮質錐体ニューロン(図31a);脳橋灰白ニューロン(図31b);ならびに頸部(図31c)、胸部(図31d)、および腰部柱(図31e)の脊髄冠状断面を示す。運動皮質に見られる細胞浸潤物(図31aの左パネルの下部右象限)および神経壊死(図31の第二のパネルの黒いアステリスク)に注目されたい。図31c〜31eの囲み領域をそれぞれの挿入図で拡大して示す。
[0049]本発明は、エンテロウイルス71(EV71)、動物モデルの開発、および候補抗EV71化合物のスクリーニングに関する。より具体的には、本発明は、齧歯類細胞株を感染させるように適合しているエンテロウイルス71(EV71)株またはVP1中に突然変異を含有するクローン化由来ウイルスが、免疫適格齧歯類および易感染性齧歯類において、疾患を引き起こすことが可能であるという発見に関する。これらのEV71株は、本明細書において、ときに、修飾エンテロウイルス71と称される。
[0050]さらに、本発明は、NIH/3T3マウス線維芽細胞を感染させるように適合した修飾株(例えばEV71:TLLmv)でBALB/cマウスを感染させることによる、EV71誘導性神経学的疾患の臨床的真性モデルの開発に関する。このアプローチを用い、修飾EV71を用いて、マウスにおいて、偽感染肺に比較して、肺腫脹および臓器重量増加によって特徴付けられる、神経原性肺浮腫に関連する急性脳脊髄炎を誘導する。肺または心臓組織炎症が存在しないにもかかわらず、肺胞中の限局的出血およびタンパク質性液体、カテコールアミンの高血清レベル、および脳幹、特に延髄における徹底的な組織損傷が観察された。これらのデータは、該モデルが、ヒトEV71誘導性神経原性肺浮腫の徴候および症状を正確に再現することを立証する。
[0051]したがって、1つの側面において、本発明は、本明細書において、修飾エンテロウイルス71とときに称される、齧歯類に感染可能なエンテロウイルス71に感染した齧歯類を含む、動物モデルに関する。1つの態様において、こうした修飾エンテロウイルス71は、齧歯類細胞株適合性エンテロウイルス71である。別の態様において、こうした修飾エンテロウイルス71は、VP1中に突然変異を含有するクローン由来ウイルス(CDV)である。いくつかの態様において、VP1中の突然変異は、齧歯類SCARB2タンパク質を用いてCDVが齧歯類細胞を感染させることを可能にする。1つの態様において、齧歯類は免疫適格性齧歯類である。別の態様において、齧歯類は易感染性齧歯類である。モデルとして使用するために適切な動物は、好ましくは哺乳動物、最も好ましくは好適な実験動物、例えばウサギ、ラット、マウス等である。1つの態様において、動物はマウスである。別の態様において、齧歯類細胞株はマウス細胞株である。さらなる態様において、マウス細胞株はマウスNIH/3T3細胞株である。別の態様において、マウス細胞株はマウスNeuro−2a細胞株である。1つの態様において、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71は、EV71:TLLmである。別の態様において、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71は、EV71:TLLmvである。1つの態様において、VP1中に突然変異を含有するクローン由来ウイルスは、CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]である。動物モデルは、ウイルスの全身伝播および動物モデルにおけるヒト疾患スペクトルを研究するために有用である。動物モデルはまた、抗ウイルス薬剤およびワクチンをスクリーニングするために有用である。
[0052]動物モデルを必要に応じて準備する。齧歯類細胞株適合EV71株の大きな標準化ストックを調製し、力価決定し、そしてディープフリーザー(マイナス80℃)中に維持する。「標準化」(統計計算に基づく)されたいくつかの齧歯類、例えばBALB/cマウスまたはNSGマウスを、標準化された力価のウイルス株に感染させて、動物モデルを産生する。本発明の動物モデルは、感染に際して(ヒトにおいて発展しうるものと類似の)神経学的症状を発展させる。本明細書に示すように、修飾エンテロウイルス71、例えば齧歯類細胞株適合EV71ウイルス株は、脳、およびマウスにおいて現れる多様な神経学的疾患に影響を及ぼす。
[0053]いくつかの態様において、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71は、EV71:TLLmである。EV71:TLLmは、最小限60周期に関して、NIH/3T3マウス細胞株において、ヒトEV71 BS株を連続継代した後に得られた。1つの態様において、EV71:TLLmは、武漢大学、武漢430072、中華人民共和国に位置するタイプカルチャーコレクション中国センターに、ブダペスト条約の条件に基づいて、2015年1月12日に寄託され、そして寄託番号CCTCC V201437を割り当てられた。別の態様において、ウイルスRNA配列(GenBank寄託番号KF514879;配列番号1)を用いて、ウイルスRNAを合成した場合、EV71:TLLmは、高度逆遺伝学を用いて回収可能である。高度逆遺伝学の技術は、当該技術分野に周知である[84〜87]。
[0054]別の態様において、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71は、EV71:TLLmvである。EV71:TLLmvは、さらに40周期、NIH/3T3マウス細胞株において、EV71:TLLmをさらに継代することから得られた。1つの態様において、EV71:TLLmvは、武漢大学、武漢430072、中華人民共和国に位置するタイプカルチャーコレクション中国センターに、ブダペスト条約の条件に基づいて、2015年1月12日に寄託され、そして寄託番号CCTCC V201438を割り当てられた。別の態様において、ウイルスRNA配列(GenBank寄託番号KF514880;配列番号2)を用いて、ウイルスRNAを合成した場合、EV71:TLLmvは、高度逆遺伝学を用いて回収可能である。高度逆遺伝学の技術は、当該技術分野に周知である。
[0055]さらなる態様において、修飾エンテロウイルス71は、修飾エンテロウイルス71が齧歯類細胞を感染させるために齧歯類SCARB2タンパク質を使用することを可能にする、カプシドタンパク質VP1中に突然変異を有する、クローン由来ウイルス(CDV)である。VP1中に突然変異を有する修飾エンテロウイルス71は、当業者に知られる技術を用いて、または本明細書に記載するように、全長ゲノムcDNAクローンを調製することによって作製される。VP1またはエンテロウイルス71の他のタンパク質における突然変異は、部位特異的突然変異誘発またはCRISPR技術を用いて作製される(例えば、PCT公報第WO2014/127287号を参照されたい)。生ウイルス(クローン由来ウイルス(CDV))は、当業者に知られる技術を用いて、または本明細書に記載するように、cDNAクローンから調製される。異なる突然変異または突然変異のコレクションを有するCDVを、次いで、齧歯類細胞を感染させる能力に関して試験する。あるいは、異なる突然変異または突然変異のコレクションを有するCDVを、次いで、最初のスクリーニングとして、齧歯類SCARB2タンパク質に結合する能力に関して試験する。任意の適切なエンテロウイルス71株を用いて、VP1に突然変異を有するCDVを開発することも可能である。突然変異の数および特定の突然変異は、ターゲット齧歯類細胞において、本格的な感染を生じるために十分なCDVを産生するため、各株に関して多様でありうる。したがって、いくつかの、多くのまたはすべての齧歯類、例えばマウス細胞株を感染させうる、多数の齧歯類病原性EV71株を産生可能である。1つの態様において、VP1中に突然変異を有するCDVを産生するために用いるEV71株は、エンテロウイルス71 BS株である。1つの態様において、修飾エンテロウイルス71は、CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]である。
[0056]別の側面において、本発明は、ヒトにおいて観察される、E71誘導性神経学的感染、疾患および病理の全スペクトルを含む動物モデルを準備するための方法を提供する。いくつかの態様において、該方法は、本明細書記載の齧歯類を、本明細書記載の修飾エンテロウイルス71に感染させ、そして最長約4週間、感染齧歯類を飼育する工程を含む。1つの態様において、修飾エンテロウイルス71はEV71:TLLmvである。別の態様において、修飾エンテロウイルス71はEV71:TLLmである。さらなる態様において、修飾エンテロウイルス71は、CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]である。いくつかの態様において、感染させようとする齧歯類の年齢は、約1週〜約4週の間である。他の態様において、感染させようとする齧歯類の年齢は、約1週〜約3週の間である。他の態様において、感染させようとする齧歯類の年齢は、約1週〜約2週の間である。1つの態様において、感染させようとする齧歯類の年齢は、約1週である。別の態様において、感染させようとする齧歯類の年齢は、約2週である。さらなる態様において、感染させようとする齧歯類の年齢は、約3週である。いくつかの態様において、感染齧歯類を約1週〜約4週飼育する。他の態様において、感染齧歯類を約1週〜約3週飼育する。他の態様において、感染齧歯類を約1週〜約2週飼育する。1つの態様において、感染齧歯類を約1週間飼育する。別の態様において、感染齧歯類を約2週間飼育する。さらなる態様において、感染齧歯類を約3週間飼育する。さらなる態様において、感染齧歯類を約4週間飼育する。いくつかの態様において、齧歯類は免疫適格性齧歯類である。いくつかの態様において、齧歯類は、本明細書に記載するようなマウスである。1つの態様において、免疫適格性マウスはBalb/cマウスである。いくつかの態様において、齧歯類は易感染性齧歯類である。いくつかの態様において、齧歯類は、本明細書に記載するようなマウスである。1つの態様において、易感染性マウスはNSGマウスである。他の態様において、齧歯類は、修飾エンテロウイルス71を齧歯類に接種することによって感染する。1つの態様において、接種は腹腔内(I.P.)である。別の態様において、接種は筋内(I.M.)である。いくつかの態様において、齧歯類に接種するウイルス用量は、約10〜約10の間の中央値細胞培養感染用量(CCID50)である。他の態様において、齧歯類に接種するウイルス用量は、約10〜約10の間のCCID50である。1つの態様において、齧歯類に接種するウイルス用量は、約4x10〜約10の間のCCID50である。別の態様において、齧歯類に接種するウイルス用量は、約10〜約10の間のCCID50である。さらなる態様において、齧歯類に接種するウイルス用量は、約10〜約10の間のCCID50である。1つの態様において、齧歯類に接種するウイルス用量は、約10のCCID50である。
[0057]この方式で準備される動物モデルは、表面的妥当性を示し、すなわちこれらの動物は、NPEを含む、ヒト患者においてEV71感染によって誘導される神経学的疾患の全スペクトルに渡って観察可能な臨床的徴候の全範囲を示す、EV71神経感染の真性マウスモデルである。この動物モデルはまた、疾患の肉眼的および組織病理学的特徴に関して、構成概念妥当性も示し、こうした特徴は、致死性ヒト症例で報告されるものによく似ている。この新規in vivoモデルは、EV71神経病態形成における重要な事象を同定し、EV71誘導性NPEの機構を解剖し、新規治療様式および潜在的な抗ウイルス療法を開発し、そして新規ワクチンの前臨床評価を行うための強力なツールに相当する。
[0058]さらなる側面において、本発明は、抗ウイルス薬剤をスクリーニングする方法を提供する。この側面にしたがって、方法は、以下の工程を含む:動物の試験群および動物の対照群を提供し、ここで各群の動物は、本明細書記載の動物モデルの動物である;試験群に抗ウイルス薬剤候補を投与し;試験群および対照群において、疾患進行を監視し;試験群における疾患進行を対照群における疾患進行に比較し;そして対照群に比較して試験群において疾患進行を減少させる抗ウイルス薬剤候補を選択する工程。1つの態様において、抗ウイルス薬剤は、動物におけるスクリーニングの前に、まず、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71に感染した試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる。別の態様において、抗ウイルス薬剤は、動物におけるスクリーニングの前に、まず、VP1中に突然変異を含有するクローン由来ウイルス(CDV)に感染した試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる。
[0059]さらなる側面において、本発明は、有効な抗ウイルスワクチンをスクリーニングする方法を提供する。この側面にしたがって、方法は、以下の工程を含む:動物の試験群および動物の対照群を提供し、ここで各群の動物は、本明細書記載の動物モデルの動物である;試験群に抗ウイルスワクチン候補を投与し;試験群および対照群において、疾患進行を監視し;試験群における疾患進行を対照群における疾患進行に比較し;そして対照群に比較して試験群において疾患進行を減少させる抗ウイルスワクチン候補を選択する工程。1つの態様において、抗ウイルスワクチン候補は、動物におけるスクリーニングの前に、まず、齧歯類細胞株適合エンテロウイルス71に感染した試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる。別の態様において、抗ウイルスワクチン候補は、動物におけるスクリーニングの前に、まず、VP1中に突然変異を含有するクローン由来ウイルス(CDV)に感染した試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる。
[0060]本発明の方法にしたがって、齧歯類細胞株適合EV71株の大きな標準化ストックを調製し、力価決定し、そしてディープフリーザー(マイナス80℃)中に維持する。あるいは、VP1株中に突然変異を含有するクローン由来ウイルス(CDV)の大きな標準化ストックを調製し、力価決定し、そしてディープフリーザー(マイナス80℃)中に維持する。「標準化」(統計計算に基づく)されたいくつかの動物、例えばBalb/cマウスまたはNSGマウスを、標準化された力価のウイルス株に感染させる。候補抗ウイルス薬剤または抗ウイルスワクチンを、感染齧歯類に、疾病の出現前に(予防的効果のアッセイのため)または疾患開始時(薬剤の療法効果のアッセイのため)、多様な標準化投薬量で投与する。1つの態様において、実施例に記載するものを含めて、本明細書に記載するものなどの、齧歯類細胞株適合EV71ウイルス株による細胞溶解性感染に感受性である組織培養細胞株を用いて、抗EV71化合物のハイスループットin vitroスクリーニングを行う。別の態様において、実施例を含めて、本明細書に記載するものなどの、VP1株中に突然変異を含有するクローン由来ウイルス(CDV)による細胞溶解性感染に感受性である組織培養細胞株を用いて、抗EV71化合物のハイスループットin vitroスクリーニングを行う。当該技術分野に周知の技術を用いて、in vitroスクリーニングを行う。in vitroスクリーニングから選択した有望な化合物を、次いで、本明細書記載の動物モデルにおいて、in vivoでスクリーニングする。
[0061]実施例2〜8に示すように、ヒトEV71単離体(EV71:BS)の連続継代は、in vitro培養齧歯類細胞株を感染させる能力を得たウイルス株を生成した。NIH/スイスマウス胚から得られたマウス接着性線維芽細胞株NIH/3T3[46]を用いて、ヒトEV71株を齧歯類細胞に感染するように適合させた。2つのこうしたNIH/3T3適合株は、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvと記載され、ここで、EV71:TLLmは、適合プロセスの初期段階(継代数60)に相当し、そしてEV71:TLLmvは、後期(継代数100)に相当する。ウイルス誘導性CPEの外見、高力価値の測定、および免疫染色を通じたウイルス抗原の陽性検出に基づいて、本発明者らは、細胞におけるウイルス誘導性感染を、増殖性または非増殖性のいずれかに分類した。増殖性感染は、CPEの観察に関わらず、陽性ウイルス抗原検出、ならびに高ウイルス力価を示す。一方、非増殖性感染は、ウイルス抗原検出および/またはCPEの観察にも関わらず、カットオフアッセイ限界での測定不能なウイルス力価によって特徴付けられる。
[0062]臨床単離体EV71:BSは、霊長類細胞株のみに感染するが、EV71:TLLmは、霊長類および齧歯類細胞株の両方に増殖性に感染する。EV71:TLLmウイルスは、齧歯類細胞を感染させる能力を成功裡に達成したが、NIH/3T3細胞への適合度合いはより顕著でないことに注目することが重要である。Vero細胞を用いて決定したウイルス力価は、相対複製率(RRR)アッセイ(図5Cおよび5D)における負の値によって示されるように、NIH/3T3細胞において決定されたものよりもはるかにより高い。さらに、EV71:TLLmは、Vero細胞を成功裡に感染させ、多様なインキュベーション温度で完全CPEを導く一方、感染NIH/3T3においては、37℃でのみ完全CPEを達成可能である(表1)。EV71:TLLmvウイルスを生じる、マウス細胞におけるさらなる適合は、マウス細胞により高い度合いの適合を示す(図5B)が、これと引き替えに、許容性宿主細胞スペクトルが狭まったウイルス株を生じた。EV71:TLLmvは、マウス細胞ほど効率的には霊長類細胞株を感染させないが、感染成功を示し、より広い範囲の温度でインキュベーションしたNIH/3T3細胞の完全CPEを導く(表1)。しかし、先祖EV71:TLLmに比較して、EV71:TLLmvは、サル腎臓COS−7細胞、ならびにヒトHeLaおよびHep−2細胞に進入し、そしてこれらの細胞の中で複製する能力を失っているようであった(図3B〜3C;図2B〜2C、2E〜2F、および2H〜2I)。ハムスターCHO−K1およびラットNRK細胞内で効率的に複製する能力もまた喪失していた(図3B〜3D;図2K〜2Lおよび2N〜2O)。これらの観察は、NIH/3T3細胞においてウイルスをさらに継代すると、他の起源の細胞株における感染能を喪失するのと引き替えに、マウス細胞における適合の度合いが増加することを示す。
[0063]どのアミノ酸置換がマウスNIH/3T3宿主細胞に適合性であるかを指摘することは不可能であるが、ウイルス全ゲノム配列決定は、潜在的な適合機構に光を当てる可能性もある。同定されるアミノ酸置換の大部分は、P1(カプシド)およびRNAポリメラーゼ(3D領域)タンパク質中にあり(表2、3)、宿主細胞進入および複製におけるありうる改変されたウイルスタンパク質活性を示唆する。EV71:TLLmおよびEV71:TLLmv株が新規宿主細胞を感染させる能力の獲得から、P1領域中の突然変異の集積が予期される。ウイルスが、ウイルス受容体を通じて、許容性宿主細胞と相互作用を開始する構造的背景を、カプシドタンパク質が形成し、このウイルス受容体は、近年、スカベンジャー受容体クラスBメンバー2(SCARB2)と同定されており[47]、そして後に、EV71の主要ウイルス脱外被受容体と特徴付けられ[48]、そしてこれはまた、ヒトエンテロウイルスA(HEV−A)種のいくつかのメンバーによっても利用されている。ヒトSCRB2タンパク質は、他の霊長類のものとおよそ99%の配列同一性を共有する。一方、マウスSCARB2タンパク質は、霊長類タンパク質に比較して、15%の配列非類似性を示し[49]、霊長類SCARB2からの有意な構造逸脱を示し、そしておそらくこれが天然EV71感染に対する齧歯類細胞の不応性に寄与している。ウイルス・カプシドにおける適合性突然変異が、ウイルスがマウス細胞受容体への結合に適格であるようにし、そして進入および新規宿主感染の成功を生じる。
[0064]カプシドタンパク質突然変異のマッピングは、ウイルスP1領域における同定されるアミノ酸置換の大部分が、タンパク質の曝露された領域(図11A〜11D)、特にVP1表面上のB−C、D−E、E−F、およびG−Hループにあることを示す。VP1残基150〜180は、SCARB2タンパク質と結合するウイルス・カプシド・キャニオンを宿する。Gln−172を中心とするこの領域は、アミノ酸163〜177に主要VP1中和エピトープを含有する[32]。EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvはどちらも、VP1キャニオンのE−Fループ中に置換E167DおよびL169Fを示し(図11A〜11B)、この遺伝子座は、以前報告されていないものである。SCARB2ドッキング部位近傍の他の重要なアミノ酸置換には、B−Cループ中のN104D、およびG−Hループ中のS241Lが含まれ、これらは、Gln−172から20Å半径内に位置する。VP1 S241L突然変異は、K244Eと関連して、CHO細胞株適合性EV71のマウス継代から生じたことが、以前、報告されてきている[50]。この突然変異は、VP2 K149Iと組み合わせて、5日齢マウス仔における非病原性表現型と関連することが見出された。しかし、NOD/SCIDマウス脳組織における適合から、LeuからSerへのVP1 241の逆突然変異が生じると報告されており[51]、そして該突然変異はマウス病原性表現型と関連することが見出された。SCARB2ドッキング部位とは離れ、そしてD−Eループ中に位置するVP1 E145A突然変異が、ネズミ細胞を感染させる能力を与える別の候補である。VP1 145突然変異は、以前報告されており[34、37]、そして単一E145A突然変異は、NOD/SCIDマウスにおいて病原性を導く[51]。C4遺伝子型EV71のVP1中の別の突然変異、Q145Eは、5日齢マウスにおける病原性と関連する[52]。VP2におけるマウス細胞適合性突然変異、特に残基136〜150の中和エピトープ内のもの[53]もまた、齧歯類細胞を感染させるウイルスの能力に寄与しうる。VP2 E−Fループにおける2つの置換がEV71:TLLmで観察され(図11C)、一方、EV71:TLLmvでは3つの置換が存在した(図11D)。これらの突然変異はいずれも以前記載されていないが、E−Fループ中のVP2 149の近傍遺伝子座は文献に言及されており[34、50、54]、そしてPSGL−1過剰発現細胞における継代の適合性突然変異と記載されている[55]。
[0065]宿主細胞進入のためにウイルス受容体に結合する際のP1領域突然変異のありうる役割を調べるため、EV71:BSウイルスRNAをネズミ細胞にトランスフェクションした。EV71:BS RNAのマウス細胞質内への直接導入は、Vero細胞においてアッセイした際、ウイルス誘導性CPEおよび培養上清中の測定可能なウイルス力価の観察によって示唆されるように、NIH/3T3細胞において、増殖性感染を生じる(図12)。しかし、新鮮なNIH/3T3細胞上にウイルス上清を再接種しても、増殖性感染を誘導するのには失敗し(図6A)、そしてウイルス抗原は検出されなかった(図S4H)。同様に、Neuro−2A細胞内へのEV71:BS RNAのトランスフェクションは、Neuro−2A細胞における陽性抗原染色(図10Cおよび10D)および測定可能なウイルス力価(図12)を生じるが、直接ウイルス感染はこれらを生じなかった。新鮮なVeroおよびNIH/3T3細胞上で継代したウイルス上清は、Veroにおいて、陽性抗原染色を生じた(図10I)が、NIH/3T3細胞においては生じなかった(図10J)。これらのデータは、宿主細胞への進入のための受容体結合の必要性を回避することで、NIH3T3およびNeuro−2A細胞における感染成功およびウイルス子孫産生が導かれたことを示す。これらのデータはまた、ヒトEV71:BSがネズミ細胞受容体を通じては、マウスNIH/3T3およびNeuro−2A細胞に成功裡に進入できないことを裏付ける。さらに、これらのデータは、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvゲノムのP1領域内の突然変異が、ウイルスに、効率的な受容体結合のための能力を与え、そしてその結果、宿主細胞進入を可能にすることを示唆する。
[0066]いくつかのアミノ酸突然変異はまた、P2およびP3領域でも観察され、これらは、ウイルス複製、および宿主細胞タンパク質翻訳機構のハイジャックのために決定的である[56]。これらの適合突然変異は、マウス細胞内のEV71ゲノム複製および翻訳を最適化する際に機能しうる。ウイルス3Dタンパク質は単独で、EV71:TLLmv中で8つのアミノ酸置換、およびEV71:TLLm中で4つの置換を集積させ、そしてどちらの株も3Bに各1つの突然変異、および3Cに各2つの突然変異を示した。TCMK細胞へのウイルスRNAの直接接種は、ウイルスの非構造タンパク質における適合突然変異のありうる役割に関する洞察を与える。TCMK細胞は、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmv感染に対して許容性であることが示されてきている(図3Bおよび3D;図4Qおよび4R)が、TCMK細胞内へのEV71:BSウイルスRNAのトランスフェクションは、感染成功を生じなかった。ウイルス抗原シグナルは、感染およびトランスフェクション細胞においては検出されず(図10E〜10F)、そして新鮮なNIH/3T3およびVero細胞上でのウイルス上清の継代は、陽性ウイルス抗原検出を生じなかった(図10Kおよび10L)。さらに、感染およびトランスフェクション細胞の両方において、アッセイ可能なウイルス力価はなかった(図12)。これらのデータは、カプシド領域中の突然変異とは別に、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvで見られるP2およびP3領域内の突然変異が、TCMK細胞を成功裡に感染させるために必要であることを示唆する。
[0067]これは、マウス細胞株において連続的に継代した後、いくつかの齧歯類細胞株を増殖性に感染させる能力を成功裡に獲得した、元来、ヒト臨床試料に由来する、EV71株の最初の報告であると考えられる。RNA複製中の比較的高い突然変異率は、将来の適合可能性のための表現型特質の遺伝的リザーバーとして働く変異体ゲノムを生じ、そして擬似種分布としてのその結果の複製[57、58]は、RNAウイルスゲノムの動的な可塑性を導き、変化する環境への適合可能性を与える[59、60]。EV71感染哺乳マウス[34、37、38、51]および他の齧歯類(例えばスナネズミ)[39]が以前報告されてきているが、in vitro培養齧歯類細胞を増殖性感染させると報告されたものはなかった。これは、表現型および宿主範囲における大きな変化と関連する高い遺伝的障壁のためでありうる[58]。興味深いことに、これは、EV71のコンセンサス全ゲノム配列内の多数の適合突然変異の最初の報告である。以前文書化されたマウス適合EV71は、ゲノム中の10未満のアミノ酸置換を報告した[34、38、51]が、本発明者らは、EV71:TLLm中に21、およびEV71:TLLmv中に36を報告し、これはなお以前同定された適合突然変異の最大数よりも多かった[37]。これらは、マウス組織におけるウイルスの数回の継代[34、36、37]が、遺伝的障壁を破り、そして培養マウス細胞を感染させるようにウイルスを成功裡に適合させるためには十分でない可能性があることを示唆する。その代わり、本研究で観察されるように、数百回の連続継代が必要である可能性もある。
[0068]EV71の宿主細胞制限は、近年、EV71が、宿主細胞進入[47]およびエンドソームにおけるウイルス脱外被[72]のための機能性受容体として、スカベンジャー受容体クラスBメンバー2(SCARB2)を利用することが立証されて説明されてきている。ヒトおよびネズミSCARB2タンパク質は、わずか84%のアミノ酸配列同一性しか示さず[67]、2つのタンパク質間の構造相違が示唆される。このシナリオは、EV71臨床的単離体が、マウス由来細胞を感染させることが一般的に不可能であり、同時に、EV71実験感染に対してマウスおよび他の齧歯類が一般的に抵抗性であることを説明し、このことによって、EV71感染の小動物モデルを開発する試みが困難になっている。しかし、このウイルス−受容体不適合性にもかかわらず、本発明者らは、感染の最初の段階、すなわち受容体仲介細胞進入が、細胞内へのウイルスRNAトランスフェクションを通じてバイパスされた際には、いくつかのネズミ細胞がEV71感染を支持することを示した。EV71:BSはNeuro−2aおよびNIH/3T3細胞を感染させない[71]が、ウイルスゲノムRNAのトランスフェクションは、EV71タンパク質の発現、溶解性細胞変性効果(CPE)の誘導、および生存ウイルス子孫の産生を生じる。同様に、以前、ポリオウイルスRNAを哺乳動物細胞内にトランスフェクションした後に、生ウイルスが生成されている[73〜75]が、用いた細胞(HeLa)は、ポリオウイルス感染に対して許容性であることが知られていた。本発明者らの実験において、非許容性マウスニューロンNeuro−2aおよび線維芽細胞NIH/3T3細胞が、細胞質へのEV71:BS RNAのトランスフェクションに際して、ウイルス複製を支持し、そして生ウイルス子孫を生成することが立証され、ネズミ細胞の内部環境が、EV71感染に必要な宿主因子を含有し、そしてウイルス感染周期の完了を支持すること、そしてEV71タンパク質がネズミ細胞質ゾルにおいて機能性であることが示唆された。これらの知見はまた、ウイルスを接種した際、NIH/3T3およびNeuro−2a細胞性感染が見られないのは、受容体仲介性宿主細胞進入および脱外被における欠陥のためでありうることを示し、これは主に、カプシドタンパク質の機能である。これらの結果は、本発明者らの以前の観察(上記または[71])に類似であり、そして本発明者らをEV71:BSカプシドタンパク質における特定のアミノ酸置換が、受容体への結合を可能にし、したがって、ウイルス進入および脱外被を導き、そして続いてマウス細胞を感染させうるという仮説に導く。2つのユニークなツール、マウス細胞株(NIH/3T3)適合EV71株(EV71:TLLmおよびEV71:TLLmv)および2つのマウス細胞株(Neuro−2aおよびNIH/3T3)は、この仮説を調べる機会を提供した。
[0069]EV71:TLLmカプシドタンパク質を示すが、EV71:BS非構造タンパク質を発現しているキメラクローン由来ウイルス(CDV:BS[M−P1])の感染表現型は、「マウス細胞進入表現型」が、マウス細胞株適合EV71株由来のカプシドタンパク質によって与えられうることを確認した。これらのキメラCDVは、マウス細胞適合EV71株と同様に振る舞い、そしてVero、ならびにNIH/3T3およびNeuro−2a細胞において増殖性感染を誘導し、これは、ウイルス感染周期完了、すなわち生存ウイルス子孫の生成の直接の証拠を伴った。さらに、EV71:BS VP1にアミノ酸置換K98E、E145A、およびL169Fを導入する突然変異誘発、ならびにVP2におけるS144TおよびK149Iは、ネズミ細胞の限定された感染を導いた。EV71:TLLm P1領域置換を含むCDV(CDV:BS[M−P1])および組み合わせたアミノ酸置換VP1−K98E/E145A/L169Fを有するCDV(CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F])のみが、Neuro−2aおよびNIH/3T3細胞において成功裡に継代されて、生じる培養上清中に生存ウイルス子孫を産生可能であった。個々にまたは多様な組み合わせのいずれかで、他のアミノ酸置換を含有するCDVの残りは、CPEの観察および接種された細胞におけるウイルス抗原の検出によって裏付けられるように、ネズミ細胞への限定された進入しか示さず、1周期の複製しか導かなかった。健康なマウス細胞上に再接種しても、感染誘導に失敗したため、生ウイルス子孫は、感染細胞培養上清には存在しなかった。これらのCDVに感染した細胞の培養上清における生存ウイルス子孫産生の失敗を引き起こした理由は明らかではないが、1つの可能性は、突然変異後に生じるカプシドが構造的に不安定であるためであることである。本発明者らは、導入されたアミノ酸が、タンパク質を構成する他のアミノ酸と不適合であり、したがって、全体のカプシドタンパク質フォールドに影響を及ぼし、そしてカプシド構造を改変する可能性もあると推測する。この仮定は、カプシドタンパク質組み立ての複雑性を強調し、ここで、4つのウイルスタンパク質(VP1〜4)は協同で相互作用して、機能カプシドを生成する。したがって、ウイルスが新規受容体に結合することを可能にしうるアミノ酸置換はまた、壊滅的な結果を有する可能性もあり、特に、これがタンパク質中の他のアミノ酸残基との不適合性のため、カプシド複合体を不都合に不安定化する場合はそうした可能性がある。
[0070]実施例10〜17に示す結果は、3つのVP1置換:K98E、E145A、およびL169Fがマウス細胞上の受容体への結合に必要であり、そして十分であり、そしてEV71進入を可能にすることを明らかにする。VP1−169残基は、以前、文献中で言及されていないが、VP1−98およびVP1−145残基は、以前、白血球上のヒトPSGL−1受容体タンパク質に結合するためのマーカーとして示されてきている[76]。Genbankに公表されているEV71臨床単離体の1,702のVP1配列の分析によって、突然変異体組み合わせ、VP1 98E/145Aが、稀ではあるが生存可能であることが確認され、これらはわずか5つの単離体で見られた(データベースの0.3%)。一方、VP1−169F変異体は、EV71 VP1配列のサーベイデータベース中では観察されず、極端に稀であることが示された。CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]は、Neuro−2a細胞上で安定して継代され、そして導入された突然変異を3回の継代に関してウイルスゲノム内に保持しながら、生ウイルス子孫を一貫して産生し、これによって、このウイルスは、少なくともNeuro−2a細胞において、生存可能であり、そして安定であることが示唆された。したがって、他のEV71臨床単離体へのこれらの3つの残基:VP1 98E、145A、および169Fの導入が、該単離体をネズミ細胞に感染可能にする可能性があるが、これはまだ立証しなければならない。
[0071]EV71が、宿主細胞進入および細胞質ゾルへの脱外被のための受容体として、スカベンジャー受容体クラスBメンバー2(SCARB2)タンパク質を利用するという以前の知見と同様[47、72、77]、本発明者らのデータはまた、マウス細胞適合性EV71:TLLmvが、ネズミ細胞を感染させるために、マウスSCARB2(mSCARB2)を利用することも立証する。ウイルスは、in vitroで組換え可溶性mSCARB2に直接結合し、そして健康な細胞上への接種の前に、生ウイルスを該タンパク質とプレインキュベーションすると、細胞感染の重症度が減少した。さらに、mSCARB2に対するポリクローナル抗体での結合によって、宿主細胞上のmSCARB2の遊離表面をブロッキングすると、固定された細胞上へのウイルス結合が減少し、そして生細胞の感染も阻害された。結果はまた、ウイルスが霊長類を感染させるために用いる、ヒトSCARB2(hSCARB2)タンパク質へのEV71:TLLmv結合も示す。霊長類細胞のEV71:TLLmvでの結合および感染もまた、hSCARB2に対する抗体によってブロッキングされた。本明細書に提示するデータは、EV71:TLLmvしか示さないが、結果はまた、EV71:TLLmにも拡張可能である。EV71:TLLmvは、NIH/3T3c細胞におけるEV71:TLLmのさらなる継代から得られ、そして2つのマウス細胞株適合EV71株の間では、わずかなアミノ酸置換しか観察されなかった。したがって、これらは、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvの両方が、齧歯類細胞の感染のため、細胞性mSCARB2を利用することを示す。
[0072]同様に、CDV:BS[M−P1]およびCDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]はどちらも、ネズミ細胞を感染させるためにmSCARB2を利用する。Neuro−2a細胞をmSCARB2抗血清とプレインキュベーションすると、対照に比較してCPE誘導が減少し、そしてウイルス力価がより低くなることによって裏付けられるように、ウイルスでの細胞感染がブロッキングされた。最近のデータは、EV71キャニオンへのSCRAB2結合が、カプシド・キャニオン内の脂質であり、成熟ビリオンを安定化させ、そしてEV71中のスフィンゴシンであると予測される「ポケット因子」の放出を誘発し[78]、ウイルス脱外被における一連の事象:カプシド拡張(135−SまたはA粒子を形成する)、5倍軸カプシド接合部からエンドソーム膜内へのVP1 N末端およびVP4の突出、および宿主細胞質内へのウイルスゲノムRNAの放出を引き起こすことを示した[78〜81]。最近のヒトSCARB2結晶構造データはまた、タンパク質全体を横切る脂質トンネルも明らかにし[67]、このトンネルは、リソソームにβ−グルコセレブロシダーゼを送達するSCARB2機能の背景においては関連性を持たないが、これに対してDangら[72]は、これがSCARB2結合中にカプシド・キャニオンからのスフィンゴシンの除去および輸送のための導管として働くと提唱した。SCARB2アミノ酸残基140〜151は、その配列がヒトおよびネズミタンパク質の間で非常に異なり、EV71の主な結合部位である[49]。この同じ領域は、SCARB2脂質トンネルの開閉を制御するゲートとして作用し、この事象は、ウイルス脱外被中の酸性pHによって誘発される。VP1−169残基は、カプシド・キャニオン内にあり、そしておそらく、SCARB2結合において直接の機能を有する。この位でのロイシンからフェニルアラニンへの劇的な変化はキャニオン構造を改変し、ネズミSCARB2タンパク質とのより優れた適合を生じる。VP1 98および145残基は、一方、カプシド・キャニオンを取り巻くフリンジ上にあり、そしてSCARB2結合とは別の機能を有する可能性もある。これらは単に仮説であり、そして3つのVP1アミノ酸置換が「マウス細胞進入表現型」を与えうる正確な機構を解明するためには、ネズミSCARB2タンパク質の構造を解析して、そしてウイルス・カプシドとの相互作用をマッピングする必要があろう。
[0073]これは、天然には非許容性であるネズミ細胞の増殖性感染を誘導するEV71カプシド部位特異的突然変異の最初の科学的探査であると考えられる。以前の研究は、生存動物における継代の場合のように、選択的ウイルス適合を通じて、ウイルス宿主制限を克服して、マウスにおける感染プロファイルが改善された突然変異体を生成する[34、37、38、82]か、またはヒトSCARB2タンパク質の異所発現によって細胞を改変する[47、69、70、83]ことを試みてきた。ネズミSCARB2に対するEV71の不適合性は、一般に、EV71感染に対してマウスが抵抗性であることが原因であり、したがってEV71感染のマウスモデルの開発が妨げられてきた。これはおそらくまた、野生型またはマウス適合性ウイルス株のいずれかを用いるEV71感染のマウスモデルの大部分が、重症ヒト感染で観察される疾患のスペクトルを再現することに失敗する理由も説明する[34、37、38]。一方で、ヒトSCARB2を発現するトランスジェニックマウスは、ウイルスのマウス適合の必要性を伴わず、より広範なEV71感染の特徴を示したが、ヒト疾患の全スペクトルは、明らかには再現できなかった[69、70]。EV71における特定のアミノ酸置換が、EV71をネズミ細胞に感染可能にすることを本明細書において立証したことから、マウス細胞株適合EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvが培養齧歯類細胞を効率的に感染させることが可能である、分子機構を理解する最初のステップが提供される。さらに、これによって、EV71感染のマウスモデルを生成し、詳細な病態形成を研究し、そしてヒト感染で見られる神経学的疾患の全スペクトルを再現する別のアプローチが提供されうる。
[0074]実施例22〜25において、マウス細胞適合性エンテロウイルス71(EV71)を接種された若いBALB/cマウスが、感染ヒト患者で観察される病理とよく似た神経原性肺浮腫(NPE)と関連する急性脳脊髄炎を示すことが立証される。適合ウイルス株EV71:TLLmvに曝露された動物は、麻痺、運動失調および振戦として提示され、そしてEV71感染の致死性症例において同定されるCNS局在病理と一致する、脳の錐体および錐体外領域の両方における、多様なレベルのウイルス誘導性組織損傷を示した[91〜95]。さらに、何匹かのマウスは、自律神経機能不全と適合する呼吸困難を示した。安楽死時点での疾患提示に基づいて、動物は、容易に4つの群:クラスIA、クラスIB、クラスIIおよび生存者に分けることが可能であった。生存者は疾患の徴候を提示せず、クラスIIのマウスは持続性弛緩性麻痺および重度の体重喪失を示す一方、クラスIAおよびクラスIBマウスは、さらに、急性神経学的疾患を患い、これは、3〜7DPI以内に普遍的に致死性であった。クラスIAマウスはまた、明らかな重症呼吸困難を示し、これはうっ血性心不全または肺炎のいずれによるものでもなかった。その代わり、クラスIAの動物は、尾側脳幹、特に髄質における広範な組織損傷を示し、これはカテコールアミンの高血清レベルを伴い、これらのマウスにおいて観察される呼吸徴候が、神経原性肺浮腫(NPE)の結果であることが強く示唆された。他の群由来のものと、クラスIAマウス由来の肺を肉眼的病理比較すると、剖検に際して不完全な肺圧潰、ならびに肺湿重量の有意な増加が明らかになり、これらはおそらく、出血および肺胞空間への液体漏出のためであった。これらの特徴は、非ウイルス誘導性NPEおよび劇症NPEを伴う致死性ヒト症例の実験動物モデルにおいて観察されるものとよく似ていた[96、97]。実際、クラスIA動物の組織病理学的分析は、さらに、致死性ヒト症例における観察と一致して、タンパク質性および赤血球充填浸出物で満たされた肺胞空間の限局性領域を明らかにした[21、98〜100]。
[0075]肺浮腫(PE)は、典型的には、肺の水内容中の血管外増加として定義され、48、そして心臓原性または神経原性起源に基づいて、細分可能である。クラスIAマウス心臓組織は、正常組織を示し、そして疾患の明白な徴候を欠いていたため、本発明者らは、心臓原性PEを排除することが可能であり、そして肺実質において、ウイルス複製または炎症が存在しなかったため、直接ウイルス誘導性肺傷害が排除された。その代わり、本発明者らは、クラスIAマウスにおいて、カテコールアミンの高血清レベルを検出し、これはこの群が、以前、重度の交感神経放電によって誘導されるカテコールアミン・ストームの結果として立証されている、神経原性PE(NPE)を示すことを強く示した[96、101]。このシナリオにおいて、自律神経系機能不全はカテコールアミン・ストームを誘発し、全身性および肺血管収縮を生じる。これは、全身から肺循環への血液体積のシフトを導き、これは、結果的に、静水機構を通じた、または直接肺内皮傷害による、肺胞空間への血漿漏洩および出血を招く[101〜104]。近年、非ウイルス誘導性NPEのいくつかの実験動物モデルが開発されている(概説に関しては、Sedy[103]およびDavison[104]を参照されたい)が、本発明者らのモデルは、EV71感染のみを用いて、肺浮腫の古典的徴候を成功裡に誘導する最初のものである。したがって、本発明者らの新規モデルは、EV71感染を制限し、そしてヒト患者において劇症NPEの開始を防止することが可能な、抗ウイルス療法および治療措置を追求する際の重要な進歩に相当する。肺浮腫が、EV71感染に反応した宿主サイトカイン・ストームによってもまた誘導可能である可能性がある[105〜107]が、データは、EV71誘導性NPEの主な機構が大規模な炎症反応を伴わず、そしてその代わり、脳の特定の領域における組織損傷と関連することを強く示唆する。
[0076]NPE誘導と関連する脳領域は、トリガーゾーンと称されてきており、これは、視床下部脳室周囲および背内側核[101、103]、ならびに腹外側および背側髄質を含み、NTSおよびAP領域を含む[96、104、108〜110]。EV71誘導性NPEは、以前、脳幹組織の広範な損傷に寄与することが示されてきており[21、22、93、111]、そして本発明者らの新規ネズミモデルにおいて、本発明者らは、脳幹および脊髄において、ウイルス抗原および広範な損傷の両方を検出した。クラスIAおよびクラスIBマウスは、脳幹および脊髄において、病変の類似の分布およびウイルス抗原を、それとともに、血清カテコールアミンの匹敵する上方制御を示す一方、クラスIB動物におけるNPEの欠如は、NTS、髄質網様核(MdRN)、および髄質のAP領域、小脳の歯状核、および視床下部前野の背内側核における、減少した数および重症度の脳病変および/またはより低いウイルス抗原強度によって説明可能である。本発明者らは、したがって、EV71感染宿主における、脳幹組織の急性で重度の破壊、特に血管運動領域に関連するものが、カテコールアミン・ストームを導き、そして既知のトリガーゾーンが十分に損傷を受けている場合、これがNPEに進行しうることを提唱する。
[0077]要約すると、本発明は、表面的妥当性を示し[112]、すなわちこれらの動物は、NPEを含む、ヒト患者におけるEV71感染によって誘導される神経学的疾患の全スペクトルに渡って観察可能な臨床的徴候の全範囲を示す、EV71神経感染の真性マウスモデルである。疾患のクラスIA徴候を提示するEV71:TLLmv感染マウスにおける顕著な特徴の観察は、2匹の異なるクラスIAマウスの2つのビデオクリップを含むビデオによって作成された。どちらの動物も、姿勢保持(self−right)不能であり、そして昏睡状態にあった。肋骨下後退を伴う頻呼吸として提示される重度呼吸困難が、最初のマウスでは明らかであった。喘ぎ、肋骨下後退、および鼻孔から出る泡状の液体が、第二のマウスで見られた。疾患のクラスIB徴候を提示するEV71:TLLmv感染マウスにおける顕著な特徴の観察は、1匹のクラスIBマウスのビデオによって作成された。姿勢保持不能であり、そして昏迷状態にあった。右肢の同側性麻痺および左後肢の持続性振戦もまた観察された。このモデルはまた、疾患の肉眼的および組織病理学的特徴に関して、構成概念妥当性も示し[112]、こうした特徴は、致死性ヒト症例で報告されるものによく似ている。この新規in vivoモデルは、EV71神経病態形成における重要な事象を同定し、EV71誘導性NPEの機構を解剖し、新規治療様式および潜在的な抗ウイルス療法を開発し、そして新規ワクチンの前臨床評価を行うための強力なツールに相当する。
[0078]本発明の実施は、別に示さない限り、当該技術分野の技術範囲内である、化学、分子生物学、微生物学、組換えDNA、遺伝学、免疫学、細胞生物学、細胞培養およびトランスジェニック生物学の慣用技術を使用する。例えば、Maniatisら, 1982, Molecular Cloning(Cold Spring Harbor Laboratory Press, ニューヨーク州コールドスプリングハーバー); Sambrookら, 1989, Molecular Cloning, 第2版(Cold Spring Harbor Laboratory Press, ニューヨーク州コールドスプリングハーバー); SambrookおよびRussell, 2001, Molecular Cloning, 第3版(Cold Spring Harbor Laboratory Press, ニューヨーク州コールドスプリングハーバー); GreenおよびSambrook, 2012, Molecular Cloning, 第4版(Cold Spring Harbor Laboratory Press, ニューヨーク州コールドスプリングハーバー); Ausubelら, 1992, Current Protocols in Molecular Biology(John Wiley & Sons, 定期的改訂を含む); Glover, 1985, DNA Cloning(IRL Press, Oxford); Russell, 1984, Molecular biology of plants: a laboratory course manual(Cold Spring Harbor Laboratory Press, ニューヨーク州コールドスプリングハーバー); Anand, Techniques for the Analysis of Complex Genomes, (Academic Press, ニューヨーク, 1992); GuthrieおよびFink, Guide to Yeast Genetics and Molecular Biology(Academic Press, ニューヨーク, 1991); HarlowおよびLane, 1988, Antibodies, (Cold Spring Harbor Laboratory Press, ニューヨーク州コールドスプリングハーバー); Nucleic Acid Hybridization(B. D. HamesおよびS. J. Higgins監修 1984); Transcription And Translation(B. D. HamesおよびS. J. Higgins監修 1984); Culture Of Animal Cells(R. I. Freshney, Alan R. Liss, Inc., 1987); Immobilized Cells And Enzymes(IRL Press, 1986); B. Perbal, A Practical Guide To Molecular Cloning(1984);論文、Methods In Enzymology(Academic Press, Inc., N.Y.); Methods In Enzymology, Vols. 154および155(Wuら監修), Immunochemical Methods In Cell And Molecular Biology(MayerおよびWalker監修, Academic Press, London, 1987); Handbook Of Experimental Immunology, 第I〜IV巻(D. M. WeirおよびC. C. Blackwell監修, 1986); Riott, Essential Immunology, 第6版, Blackwell Scientific Publications, オックスフォード, 1988; Fireら, RNA Interference Technology: From Basic Science to Drug Development, Cambridge University Press, ケンブリッジ, 2005; Schepers, RNA Interference in Practice, Wiley−VCH, 2005; Engelke, RNA Interference(RNAi): The Nuts & Bolts of siRNA Technology, DNA Press, 2003; Gott, RNA Interference, Editing, and Modification: Methods and Protocols(Methods in Molecular Biology), Human Press, ニュージャージー州トトワ, 2004; Sohail, Gene Silencing by RNA Interference: Technology and Application, CRC, 2004を参照されたい。
[0079]本発明は、以下の実施例に言及することによって記載され、該実施例は、例示のために提供され、そしていかなる方式でも本発明を限定することを意図されない。当該技術分野に周知の標準的技術、または以下に特に記載する技術を利用した。
実施例1
実施例2〜8のための材料および方法。
[0080]細胞株およびウイルス株:本研究で用いるすべての細胞株を、アメリカン組織タイプカルチャーコレクション(ATCC、USA)から購入した。多様な哺乳動物細胞株;ヒト腺癌細胞株、HeLa(CCL−2)およびHEp−2(CCL−23)、および横紋筋肉腫RD(CCL−136);アフリカミドリザル(African green monkey)腎臓Vero(CCL−81)、およびサバンナモンキー(Vervet monkey)腎臓線維芽細胞COS−7(CRL−1651);マウス神経芽腫Neuro2A(CCL−131)、胚性線維芽細胞NIH/3T3(CRL−1658)、および腎臓上皮TCMK(CCL−139);ハムスター卵巣上皮様CHO−K1(CCL−61)、ならびに正常ラット腎臓上皮NRK(CRL−6509)を用いて研究を行った。
[0081]ヒトEV71 BS株(EV71:BS)は、EV71に感染した死亡患者の脳幹から以前単離された。該ウイルスを、さらなる使用まで−80℃で保存する前に、4周期、Vero細胞中で継代した。マウス細胞(NIH/3T3)適合EV71:TLLm株は、マウスNIH/3T3細胞において、連続継代(>60周期)を通じて、EV71:BS株から得られた。EV71:TLLm株をNIH/3T3細胞中でさらに継代して(40周期)、マウス細胞適合病原性株(EV71:TLLmv)を生成した。
[0082]細胞株の維持およびウイルスでの感染:10%(v/v)ウシ胎児血清(FBS、i−DNAシンガポール)および0.22%(w/v)重炭酸ナトリウム(NaHCO、Sigma Aldrich、USA)を補充したダルベッコの修飾イーグル培地(DMEM、Gibco、USA)中ですべての細胞株を増殖させ、そして別に記載しない限り、37℃および5%COでインキュベーションした。すべての感染細胞を、維持培地(1%FBSおよび0.22%NaHCOを補充したDMEM)中でインキュベーションした。
[0083]細胞(ウェルあたり2.5〜5.0x10細胞)を組織培養処理6ウェルプレート(Nunc、Fisher Scientific)中に一晩植え付け、500μlのウイルス懸濁物(MOI 1)に感染させ、そして30℃、37℃、または39℃で2時間インキュベーションした。細胞を無菌リン酸緩衝生理食塩水(PBS、pH7.4)溶液中で2回洗浄した後、新鮮な維持培地(DMEM、1%FBS)に添加した。感染細胞を、明らかな溶解性細胞変性効果(CPE)の出現に関して毎日観察した。
[0084]ウイルス増殖動力学研究のため、感染細胞を含有するプレートを、多様な時点:感染後0、6、12、24、36、48、および54時間(hpi)で、−80℃で凍結した。プレートを3周期の凍結融解に供し、そして溶解物を採取し、そして徹底的なボルテックスによって透明化し、その後、1,500xgで10分間遠心分離した。透明化された上清を、さらなる使用まで、凍結バイアル(Nunc、Fisher Scientific)中、−80℃で保存した。
[0085]温度適合アッセイのため、接種したVeroおよびNIH/3T3細胞を30℃、37℃、および39℃でインキュベーションし、そしてCPEの出現に関して毎日観察した。それぞれの培養上清を48hpiで採取し、そしてさらなる使用まで、凍結バイアル中、−80℃で保存した。
[0086]多様な哺乳動物細胞株、すなわちRD、HeLa、およびHEp−2(ヒト)、VeroおよびCOS−7(サル)、NIH/3T3、Neuro−2A、およびTCMK(マウス)、CHO−K1(ハムスター)、ならびにNRK細胞(ラット)を、親EV71:BSまたは得られたNIH/3T3適合EV71株に、1のMOI(感染多重度)で感染させ、そして37℃で10日間インキュベーションした。CPEの出現に関して、培養を毎日観察した。
[0087]ウイルス力価および相対複製率(RRR)の決定:ウイルス上清を、終点力価決定に供し、そしてNIH/3T3およびVero細胞の両方においてアッセイした。ReedおよびMuench法[61]ならびにReedおよびMuench計算機[62]を用いてウイルス力価を計数した。簡潔には、NIH/3T3(ウェルあたり1x10細胞)およびVero細胞(ウェルあたり4x10細胞)を、96ウェルプレート中で一晩植え付けた。室温に融解させた凍結ウイルスを、無菌1%水性デオキシコール酸ナトリウム(Sigma Aldrich、USA)中で希釈し(10−1)、そして15分間激しく混合して、ウイルスを脱凝集させた。脱凝集させたウイルスを、維持培地中で10倍連続希釈に供し、そして10−3希釈からの100μl希釈ウイルスを、細胞の各ウェル上に添加した。プレートを37℃でインキュベーションし、そして倒立光学顕微鏡下で、明らかなCPEの出現に関して毎日観察した。ウイルス力価は体積あたりの50%細胞培養感染用量(CCID50/ml)として報告された。
[0088]NIH/3T3細胞においてEV71:TLLmおよびEV71:TLLmvの適合度合いを評価するため、あらかじめ感染させた霊長類および齧歯類細胞株から採取したウイルス上清を、NIH/3T3およびVero細胞の両方を用いて、ウイルス力価アッセイに供した。NIH/3T3およびVero細胞において、相対複製率(RRR)を測定するために用いる力価比を、以下の式を用いて計算した:
RRR=log(A/B)
式中、AはNIH/3T3細胞においてアッセイしたウイルス力価であり、そしてBはVero細胞においてアッセイしたウイルス力価である。
[0089]免疫蛍光アッセイによるウイルス抗原検出:有意なCPEを示さない感染細胞に関しては、免疫蛍光(IF)染色を行って、感染を検証した。細胞を72hpiにトリプシン処理し、無菌PBS中で2回洗浄し、そしてテフロンスライド(Erie、USA)上にコーティングした。スライドをバイオセイフティキャビネット中で風乾し、そして15分間UV処理して、生ウイルスを不活性化した後、冷アセトン中、4℃で10分間固定した。スライドを、汎エンテロウイルス抗体(Merck Millipore、USA)で探査し、そして続いて、0.01%(w/v)Evan青色対比染色剤と混合したFITCコンジュゲート化マウスIgG(DAKO Cytomation、デンマーク)で染色した。
[0090]EV71ウイルスRNAでの細胞のトランスフェクション:24ウェルプレートに一晩植え付けたVeroおよびNIH/3T3細胞(ウェルあたり3x10細胞)に、製造者のプロトコルにしたがって、Lipofectamine 2000(Life technologies、USA)を用いて、4x10 CCID50ウイルスから抽出したウイルスRNAをトランスフェクションした。EV71:BS、EV71:TLLm、およびEV71:TLLmvから、ウイルスRNAキット(Qiagen、ドイツ)を用いて、RNAを抽出し、そして細胞上、Lipofectamine 2000と37℃で6時間インキュベーションした。トランスフェクション細胞を、CPEの出現に関して、毎日観察した。7dpiに、感染細胞から上清を採取し、そして新鮮に植え付けたVeroおよびNIH/3T3細胞上で継代した。細胞を、CPEの出現に関して、毎日観察し、そして7dpiに、細胞をトリプシン処理し、そして免疫蛍光ウイルス抗原検出のため、プロセシングした。
[0091]全長ゲノム配列決定およびEV71株の遺伝子マッピング:EV71:BS、EV71:TLLm、およびEV71:TLLmv株のウイルスRNAを、ウイルスRNAキット(Qiagen、ドイツ)を用いて抽出し、そしてSuperscript II(SII−RT、Life Technologies、USA)を用いて逆転写した。得たcDNAをGoTaq Green(Promega、USA)および縮重EV71プライマー(プライマーの配列は要求に応じて入手可能である)で増幅した。PCRクリーンナップキット(Geneaid Biotech、台湾)を用いて、アンプリコンを精製し、そしてpZero2ベクター(Lifetech、USA)内にクローニングした。カナマイシン・プレートからクローンを選択し、LBブロス(50μg/mlカナマイシン)に接種し、そしてQiaSpinミニプレップキット(Qiagen、ドイツ)でのプラスミド抽出のため、37℃で一晩増殖させた。続いて、同じプライマーを用いて、BigDyeターミネーター法(Applied Biosystems、USA)によってプラスミドを配列決定した。BioEdit v7.0.9.0[63]を用いて、得た500bp断片配列を、EV71シンガポール単離体3799−SIN−98(GenBank寄託番号DQ341354.1)の全ゲノム配列に対して整列させて、EV71:BS、EV71:TLLm、およびEV71:TLLmvの全ゲノム配列を再構築した。Deepview/Swiss pdvviewerバージョン3.7(http://expasy.org/spdbv/)およびSWISS−MODELサーバー[64、65]を用いて、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvのプロモーターの分子モデリングを行った。
実施例2
霊長類細胞株はEV71:BSによる感染に対して許容性であるが、齧歯類細胞株は許容性でない
[0092]本研究で用いたすべての霊長類細胞株は、EV71:BSウイルスによる感染に対して許容性であった。ヒトRD細胞、ならびにサルVeroおよびCOS−7細胞は、感染後48時間(hpi)以内で、完全溶解性細胞変性効果(CPE)を示し(図1A、1J、および1M)、そしてウイルス抗原が固定感染細胞において検出された(図2A〜2L;RD、COS−7およびVero細胞に関してデータ未提示)。多様な感染細胞株の上清から採取したウイルスの増殖動力学曲線によって、RD、Vero、およびCOS−7細胞における増殖性感染が確認された(図3A)。RDおよびVero細胞から採取したウイルスは、3x10 CCID50/mlの終点力価に到達し、一方、COS−7由来のウイルス力価は10 CCID50/mlであった(図3A)。EV71:BSは、HeLaおよびHep−2細胞(図1Dおよび1G)において、完全CPEを誘導せず、そして生じたウイルス力価は、アッセイカットオフ限界内で測定不能であった。しかし、ウイルス抗原は、HeLa細胞(図2a)およびHep−2細胞(図2D)の両方で、間接的な免疫蛍光染色によって検出され、ウイルスは細胞内に進入することに成功したが、不十分であったかまたは複製不全であり、測定可能なウイルス力価を生じなかった可能性があることが示された。
[0093]試験した齧歯類細胞株はすべて、EV71:BS感染に対して非許容性であると決定された。細胞の溶解性CPEは、感染後、存在せず(図4A、4D、4G、4Jおよび4M)、上清由来のウイルス力価は測定不能であり、そしてウイルス抗原は接種した細胞中で検出不能であった(図2G、2Jおよび2M;図10A、10Cおよび10E)。
実施例3
マウス細胞(NIH/3T3)適合EV71:TLLmウイルスは、霊長類および齧歯類細胞株の両方を増殖性に感染させた
[0094]EV71:TLLmは、最低限60周期、NIH/3T3マウス細胞において、EV71:BSを連続継代した後に得られた。試験した霊長類および齧歯類細胞は、NRK細胞を例外として、すべて、EV71:TLLmによる増殖性感染に対して許容性であった。RD、Vero、およびCOS−7(図1B、1K、および1N)、ならびにNIH/3T3およびNeuro−2A細胞(図4B、E)において、48hpiに、完全CPEが観察された。NRKを除いて感染したすべての細胞株から採取した上清において、高ウイルス力価が測定可能であり(図3Cおよび3D)、そして感染細胞は間接的に免疫蛍光アッセイによって、ウイルス抗原に関して陽性の試験結果であった(図2B、2E、2H、2Kおよび2N)。完全CPEおよび測定可能ウイルス力価は、NRK細胞においては観察されない(図4N;図3D)が、ウイルス抗原は検出可能であり(図2K)、EV71:TLLmによるNRK細胞内へのウイルス進入は成功したが、非効率なウイルス複製が、測定不能なウイルス力価を生じた可能性が示された。
実施例4
マウス細胞(NIH/3T3)適合EV71:TLLmvウイルスは、齧歯類細胞株を増殖性に感染させるが、すべての霊長類株を感染させるわけではない
[0095]EV71:TLLmvウイルス株は、さらに40周期のNIH/3T3細胞におけるEV71:TLLmのさらなる継代から得られた。EV71:TLLmvは、より少ない数の細胞株、RD、Vero、NIH/3T3、Neuro−2A、およびTCMK細胞(図3B)において、溶解性CPEを引き起こし、そして完全CPEは、RD、NIH/3T3、およびNeuro−2A細胞でしか観察されなかった(図1C;4C、F)。TCMK、CHO−K1およびNRK細胞はまた、感染細胞における陽性ウイルス抗原検出によって示されるように、完全CPEに進行することなく、感染に対して許容性であることが注目された(図2L、2O、および2R)。
[0096]一方、霊長類細胞株HeLa、Hep−2、およびCOS−7は、CPEの非存在(図1F、1I、および1O)、測定不能なウイルス力価(図3B)、および陰性ウイルス抗原検出(図2C、2F、およびデータ未提示)によって示されるように、EV71:TLLmv感染に対して非許容性であることが観察された。
実施例5
EV71:TLLmvウイルスは、NIH/3T3細胞に対して、より高い度合いの適合を示したが、EV71:TLLmは、Vero細胞における複製に対してより適合した
[0097]VeroおよびNIH/3T3細胞の両方において、ウイルス力価を計数することによって、感染細胞から採取した上清における生存ウイルスの量を、多様な時点で決定した。Veroにおいてアッセイした力価値に対するNIH/3T3においてアッセイしたウイルス力価値の比を取ることによって計算した相対増殖比(RRR)を、NIH/3T3細胞に対するウイルス適合の度合いの代理測定値として用いた。親EV71:BSウイルスは、RD、Vero、およびCOS−7に対する高い負のRRR値を示し(図5A)、Vero細胞においてアッセイされたウイルス力価が、NIH/3T3細胞においてアッセイされた力価をはるかに超えていることが示された。他の細胞株に対する相対増殖比の値は、ウイルス力価が測定不能であるため、決定不能であった。一方、EV71:TLLmvウイルスは、Vero細胞で増殖させたウイルスを例外として、正のRRR値を示した(図5B)。正のRRR値は、Vero細胞に比較してNIH/3T3細胞における、より効率的な複製、そしてしたがってより高い力価値の指標であった。Vero細胞から採取されたEV71:TLLmvに関して決定された負のRRR値は、観察される緩慢な増殖動力学(図3B)およびより低いウイルス力価と一致した。EV71:TLLmは、負のRRR値を示した(図5Cおよび5D)が、EV71:BSに関するRRR値より低い度合いであった。これは、EV71:TLLmがいくつかの齧歯類細胞株を増殖性に感染させうるが、なお、NIH/3T3細胞よりもVeroにおける複製により適合していることを示唆した。
実施例6
EV71:TLLmは、EV71:TLLmvよりも変化する温度によりよい適合可能性を示した
[0098]親EV71:BSおよび得られたNIH/3T3適合EV71:TLLmおよびEV71:TLLmv株に感染したVeroおよびNIH/3T3細胞を、多様な温度、30℃、37℃、39℃でインキュベーションして、温度変動または変化に対するウイルス適合性を決定した。EV71:BSは、最も限定された適合可能性を示し、37℃でインキュベーションしたVero細胞においてのみ完全CPEが観察された(図8B;表1)。EV71:TLLmvは、37℃のVero細胞において(図S2B)、そして37℃および39℃両方のNIH/3T3細胞において(図8A、図9A;表1)観察される完全CPE誘導に基づいて、中程度の適合可能性を示した。EV71:TLLmは、一方、最高の適合可能性を示し、ここですべてのインキュベーション温度に関して、Vero細胞において完全CPEを誘導した(図7B、図8B、図9B)が、NIH/3T3細胞においては、37℃でのみであった(図8A;表1)。
表1
多様なインキュベーション温度で、NIH/3T3およびVero細胞において増殖させたEV71:BS、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvのウイルス適合可能性の評価
溶解性細胞死の徴候および完全CPEの出現時間に関して、感染細胞を毎日観察した。
感染細胞における完全CPEの欠如を示す。
完全CPEの観察を示す。
完全CPEの欠如を示し、括弧内の数字は細胞において観察されるCPEの最大の度合いを示す。
実施例7
EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvのウイルスゲノムは、NIH/3T3細胞に対する適合の結果として、多数のミスセンス突然変異を集積させた
[0099]EV71:BS、EV71:TLLm、EV71:TLLmvのウイルスRNAをサンガー配列決定に供して、コンセンサスゲノム配列を決定し、そしてNIH/3T3細胞における適合プロセスから生じるありうる適合突然変異を同定した。擬似種の優性集団を代表するゲノムのコンセンサス配列は、GenBank、NCBI(National Center for Biotechnology Information)に寄託されてきている。EV71:BS(GenBank寄託番号KF514878;配列番号3)に対するEV71:TLLm(GenBank寄託番号KF514879;配列番号1)の全ゲノム配列の整列は、60のヌクレオチド突然変異を明らかにし、このうち21は、アミノ酸置換を生じた(表2)。一方、36のアミノ酸置換を伴う83の突然変異が、EV71:TLLmv(Genbank寄託番号KF514880;配列番号2)およびEV71:BSのゲノムの間で見られた。ミスセンス突然変異の大部分は、P1(カプシドタンパク質遺伝子)領域(表2)に、特にVPタンパク質遺伝子内に(表3)、位置した。
[00100]P2およびP3領域内、最も顕著には、RNA依存性RNAポリメラーゼ(3D領域)でもまたアミノ酸変化が観察された。EV71:TLLmは、4つのアミノ酸変化を獲得し、大部分は、酵素の掌および親指ドメインであった(表4)。一方、EV71:TLLmvは、8つのアミノ酸変化を集積し、これらはやはり大部分ポリメラーゼの掌および親指ドメインにあった。ヌクレオチド突然変異もまた、ゲノムの5’非翻訳領域(UTR)で観察された。塩基変化とは別に、EV71:TLLmでは1塩基挿入が見られ、一方、EV71:TLLmv 5’UTRでは、4bp挿入および20bp欠失が観察された(表2および3)。一方、EV71:TLLmのVP3および3A領域ではアミノ酸置換は観察されず、ならびにEV71:TLLmおよびEV71:TLLmv両方の3’UTRでも観察されなかった。
表2
EV71:BSに比較したEV71:TLLmおよびEV71:TLLmvのゲノムにおけるヌクレオチドおよびアミノ酸変化
表3
EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvウイルスゲノムの5’UTRおよびP1領域において観察される適合性突然変異
成熟前の未切断ポリタンパク質におけるアミノ酸の番号付け。
成熟タンパク質におけるアミノ酸の番号付け
内部リボソーム進入部位。
突然変異は、参照EV71:BSゲノムとの整列に基づく。
表4
EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvウイルスゲノムのP2およびP3領域において観察される適合性突然変異
成熟前の未切断ポリタンパク質におけるアミノ酸の番号付け。
成熟タンパク質におけるアミノ酸の番号付け
RNA依存性RNAポリメラーゼの薬指ドメインに位置する突然変異。
RNA依存性RNAポリメラーゼの掌ドメインに位置する突然変異。
RNA依存性RNAポリメラーゼの親指ドメインに位置する突然変異。
突然変異は、参照EV71:BSゲノムとの整列に基づく。
実施例8
ネズミ細胞内へのEV71:BSウイルスRNAのトランスフェクションは、増殖性感染を生じたが、ウイルス子孫は同じマウス細胞を再感染させることができなかった
[0100]ウイルスRNAでトランスフェクションしたVeroおよびNIH/3T3細胞は、トランスフェクション7日後(dpt)に完全CPEを示した(データ未提示)。ウイルス抗原は、EV71:BSのウイルスRNAでトランスフェクションしたNIH/3T3細胞で検出されたが(図10B)、該ウイルスでの感染に供されたNIH/3T3細胞では検出されなかった(図10A)。新鮮なVeroおよびNIH/3T3細胞上に再接種されたウイルス上清は、Vero細胞においてのみ増殖性感染(100%CPE)を生じたが、NIH/3T3細胞では生じず(図6A)、そしてウイルス抗原検出は、Vero細胞において感染を確認したが、NIH/3T3細胞では確認しなかった(図6B)。
実施例9
実施例10〜17の材料および方法
[0101]プラスミド、ウイルス、細菌、および細胞株:ネズミSCARB2 cDNAをコードするプラスミド(pMD18−mSCARB2)(Genbank寄託番号NP_031670.1)をSino Biological, Inc.(中国・北京)より購入した。大腸菌(E. coli)細胞における可溶性mSCARB2タンパク質の組換え発現のためのpQE30ベクター(Qiagen、ドイツ)は、Kian Hong Ng博士(Temasek Lifesciences Laboratory、シンガポール)からの寛大な贈り物であった。低コピー数プラスミドpACYC177(New England Biolabs、シンガポール)を用いて、EV71の全長cDNAをコードするプラスミドを生成した。T7ポリメラーゼを発現するプラスミド構築物(pCMV−T7pol)は、シドニー大学、ニューサウスウェールズのPeter McMinn博士からの寛大な贈り物であった。クローン由来ウイルスの断片配列決定に用いたプラスミドpZero−2を、Invitrogen(Life Technologies、USA)より購入した。
[0102]本研究に用いた臨床的単離体EV71:BS(Genbank寄託番号KF514878)、EV71:TLLm(Genbank寄託番号KF514879.1)、およびEV71:TLLmv(Genbank寄託番号KF514880.1)は、上記にまたは以前記載された[71]。
[0103]本研究に用いたすべての細胞株、アフリカミドリザル腎臓Vero(CCL−81);マウス神経芽腫Neuro−2a(CCL−131)、および線維芽細胞NIH/3T3(CRL−1658)細胞を、アメリカン組織培養コレクション(ATCC(登録商標)、USA)より購入した。上述のように、または以前記載されるように、細胞を増殖させ、そして維持した[71]。
[0104]大腸菌細胞BL21株(New England Biolabs、シンガポール)を高レベルタンパク質発現のために用い、TOP10株(Life Technologies、USA)を個々のクローンの断片配列決定のために用い、そしてXL−10 Gold超コンピテント株(Stratagene、USA)を全長ゲノムcDNAクローンの生成のために用いた。
[0105]EV71:BS全長ゲノムcDNAクローン、カプシドキメラクローン、およびVP1/VP2突然変異体クローンの構築:EV71:BS cDNAクローンを2段階クローニングによって生成した。ウイルスRNA抽出(QiagenウイルスRNAキット、ドイツ)およびcDNAへの変換(Life Technologies Superscript−II RT、USA)は、上にまたは以前記載されてきている[71]。5’UTRおよびP1領域をコードするゲノム近位断片を、プライマー対:EV71_BamHI−PfFおよびEV71_Pf−AatIIR(表5)を用いて増幅し、これらのプライマーは、プラスミドpACYC177へのクローニングのため、BamHIおよびAatII制限部位を含有する。P2、P3、および3’UTRをコードする遠位断片をプライマー対EV71_HindIII−DFおよびEV71_D−BamHIRを用いて増幅し、これらの対はまた、クローニングのためのHindIIIおよびBamHI制限部位も含有する。近位断片は、転写を容易にするため、5’UTR上流にT7ポリメラーゼプロモーター領域を含有する。EagIおよびAatIIでの消化後、近位断片を遠位断片に連結し、そして全長EV71:BSクローンを産生した。
表5
プライマー
[0106]EV71:BSのP1領域をEV71:TLLmのP1で置換するため、MluI制限部位を5’UTRおよびP1の間の境界内に操作した(プライマー対SDM_MluIFおよびSDM_MluI−R)。EV71:TLLmのP1 cDNA配列を増幅し(プライマー対MluI−TLLm−P1FおよびEagI−TLLm−P1R)、MluIおよびEagIで消化し、そして近位断片を宿する構築物内にクローニングした。この修飾近位断片を続いて、記載するように、遠位断片に連結させた。
[0107]VP2およびVP1タンパク質においてアミノ酸置換を含むクローンを生成するため、遠位断片に連結する前に、近位断片において、部位特異的突然変異誘発を行った。VP2 S144T(nt G1385C)アミノ置換を、特異的プライマー対VP2_G1385C−FおよびVP2_G1385C−Rを含む近位断片内に導入した。異なるプライマー対を用いて、類似の方式で、VP2 S144T(nt G1385C)、VP1 K98E(nt A2734G)、E145A(nt A2876C)、およびE167E(nt C2947T)もまた生成した(表5)。
[0108]「マウス細胞進入表現型」の評価:生ウイルスを生成するため、製造者が推奨するプロトコルにしたがって、Lipofectamine 2000(Life Technologies、USA)を用いて、Vero細胞内に、cDNAクローンを、T7 RNAポリメラーゼを発現する別の構築物(pCMV−T7pol)と同時トランスフェクションした。トランスフェクション上清をトランスフェクション7〜10日後に採取し、そして上述のように、または以前記載されるように[71]、一晩植え付けた細胞株上に1MOIで接種した。細胞をウイルス上清と、37℃で1時間インキュベーションし、そしてPBSで2回洗浄した後、新鮮なDMEM、1%FBSを含む培地で置換した。
[0109]感染表現型を評価するため、溶解性細胞変性効果(CPE)誘導の進行を記録し、そして多様な時点で画像を取った。感染細胞もまた採取し、そして上述のように、または以前記載されるように[71]、ウイルスタンパク質の免疫蛍光検出のためにプロセシングした。簡潔には、接着細胞をトリプシン処理し、そして培養上清からペレットした細胞を合わせ、無菌リン酸緩衝生理食塩水(PBS)中で2回洗浄し、そしてテフロンスライド上に固定した。固定細胞を汎エンテロウイルス・モノクローナル抗体(Merck Millipore、USA)とインキュベーションし、そして標準的FITCコンジュゲート化抗マウスIgG抗体で検出した。感染細胞培養上清もまた採取し、透明にし、そしてReedおよびMuench法[61]を用いたウイルス力価決定のため、連続希釈に供した。力価がひとたびわかると、上清を新鮮に植え付けたNIH/3T3およびNeuro−2a細胞上に1MOIで継代し、そして本明細書に記載する方法を用いて、感染表現型を再び評価した。
[0110]可溶性SCARB2タンパク質の組換えタンパク質発現、およびSCARB2ウサギ抗血清の産生:マウスSCARB2の細胞外ドメイン(aa Arg27〜Thr432)をコードするプラスミドpMD18−mSCARB2を、プライマー対pQE−mSCARB2FおよびpQE−mSCARB2Rで増幅して、BamHIおよびHindIII制限部位を導入して、pQE30タンパク質発現ベクター内へのクローニングを容易にした。クローンをBL21大腸菌細胞に形質転換し、そして1mM IPTG一晩で、タンパク質発現を誘導した。採取した細胞をリゾチーム(1mg/ml)消化し、そしてNi−NTAカラム(Qiagen(登録商標)、ドイツ)を用いて、未精製抽出物を精製した。透明にした溶解物を1mlの50%Ni−NTAスラリー中、穏やかに振盪しながら4℃で一晩インキュベーションした。タンパク質を洗浄緩衝液(50mM NaHPO、300mM NaCl、20mMイミダゾール、pH8.0)中で5回洗浄し、そして溶出緩衝液(50mM NaHPO、300mM NaCl、250mMイミダゾール、pH8.0)で溶出した。
[0111]2匹の健康な雄ウサギを、第0日、フロイントの完全アジュバント(Sigma−Aldrich(登録商標))と混合した1.4μgの精製マウスSCARB2タンパク質で免疫した。フロイントの不完全アジュバント(Sigma−Aldrich(登録商標))と混合した0.8μg抗原を含有するブースターを、第21日、第42日、第63日、第84日、および第105日に注射した。心臓穿刺による最終出血を第117日に行い、そして収集した血液を4℃で一晩インキュベーションした後、3,000rpmで30分間遠心分離した。透明になった血清を収集し、そしてさらなる使用のため、−20℃で保存した。SCRAB2ウサギ抗血清の産生は、Temasek Lifesciences Laboratory施設動物飼育使用委員会(TLL−IACUC)によって認可された[認可番号047/17]。
[0112]ネズミSCARB2タンパク質とのウイルス競合アッセイ:in vitro結合アッセイを行って、マウスおよびヒトSCARB2タンパク質とEV71:TLLmvの相互作用を確認した。NIH/3T3細胞(ウェルあたり6000)を無菌テフロンコーティングスライド(Erie、USA)上に一晩植え付けた。ウイルス接種前、100 MOI EV71:TLLmvを多様な濃度の組換えマウスSCARB2(mSCARB2)またはヒトSCARB2(hSCARB2)タンパク質(4.0μg、2.0μg、1.0μg、0.5μg、0.25μg、0.125μg、および0μg)と、振盪プラットホーム中、37℃で2時間インキュベーションした。CPEの徴候に関して感染細胞を毎日観察し、そして感染48時間後、無水アセトン中で固定した(4℃、10分間)。固定した細胞を汎エンテロウイルス抗体(Merck Millipore(登録商標)、USA)で免疫蛍光的にアッセイした。直立蛍光顕微鏡(Nikon、日本)でスライドを画像化した。
[0113]ウイルス−SCARB2結合アッセイ:抗体仲介性SCARB2ブロッキングアッセイを固定細胞上で行って、細胞表面SCARB2タンパク質をマスキングすると、ウイルス結合に影響を及ぼすかどうかを評価した。テフロンスライド上で培養したNIH/3T3およびVero細胞を固定し(4%PFA、25分間、室温)、そしてPBS中の5%BSAで37℃で1時間ブロッキングした。mSCARB2に対して作製したポリクローナルウサギ血清(1:100)中、37℃で1時間、スライドをインキュベーションした。陰性対照のため、サフォードウイルスLタンパク質に対して作製したポリクローナルウサギ血清と細胞をインキュベーションした。スライドをPBS中で洗浄した後、生EV71:TLLmv(1000MOI)と37℃で1時間インキュベーションし、そして汎エンテロウイルス抗体で探査し、そしてFITCコンジュゲート化抗体で検出した。スライドを、Zeiss LSM 510 Meta倒立共焦点レーザー顕微鏡(Zeiss、ドイツ)で画像化し、そしてImaris(BitPlane Scientific Software、ドイツ)画像化ソフトウェアを用いて、蛍光強度を測定した。Prism GraphPadバージョン6.01(GraphPad Software, Inc.、USA)を用いて、蛍光強度相違の統計分析を行った。
[0114]ウサギ抗SCARB2ポリクローナル血清を用いたウイルス感染からの細胞防御アッセイ:細胞感染に対する影響を評価するため、生存細胞に対して、抗体仲介性SCARB2ブロッキングアッセイもまた行った。一晩植え付けたNIH/3T3細胞(96ウェルプレート中、ウェルあたり1x10細胞)を、マウスまたはヒトSCARB2タンパク質のいずれかに対して作製したウサギポリクローナル血清の2倍連続希釈(1:20〜1:640)と37℃で1時間インキュベーションした。続いて、細胞に、100 MOIのEV71:TLLmvまたはクローン由来ウイルス突然変異体CDV:BS[M−P1]およびCDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]を37℃で1時間接種した。細胞をPBSで2回洗浄した後、新鮮なDMEM(1%FBS)と交換した。CPEの徴候に関して細胞を毎日観察し、そして感染した細胞培養上清を感染3日後(dpi)に採取した。上清を、以前のように[6、71]、1%デオキシコール酸ナトリウム中、室温で15分間激しくボルテックスすることによるウイルス脱凝集プロセスの後、ウイルス力価決定に供した。ウイルス力価をReedおよびMuench法[61]で計数し、そして感染計算装置で、CCID50/mlとして報告した[62]。
実施例10
マウスニューロン性Neuro−2aおよび線維芽細胞NIH/3T3細胞へのEV71:BSゲノムRNAのトランスフェクションは、生存ウイルス子孫を生じる
[0110]ネズミ線維芽細胞NIH/3T3および神経芽腫Neuro−2a細胞は、以前、EV71:BS感染に対して非許容性であり、一方、Vero細胞は許容性であることが立証された(上記または[71])。どちらもEV71:BSに由来する2つの株、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvは、これらのネズミ細胞内に成功裡に進入し、そしてその中で複製された。EV71:BSゲノムがこれらの非許容性細胞中で複製可能であるかどうかを決定するため、EV71:BS由来のゲノムRNAを抽出し、そしてVero、NIH/3T3、およびNeuro−2a細胞内にトランスフェクションした。同様に、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmv由来のゲノムRNAを、比較のため、これらの3つの細胞株にトランスフェクションした。生じるウイルス子孫生存度を評価するため、トランスフェクション上清を続いて、新鮮な細胞上に再接種した(図15A)。
[0111]Vero細胞への3つのウイルス株すべてのゲノムRNAトランスフェクションは、トランスフェクション細胞単層において、溶解性細胞変性効果(CPE)を生じた(図15B)。ウイルス抗原発現はまた、死んだ細胞(図15C)でも観察され、ウイルス複製成功が示された。同様の結果が、EV71:TLLmまたはEV71:TLLmvウイルスRNAいずれかのNIH/3T3およびNeuro−2a細胞単層へのトランスフェクションから観察された(図15Bおよび15C)。一方、NIH/3T3およびNeuro−2a細胞内へのEV71:BS RNAのトランスフェクションは、ウイルス抗原発現を示すいくつかの細胞の死を導いたが、細胞単層の完全CPEは生じなかった。NIH/3T3およびNeuro−2a細胞の両方由来のEV71:BSトランスフェクション上清の新鮮なVero細胞へのさらなる継代は、細胞単層の完全溶解の誘導(図15D)および死んだ細胞におけるウイルス抗原の検出(図15E)を導いた。しかし、新鮮なNIH/3T3細胞上でのトランスフェクション上清の継代は、CPE(図15D)またはウイルス抗原発現(図15E)のいずれも生じなかった。
実施例11
マウス細胞株適合EV71:TLLmのカプシドコードP1領域は、ネズミNIH/3T3およびNeuro−2a細胞へのウイルス進入成功に関与する
[0112]以前の分析によって、EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvのカプシドタンパク質は、NIH/3T3およびNeuro−2a細胞への進入成功に関与しうることが示唆される(上記または[71])。これを確認するため、EV71:BSゲノムの全長cDNAクローンを、標準逆遺伝学によって生成した。EV71:BSの全長cDNAクローンのP1(カプシド)領域を続いて、EV71:TLLm P1の遺伝子配列で置換して、キメラプラスミドクローンを生成した(図16A)。EV71:BS cDNAクローンをVero細胞にトランスフェクションして、クローン由来ウイルス(CDV:BS)を生成した。同様に、キメラクローンをトランスフェクションして、EV71:TLLmのカプシドタンパク質を示し、そしてEV71:BSの非構造タンパク質を発現する、CDV:BS[M−P1]を生成した。これらのCDVを多様な細胞株に再接種して、感染表現型を評価した(図16B)。
[0113]EV71:BSクローン由来ウイルス(CDV:BS)は、Vero細胞においてCPEを誘導したが、NIH/3T3およびNeuro−2a細胞では誘導せず、一方、CDV:BS[M−P1]は、感染48時間後(hpi)、3つの細胞株すべてでCPEを誘導した(図16C)。CDV:BS[M−P1]に感染したネズミ細胞は、死んだ細胞において、ウイルス抗原の検出を生じたが、CDV:BSでは生じなかった(図16D)。最初の継代(P1)における生存ウイルス子孫の産生および放出を評価するため、感染細胞由来の透明にした培養上清を、同じ細胞株の新鮮な単層上に再接種し、そして72hpiで、ウイルス収量を測定した。CDV:BSおよびCDV:BS[M−P1]両方のVero細胞上での継代は、高いウイルス力価を示し、そしてさらなる継代(P2)後、有意な力価増加が観察された(図16E)。一方、CDV:BS[M−P1]の継代(P1)は、NIH/3T3およびNeuro−2a細胞両方における高いウイルス収量を生じたが、CDV:BSはそうではなかった(図16F)。
実施例12
EV71:BSカプシドにおけるVP1−L169Fアミノ酸置換は、ウイルスがネズミ細胞に進入し、そして限定された感染を誘導することを可能にする
[0114]マウス細胞適合EV71:TLLmのカプシドタンパク質は、ネズミ細胞へのEV71:BSの進入を可能にし、そして本発明者らは、この新規表現型を与える特定の残基の同一性に興味を持った。EV71:BSおよびマウス細胞適合EV71株のポリタンパク質配列整列の比較に関する以前のデータは、宿主細胞上のウイルス受容体結合に関与する可能性があるVP1およびVP2タンパク質における多数のアミノ酸置換を示した(上記または[71])。これらの残基には、VP1 K98E、E145A、およびL169F、ならびにVP2 S144TおよびK149Iが含まれる。これらのアミノ酸置換のいずれがマウス細胞進入に必要であるかを決定するため、これらのアミノ酸置換を生じる個々の突然変異を、標準的部位特異的突然変異誘発を通じて、EV71:BS全長cDNAクローン内に導入した(図17A)。これらの修飾cDNAクローンをVero細胞に独立にトランスフェクションして、クローン由来ウイルス(CDV)を生成し、そして採取した上清を、新鮮に植え付けたVero、NIH/3T3、およびNeuro−2a細胞上に接種して、感染表現型を評価した。
[0115]突然変異体クローン由来ウイルス(CDV)すべてに感染したVero細胞は、100%CPEを示したが、VP1アミノ酸置換を宿するCDV、CDV:BSVP1[K98E]、CDV:BSVP1[E145A]、およびCDV:BSVP1[L169F]のみが、Neuro−2a細胞における100%CPEを生じた(図17Bおよび17C)。ウイルス抗原発現は、VP1(CDV:BSVP1)およびVP2(CDV:BSVP2)にアミノ酸置換を含有するCDVに感染させたVeroおよびNeuro−2a細胞において検出されたが、CDV:BSVP2に感染したNIH/3T3細胞のみがウイルス抗原発現を示した(図17Dおよび17E)。さらに、すべての突然変異体CDVに感染したVero細胞が、測定可能なウイルス力価を生じ(図17F)、ウイルス生存性を示唆したが、CDV:BSVP1[L169F]のみが、Vero細胞においてアッセイした際、感染NIH/3T3およびNeuro−2a細胞の培養上清中で測定可能なウイルス力価を生成した(図17G)。しかし、CDV:BSVP1[L169F]に感染したNIH/3T3およびNeuro−2a細胞由来の培養上清の健康なネズミ細胞上のさらなる継代は、感染誘導に失敗した。
実施例13
ネズミ細胞における効率的な増殖性感染は、VP1での組み合わせアミノ酸置換を必要とする
[0116]VP1およびVP2におけるアミノ酸置換の組み合わせがまた、EV71:BSをマウス細胞に進入させることが可能であるかどうかを評価するため、多様な組み合わせのアミノ酸置換を含むEV71:BSの全長ゲノムcDNAクローン(BSVP2[S144T/K149I]、BSVP[K98E/E145A]、BSVP1[K98E/E145A/L169F]、およびBS[VP1/VP2])を生成した(図18A)。プラスミドクローンを独立にVero細胞上にトランスフェクションし、そして生じた上清を用いて、Vero、NIH/3T3、およびNeuro−2a細胞に接種して、感染表現型を評価した。
[0117]アッセイしたCDVは、CDV:BSVP2[S144T/K149I]を除くすべてが、VeroおよびNeuro−2a細胞において、CPEを誘導した(図18B)。多様なCDVに感染させたすべての細胞においてもまた、ウイルス抗原が検出されたが、ネズミ細胞株を比較した際、免疫染色は、NIH/3T3細胞よりも、Neuro−2aにおいてより顕著であった(図18C)。すべてのCDVに感染したVero細胞の培養上清において、高いウイルス力価が測定可能であった(図18D)が、CDV:BSVP1[K98E/E145A]およびCDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]は、Vero細胞においてアッセイした際、感染NIH/3T3およびNeuro−2a細胞の培養上清において、測定可能なウイルス力価を生じた(図18E)。
実施例14
VP1 K98E、E145A、およびL169Fの組み合わせたアミノ酸置換を含むEV71:BSウイルスは、マウスNeuro−2a細胞において、成功裡に継代可能であった
[0118]クローン由来ウイルス単離体のうち4つ:CDV:BS[M−P1]、CDV:BSVP1[L169F]、CDV:BSVP1[K98E/E145A]、およびCDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]は、これまでのところ、EV71:BSが培養マウス細胞株に進入し、そして感染させるのを可能にしてきた。これらのCDVのうちいずれが多数回周期に関して、マウス細胞を安定感染させうるかを同定するため、同じ細胞株で2回、すなわちNeuro−2aから新鮮なNeuro−2a細胞に、ウイルス上清を継代した。CPE誘導およびウイルス抗原発現、ならびに生存ウイルス子孫の産生の評価によって感染を監視した。
[0119]ウイルス抗原の検出(図19A)および測定可能なウイルス力価(図19B)によって立証されるように、CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]およびCDV:BS[M−P1]のみがNeuro−2a細胞において連続して継代成功が可能であった。継代2回目および3回目の両方において、陽性染色が観察され、そして最初の継代に比較して、継代2回目において、ウイルス力価の増加が記録された。一方、CDV:BS[M−P1]は、NIH/3T3細胞において、ウイルス抗原の発現を誘導可能であった(図19A)が、生存可能なウイルス子孫は検出されなかった。Neuro−2a細胞における3回目の継代から得られるCDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]のゲノム配列は、導入されたアミノ酸突然変異の変化を示した(図19C)。
実施例15
マウス細胞株適合株EV71:TLLmvは、in vivoおよびin vitroの両方で、SCARB2タンパク質に結合する
[0120]EV71は、スカベンジャー受容体クラスBメンバー2(SCARB2)タンパク質を、宿主細胞進入のため、その受容体として利用することが、最近、証明された[47]。マウス細胞株適合性EV71株がまた、マウス細胞感染中、SCARB2を利用するかどうかを確認するため、競合的ウイルス結合アッセイを行った。まず、テフロンコーティングしたスライド中で、一晩増殖させ、そして4%パラホルムアルデヒドで穏やかに固定したNIH/3T3およびVero細胞を、マウスSCARB2タンパク質(mSCARB2)に対するウサギ血清とインキュベーションした後、in vitroで生EV71:TLLmvと結合させた。汎エンテロウイルス・モノクローナル抗体を用いて、結合した細胞を蛍光検出し、そして蛍光強度を定量化した。NIH/3T3細胞を抗mSCARB2血清とプレインキュベーションすると、EV71:TLLmv結合の有意な減少が生じ(図20A)、これは、細胞を非特異的血清(NSP)とプレインキュベーションした際には観察されなかった。同様の結果がVero細胞を用いた際に観察された(図20B)。
[0121]第二の実験において、生EV71:TLLmvを組換え可溶性SCARB2タンパク質とインキュベーションした後、植え付けたNIH/3T3細胞上に接種し、そして結合した汎エンテロウイルス・モノクローナル抗体の蛍光タグ付けによって、感染を評価した。可溶性mSCARB2とウイルスをプレインキュベーションすると、用量依存方式で、細胞感染の重症度が減少した(図20C)。ヒトSCARB2(hSCARB2)タンパク質をプレインキュベーションにおいて用いた際も同様の結果が得られた(図20D)。
実施例16
SCARB2タンパク質に対して作製された血清とマウス細胞をプレインキュベーションすることによって、EV71:TLLmvでの細胞感染がブロッキングされる
[0122]EV71:TLLmvとSCARB2の相互作用をブロッキングすることによって、細胞感染が減少するかどうかを評価するため、植え付けたNIH/3T3細胞を、多様な希釈のSCARB2タンパク質抗血清とインキュベーションした後、生EV71:TLLmvを接種し、そして生ウイルス子孫の力価を測定することによって、感染を評価した。低希釈のhSCARB2抗血清(1:20〜1:80)と細胞のプレインキュベーションは、対照に比較して、ウイルス力価の有意な用量依存性減少を生じた(図20E)。細胞をmSCARB2抗血清とプレインキュベーションした際、類似の結果が得られた(図20F)。
実施例17
CDV:BS[M−P1]およびCDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]は、ネズミSCARB2タンパク質をネズミ細胞への進入のための機能的受容体として利用する
[0123]CDV:BS[M−P1]およびCDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]はどちらも、マウスNeuro−2a細胞を安定に感染させる。これらのCDVもまた、マウス細胞適合EV71:TLLmv株と同様、ウイルス進入および脱外被のためにmSCARB2を利用するかどうかを決定するため、Neuro−2a細胞をmSCARB2抗血清とインキュベーションした後、CDV突然変異体に感染させた。CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F](図21A)またはCDV:BS[M−P1](図21B)のいずれかに感染させた細胞において、溶解性CPEの用量依存性減少が観察された。感染7日後(dpi)の培養上清の力価決定は、対照に比較して、SCARB2抗血清とプレインキュベーションした細胞において、CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]ウイルス力価の有意な相違は明らかにしない。一方、対照に比較して、血清とプレインキュベーションしたCDV:BS[M−P1]感染細胞において、有意なウイルス力価減少が検出された(図21D)。
実施例18
実施例19の材料および方法
[0124]動物モデル:マウス細胞適合株(EV71:TLLmおよびEV71:TLLmv)の動物感染表現型を決定するため、5〜6日齢のBalb/cマウスを10 CCID50のウイルスに感染させ、そして疾患および神経学的合併症の症状に関して観察した。動物を最大28日間追跡し、その後、動物を屠殺して、そしてEV71特異的抗体の検出に関して、血清を収集した。
実施例19
Balb/cマウスにおけるマウス細胞株適合EV71(EV71:TLLmおよびEV71:TLLmv)の神経病原性研究
[0125]EV71:TLLm(n=7)に感染した免疫適格動物のうち、感染8日後、2匹(29%)は、重症および持続性(>24時間)麻痺で死亡した(図13A)。他の生存マウスのうち、5匹(5/7、71.4%)は振戦および運動失調を示し、5匹は一方または両方の後肢に不全麻痺を示し、そして4匹(4/7、57.1%)は一方または両方の後肢いずれかに一時的な麻痺を示した。一方、EV71:TLLmvに感染した動物は、疾患のより重度の臨床的な徴候を示した。10匹の感染動物のうち9匹(90%)は、感染8日以内に疾患に屈し(図13A)、9匹のうち6匹(66.7%)が、感染後4日以内に死亡した。提示される他の症状には、振戦(5/10、50%)、一方または両方の後肢いずれかの麻痺(6/10、60%)、および一方または両方の後肢いずれかの麻痺(5/10、50%)が含まれる。偽感染動物に比較して、EV71:TLLmに感染したマウスの体重には相違はないようであるが、EV71:TLLmvに感染したマウスは、感染の最初の10日以内に、体重の劇的な減少を示した(図13B)。より興味深いことには、本発明者らは、EV71感染マウスにおける新規症状を観察し、それによって、麻痺した動物(図14A、矢印)は、顕著な肋骨下後退を伴う頻呼吸を提示した。さらに、9匹のうち6匹(66.7%)の死亡動物は、安楽死より前に、この症状を提示した。剖検に際して、本発明者らはまた、肺および心臓組織を収集する際の剖検の通常の処置である、胸腔の開放に際して、肺が圧潰不能である(図14B、矢印)ことも観察し、肺浮腫が存在していることが示唆された。組織の組織学的検査によって、肺浮腫および肺の肺胞空間における出血の特徴が明らかになり(図14C)、そしてより高い倍率の画像は、出血性タンパク質性物質の存在を示す(図14D、矢印)。
[0126]また、易感染性マウス、例えばNSGマウスを用いても、本実施例を行った。疾患の重症度がより高く、そして死亡率がより高い以外は、類似の結果が得られた。
実施例20
候補抗EV71化合物のスクリーニング
[0127]EV71:TLLmまたはEV71:TLLmvウイルス株による細胞溶解性感染に感受性であることが示されているマウスNIH/3T3細胞株を用いて、候補抗EV71化合物のハイスループットin vitroスクリーニングを行う。in vitroスクリーニングから選択した有望な化合物を、次いで、動物モデルにおいてin vivo試験する。in vivoスクリーニングを達成するため、標準化された(統計計算に基づく)数のBALB/cマウスを、調製され、力価決定され、そしてディープフリーザー(−80℃)中に維持された、マウス細胞株適合EV71株(EV71:TLLmおよびEV71:TLLmv)の標準化されたストックから、ウイルス株の標準化された力価で感染させる。候補抗EV71化合物を、候補化合物の潜在的な予防的効果をアッセイするため、疾病の出現前、または候補化合物の潜在的な療法的効果をアッセイするため、疾病の開始後のいずれかに、多様な標準化された投薬量で、感染マウスに投与する。
実施例21
実施例22〜25の材料および方法
[0128]マウスおよびウイルス株:成体BALB/cマウスをInVivos(シンガポール)から購入し、そして交配させて仔を得た。接種に用いたEV71株には、EV71:BS、EV71:TLLm、およびEV71:TLLmvが含まれ、これらの詳細および特徴は本明細書に記載されてきている。
[0129]倫理記載:動物処置は、Temasek Lifesciences Laboratory施設動物飼育使用委員会(IACUC)によって認可された(認可番号TLL−14−023)。瀕死となった感染動物は、I.P.経路を通じて90mg/kgペントバルビトンを注射することによって安楽死させた。カリフォルニア大学サンフランシスコ校施設動物飼育使用委員会(IACUC)によって設定されたガイドラインおよび標準処置にしたがって、神経学的検査を行った。安楽死の基準には、以前設定されたガイドラインが含まれた[34]:(1)最大記録体重の>20%の喪失、(2)>48時間持続する麻痺、(3)摂食欠如または摂食不能、(4)姿勢保持不能、および(5)昏迷または昏睡いずれかとして提示される意識状態改変。仔を全部で28日間観察し、そしてこの期間を生き延びた動物を、ペントバルビトンのI.P.注射によって安楽死させた。
[0130]動物取り扱いおよび感染:多様な年齢(6日、14日、21日、または28日齢)の8匹のマウスの群に、EV71:TLLmv(用量10 CCID50)をI.P.またはI.M.注射のいずれかによって接種した。EV71:TLLmvの最適用量を決定するため、6日齢の仔の群(群あたり8匹)を多様な用量のウイルス(10、10、10、10、または10 CCID50)に、I.P.経路を通じて曝露した。感染後の最初の1週間、疾患提示に関して、感染動物を1日2回観察した。瀕死の動物および観察期間を生き延びた動物の両方を、上述のように安楽死させた。26G針を用い、心臓穿刺を通じて、ターミナル(terminal)血液収集を行った。
[0131]剖検、肉眼的病理学的観察、および組織収集:標準的プロトコルを用いて、安楽死させた動物を剖検し、臓器を採取した。肉眼的病理検査もまた行い、そしてIACUC認可を受けて写真を撮影した。肺表面を無菌PBSで2回フラッシュし、そしてフィルターペーパーでブロット・ドライした後、湿重量を測定した。組織学的研究のため採取した臓器を、10%中性緩衝ホルマリン(NBF)中、4℃で1週間保存した。
[0132]組織ウイルス負荷の決定:テフロン乳棒を用いて凍結組織を柔らかくし、そして1ml DMEM(1%FBS)中で再構成した。次いで、試料を1時間混合し、そして2回遠心分離(20g、30分間、4℃)して、組織破片を除去し、そして透明になったウイルスを得た。ウイルス試料を1%デオキシコール酸ナトリウム中で脱凝集させた[88]後、10倍連続希釈して、そしてNIH/3T3細胞上にトランスファーした。感染細胞を、細胞変性効果(CPE)に関して毎日観察し、そして汎エンテロウイルス・モノクローナル抗体(Merck Millipore、USA)で細胞を染色した[88]。ウイルス力価を計数し、そしてg組織あたりのCCID50として報告した。
[0133]組織学的分析のための組織プロセシング:増加する濃度の70%、95%および100%エタノール中で、固定組織を脱水した。組織を、アルコールの2回交換およびHistoclear II(Electron Microscopy Sciences、USA)の3回交換中でインキュベーションし、そして最後に、融解パラフィンワックスの4回交換で浸潤させた。すべてのインキュベーションは、100rpmの穏やかな振動を伴う室温1時間であった。パラフィン浸潤を65℃に設定したオーブン中で行った。マイクロトームを用いて、パラフィン包埋組織ブロックの切片作製(5μm)をし、ポリリジンコーティングガラススライド上に装填し、42℃で一晩乾燥させ、そして次いで、さらなる使用まで、室温で保存した。
[0134]組織切片の染色:Histoclear IIの2回交換におけるインキュベーションによって組織切片を脱ワックスし、そして次いで、100%、95%、70%、および50%の減少するアルコール濃度中で、ゆっくりと脱水した。スライドを染色前に10分間PBS中でインキュベーションした。Harrisのヘマトキシリン(Sigma Aldrich、USA)にスライドを最初に浸し、そして室温(RT)で15分間インキュベーションすることによって、ヘマトキシリンおよびエオジン(H&E)染色を行った。次いで、スライドを水中でリンスし、1%酸アルコールで脱染色し(95%エタノール、1%HCl)、0.2%NH4OH中に浸し、そして水中で10分間リンスした後、エオジン溶液中で対比染色した。スライドを次に、95%エタノール中で脱染色し、無水アルコールの3回交換およびHistoclear IIの2回交換によって脱水した。最後に、組織をDPXマウンティング液(Sigma Aldrich、USA)中にセッティングした。
[0135]免疫組織化学:脱ワックスおよび再水和後、スライドを、組織学等級電子レンジおよびクエン酸緩衝液(pH6.0)中での96℃30分間のインキュベーションによって、熱誘導抗原回収に供した。3時間に渡ってスライドをRTまで冷却させ、そして続いて、5%正常ブタ血清で、RTで1時間ブロッキングした。次いで、さらなる洗浄を伴わずに、EV71に対するポリクローナル抗体(NIID、日本の清水博之博士からの寛大な贈り物)を含有するウサギ血清中、スライドを4℃で一晩インキュベーションした。次いで、スライドをTris緩衝生理食塩水(pH7.4)、0.05%Tween−20(TBS−T)中で5回洗浄し、そしてTBSで2回リンスした後、3%HをRTで1時間添加することによって、内因性ペルオキシダーゼを反応停止させた。スライドを続いてTBS中で2回洗浄した後、ブタ抗ウサギIg−HRP(Dako Cytomation、デンマーク)とRTで1時間インキュベーションした。洗浄後、スライドをジアミノベンジジン(DAB)基質中でインキュベーションし、そしてヘマトキシリンで対比染色した。
[0136]組織切片におけるウイルス抗原およびウイルス誘導性病変のマッピング:マウス脳の代表的な冠状断面のテンプレート画像を、www.brainstars.orgよりダウンロードした[89]。これらの画像はクリエイティブ・コモンズ・ジャパンからのライセンスの元で、自由に使用し、そして加工することが可能である。観察された病変およびウイルス抗原をテンプレート画像上にマークした。冠状断片のマウス脳アトラス(www.mouse.brain−map.org/static/atlas)を用いて、罹患脳領域を同定した[90]。同様に、胸部脊髄の代表的な冠状断面図を、脊髄マップのテンプレートとして用いた。次いで、ウイルス抗原およびウイルス誘導性病変の存在が示される領域をテンプレート画像上にマークした。
[0137]血清カテコールアミンレベルの測定:剖検中、瀕死の動物の心臓穿刺によって、血液試料を収集した。凝血試料を3000g、4℃で30分間遠心分離することによって、血清を得て、次いで、製造者のプロトコルにしたがって、2−CAT(A−N) ELISAキット(Labor Diagnostika Nord、ドイツ)を用いて、カテコールアミンレベルを決定するまで、−20℃で保存した。
[0138]統計分析:WindowsのためのGraphPad Prism(バージョン6.01)(GraphPad Software、USA、www.graphpad.com)を用いて、すべてのグラフを生成し、そして統計分析を行った。
[0139]ウイルス株EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvによって誘導される感染表現型の比較:6日齢のBALB/cマウスの仔に、106 CCID50用量のEV71:BS、EV71:TLLm、またはEV71:TLLmvを腹腔内(I.P.)または筋内(I.M.)経路(群あたり、n=10のマウス)で接種した。接種後の最初の1週間、疾患の徴候に関して、動物を1日2回観察し、そしてすでに記載したように、決定的な徴候が検出された際、安楽死させた。
[0140]感染マウス由来の血清中の中和抗体レベルの測定:室温で凝血する前に、剖検時に心臓穿刺によって血液試料を収集し、そして3000g、4℃で20分間遠心分離することによって、血清を得た。さらなる分析まで、試料を−20℃で保存した。凍結ストックのランダム試料を、中和抗体力価に関してアッセイした。血清の2倍連続希釈(1:20〜1:1280)を96ウェルプレート中で調製し、そして100 CCID50ウイルスと混合した。混合物を37℃で1時間インキュベーションした後、NIH/3T3細胞(6,000細胞/ウェル)を添加した。プレートを37℃で数日間インキュベーションし、そして4〜10日間の間、CPEに関して観察した。ReedおよびMuench法を用いて、中和抗体力価を決定した(ml血清あたりの単位として報告)。
実施例22
ネズミ宿主における修飾EV71株の感染動力学
[0141]エンテロウイルス71(EV71)誘導性神経学的疾患および病理の現在の動物モデルは、ヒト疾患を部分的にしか複製しない。本発明者らはしたがって、齧歯類および霊長類細胞株の両方に増殖性に感染可能である、マウス細胞(NIH/3T3)適合ウイルス株EV71:TLLmおよびEV71:TLLmvを用いて疾患病理の臨床的真性モデルを開発することを目的とした[88]。第一に、親株EV71:BSに比較したEV71:TLLmおよびEV71:TLLmvの相対病原性を、腹腔内(I.P.)経路を通じてウイルスに感染させた1週齢BALB/cマウスにおいて疾患病理を評価することによって、評価した。接種動物すべてで血清変換が観察されたが、EV71:TLLmまたはEV71:TLLmvのいずれかに感染したマウスのみが、致死性疾患に進行した(図22aおよび22b)。同様に、適合株を代替筋内(I.M.)経路を通じて投与した際、これらは再び、親株EV71:BSに比較して減少した宿主生存と関連した(57%生存;図22c)。I.P.およびI.M.感染経路を一緒に考慮した際、接種後の中央値生存時間はEV71:TLLmv感染に関しては感染4日後(DPI)、そしてEV71:TLLm感染に関しては7 DPIであった(χ=6.840;p=0.089)。総合すると、これらのデータは、マウス細胞適合ウイルス株EV71:TLLmvは、致死性の最大のレベルと関連することを示し、そしてしたがって、続く実験すべてでこれを用いた。
[0142]さらなるモデル開発のために使用する、最適ウイルス用量、接種経路、およびマウス年齢を次に評価した。まず、EV71:TLLmv感染マウスにおける疾患重症度は、ウイルス用量に依存性であり、最低生存率は、10の中央値細胞培養感染用量(CCID50)を接種された動物において観察され(図23a)、そして中央値人道的終点(HD50)は、3.98x10CCID50に同等である(図23b)ことが確認された。次いで、宿主生存に関する動物年齢および感染経路の影響を評価した;EV71:TLLmvを注射した1週齢のマウスの生存曲線は、接種経路には有意には影響を受けなかった(図23c)が、ウイルス注射部位とは無関係に、若い動物は、より高齢の動物よりも、一貫して劣った生存を示した(図23d)。より高齢の動物においてのみ、疾患重症度に対する感染経路の何らかの影響を識別することが可能であり;3週齢のマウスはI.P.感染に完全に耐性であったが、何匹かの動物は、I.M.経路を通じたウイルス注射を生き延びなかった(図24aおよび24b)。感染を生き延びたすべてのマウスでは、疾患のいかなる徴候も示さなかったものを含めて、血清変換が検出された(図24c、24dおよび24e)。これらのデータは、EV71:TLLmvが、年齢1〜3週齢のマウスにおいて致死性である、急性および重症感染を誘導することを立証した。本明細書で試験した条件のうち、腹腔内または筋組織内いずれであっても、10 CCID50のウイルス用量を注射した1週齢マウスでは、疾患重症度がより大きかった。
実施例23
EV71:TLLmv感染マウスにおける疾患進行
[0143]EV71:TLLmvを接種された1週齢マウスの大部分は、疾患に屈し、そして神経学的疾病の多数の臨床的徴候を示した。感染動物は、安楽死の時点までに、一過性または持続性いずれかの、運動失調、局所または全身振戦、安定しない歩行、および四肢不全麻痺および麻痺を示した。臨床提示に基づき、病気の動物は、4つの群に容易に分類可能であった(表6)。生存者には、28日の観察期間中のどの時点でも瀕死に見えなかったマウスが含まれた。クラスI動物は、わずか3〜7DPI後、姿勢保持不能および昏迷または昏睡いずれかを含む、重度の徴候を示した。この群のすべてのマウスは、痙性四肢不全麻痺および/または麻痺(前肢、後肢、または両方)を示したが、何匹かの動物では呼吸症状を欠き(クラス1B)、他のものは、頻呼吸、しゃっくり、喘ぎ、および肋骨下後退を含む、呼吸困難の徴候によってさらに特徴付けられた(クラスIA)。疾患のクラスIA徴候を提示するEV71:TLLmv感染マウスにおける顕著な特徴の観察は、2匹の異なるクラスIAマウスの2つのビデオクリップを含むビデオによって行われた。どちらの動物も、姿勢保持不能であり、そして昏睡状態にあった。肋骨下後退を伴う頻呼吸として提示される重度呼吸困難が、最初のマウスでは明らかであった。喘ぎ、肋骨下後退、および鼻孔から出る泡状の液体が、第二のマウスで見られた。疾患のクラスIB徴候を提示するEV71:TLLmv感染マウスにおける顕著な特徴の観察は、1匹のクラスIBマウスのビデオによって行われた。動物は、姿勢保持不能であり、そして昏迷状態にあった。右肢の同側性麻痺および左後肢の持続性振戦もまた観察された。最後に、クラスIIマウスは、7DPI後、重度の体重喪失(>20%最大体重)とともに、四肢の持続性弛緩性麻痺(>48時間の期間)を含む感染の徴候を示した(図23e)。すべての疾患クラスにおいて、感染動物の何匹かは、数日間持続する、無毛病変または背中の脱毛スポットを示した(図23f)。EV71:TLLmvをI.P.接種した仔の大部分は、クラスIに分類され(図23g);クラスIA動物は、19.3%(n=11;明らかな呼吸徴候)を構成し、一方、クラスIB動物は43.9%(n=25;明らかでない呼吸徴候)を構成した。クラスII4動物は、感染仔のわずか12.3%(n=7)にしか相当せず、そして生存者はすべての感染マウスの24.5%(n=14)を構成した。疾患カテゴリー間の分布の同様のパターンが、I.M.経路を通じて接種された仔でも観察された(図23h)。総合すると、これらのデータは、EV71:TLLmvに感染したマウスが、ヒト患者で観察される疾患の全スペクトルを反映する神経学的および呼吸症状の両方の多様な発生率および重症度を示すことを示した。
表6
安楽死時点でのEV71:TLLmv感染BALB/cマウスの臨床的特徴
動物を観察期間の終了時(28DPI)に評価した
動物は姿勢保持不能であるが、爪先の物理的刺激に反応した。
動物は姿勢保持不能であり、そして爪先の物理的刺激に反応しなかった。
頻脈は、クラスIBマウスの35%で観察された
実施例24
クラスIA徴候を提示するマウスにおける神経原性肺浮腫
[0144]クラスIAマウスで観察される呼吸困難がウイルス誘導性肺浮腫(PE)の徴候であるかどうかをさらに調べた。クラスIA、クラスIB、およびクラスIIマウスの間の肉眼的な肺病理の比較によって、クラスIA肺が膨らみ、剖検時に不完全に圧潰し(図25a〜25d)、そして他の群由来の肺に比較して、増加した湿重量を示す(図22E)ことが明らかになった。偽接種(図25f)およびクラスIA肺由来の肺組織切片の比較によって、感染動物の肺胞空間にのみ、出血の限局性領域、ならびにタンパク質性および赤血球充填液体の集積があることが明らかになった(図25g)。これらの病理学的特徴は、クラスIBおよびクラスIIマウスの肺には存在しなかった(図25hおよび25i)。さらに、本発明者らは、マウスのいかなる群から収集された肺においても、炎症性浸潤物またはウイルス抗原の証拠を見出さなかった(図26a)。同様に、感染マウスの各クラスにおける心筋の組織化学的分析もまた、炎症性浸潤物、心筋壊死、またはウイルス抗原のいかなる証拠も見出すことが不可能であった(図26b)。総合すると、これらのデータは、クラスIAのマウスにおいて明らかな呼吸困難は、肺炎または鬱血性心不全のいずれにも起因しえないことを立証した。本発明者らはしたがって、この群で観察されるPEがニューロン原性のものであるかを決定することを試み、したがって、本発明者らは次に、カテコールアミンの血清レベルを測定して、神経伝達物質濃度が、呼吸徴候を伴うEV71:TLLmv感染マウス(クラスIA)において、調節されているかどうかを決定した。このアプローチを用いて、本発明者らは、アドレナリン(エピネフリン)およびノルアドレナリン(ノルエピネフリン)両方の血中濃度が、クラスIIマウスまたは偽感染動物のいずれかで検出されるものより、クラスIAマウスで有意により高いことを観察した(図25jおよび25k)。これらのデータは、クラスIAマウスが、死亡前に、EV71誘導性神経原性肺浮腫(NPE)を示すことを強く示した。
実施例25
クラスIA、クラスIB、およびクラスIIマウスにおけるEV71:TLLmvウイルス向神経性
[0145]クラスIAマウスのみにおけるNPEの選択的発展に寄与しうる因子を同定するため、各疾患群由来の動物の脳および脊髄におけるEV71:TLLmvおよびウイルス誘導性病変の分布を次に評価した。クラスIAおよびクラスIBの動物の大部分は、評価したCNS領域すべてに、ウイルス抗原の遍在性染色(>10の陽性ニューロンが検出された)および軽度の病変(>5の病変が観察された)を示した(表7)。対照的に、クラスII疾患の5匹のマウスのうち1匹のみが、感覚皮質、海馬、間脳、中脳、延髄、または腰部脊髄にウイルス抗原および/または病変を示した。本発明者らは、CNS外の、試験したいかなる組織でも、ウイルス抗原を検出することができなかった(I.M.経路を通じた接種後の骨格筋を除く;データ未提示)。
表7
末期感染BALB/cマウスにおけるEV71抗原およびウイルス誘導性病変のCNS分布
スライドあたりで検出されるウイルス抗原の密度;+、<10の陽性ニューロン;++10〜20の陽性ニューロン;+++、>20の陽性ニューロン
明記する脳領域にウイルス抗原を示す動物の割合(n=5)
神経組織における病変の分布:+、<5の病変;++5〜10の病変;+++、>10の病変
明記する脳領域に病変を示す動物の割合(n=5)
[0146]クラスIAおよびクラスIBマウスの間のCNS病理を比較した際、組織病変およびウイルス抗原の両方が、海馬、間脳、中脳、小脳、および髄質内の同じ領域に局在しているが、病理はクラスIA疾患を伴う動物でより重度である(表7および図27a〜27d)ことが観察された。実際、クラスIBマウスと比較した際、クラスIAの動物は、海馬のCA3ニューロンにおいて、より広範な神経変性、食作用、および壊死を示した(図28aおよび28b)。クラスIAマウスはまた、視床下部における強いウイルス抗原染色も示し、これには、顕著な組織炎症およびニューロン壊死が伴う一方、これらの病理学的特徴は、クラスIB動物においては限定されていた(図28cおよび28dおよび図27b)。同様に、クラスIAマウスはまた、視床後腹側群(ventro−posterior complex of the thalamus)(図28eおよび28fおよび図27b)、中脳水道周囲灰白質(PAG)、中脳網状領域、および運動関連上丘を含む中脳関連組織(図28gおよび28hおよび図27c)、ならびに小脳のプルキニエ細胞および歯状核(図28iおよび28j、図27dおよび図29a)において、より重度のウイルス誘導病理の特徴およびウイルス抗原強度を提示した。
[0147]どちらの疾患群でも(クラスIAおよびクラスIB)、ニューロン損傷および組織炎症を伴うウイルス抗原および病変の最も広範な分布が、延髄(図28kおよび28l)、特に中間網状核(IRN)、小細胞網状核(PARN)、および三叉神経の脊髄路核(sptV)の運動関連領域に検出された(図27dおよび図29b)。しかし、クラスIAマウスのみが、髄質網状核(MdRN)の腹側および背側領域、孤束核(NTS)および最後野(AP)において、ウイルス抗原および組織病変を示した(図29bおよび29c)。比較のため、偽感染マウス由来の海馬、視床下部、視床、中脳、小脳、および髄質の代表的な画像もまた示す(図30a〜30f)。対照的に、クラスIAおよびクラスIBマウスは、運動皮質、体性感覚皮質、脳橋または脊髄灰白質の前角内の、組織病変またはウイルス抗原染色の分布、局在または度合いに関して異ならず(図28mおよび28n、図27a〜27cおよび図31a〜31e)、これはNPEが、全組織にわたる、EV71誘導性病変の均一な増加よりも、特異的脳領域に対するウイルス誘発損傷によって引き起こされるという概念と一致する。
[0148]本発明を説明する背景において(特に、以下の請求項の背景において)、用語「a」および「an」および「the」ならびに類似の参照対照の使用は、本明細書に別に示されるか、または背景によって明らかに矛盾しているのでない限り、単数形および複数形の両方を含むと見なされるものとする。用語「含む」、「有する」、「含まれる」および「含有する」は、別に示さない限り、無制限の(open−ended)用語と見なされるものとする(すなわち「限定されるわけではないが含む」を意味する)。本明細書の値の範囲の列挙は、本明細書に別に示さない限り、範囲内に属する各別個の値に個々に言及する簡略化法として働くよう意図され、そして各別個の値は、本明細書に個々に言及されるかのように、本明細書内に取り込まれる。本明細書記載のすべての方法は、本明細書に別に示さない限り、または背景によって明らかに矛盾しているのではない限り、任意の適切な順で、実行可能である。本明細書に提供するあらゆる例、または例示的な言い方(例えば「例えば」)の使用は、単に、本発明の理解をより容易にすることを意図し、そして別に請求しない限り、本発明の範囲に対して限定を課さない。本明細書における言い方のいずれも、任意の非請求要素が、本発明の実施に必須のものであることを示すとは見なされないものとする。
[0149]本発明の態様を本明細書に記載し、これには、本発明を実行するため、本発明者らに知られる最適な様式が含まれる。これらの態様の変型は、前述の説明を読むと、一般の当業者には明らかとなりうる。本発明者らは、当業者が、こうした変型を適切に使用することを予期し、そして本明細書に特に記載するものとは異なって本発明が実施されることを意図する。したがって、本発明には、適用可能な法律によって許可されるような、付随する請求項に列挙される主題のすべての修飾および同等物が含まれる。さらに、本明細書に別に示さない限り、または背景によって明らかに矛盾しない限り、すべてのありうる変型における上述の要素の任意の組み合わせが本発明に含まれる。
参考文献一覧
発明の態様
[態様1]齧歯類を感染させるために修飾したEV71に感染させた齧歯類を含む、エンテロウイルス71(EV71)神経感染の動物モデル。
[態様2]修飾EV71が齧歯類細胞株適合EV71である、請求項1の動物モデル。
[態様3]修飾EV71が、EV71:TLLmvである齧歯類細胞株適合EV71である、請求項1または2の動物モデル。
[態様4]EV71:TLLmvが、タイプカルチャーコレクション中国センターに寄託され、そして寄託番号CCTCC V201438を割り当てられている、請求項3の動物モデル。
[態様5]修飾EV71が、EV71:TLLmである齧歯類細胞株適合EV71である、請求項1または2の動物モデル。
[態様6]EV71:TLLmが、タイプカルチャーコレクション中国センターに寄託され、そして寄託番号CCTCC V201437を割り当てられている、請求項5の動物モデル。
[態様7]修飾EV71が、VP1に突然変異を含有するEV71クローン由来ウイルス(CDV)である、請求項1の動物モデル。
[態様8]修飾EV71が、EV71 CDV CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]である、請求項1または7の動物モデル。
[態様9]齧歯類が免疫適格性である、請求項1〜6のいずれか一項の動物モデル。
[態様10]齧歯類がマウスである、請求項9の動物モデル。
[態様11]齧歯類細胞株がマウス細胞株NIH/3T3である、請求項10の動物モデル。
[態様12]齧歯類が免疫適格性である、請求項7または8の動物モデル。
[態様13]齧歯類がマウスである、請求項12の動物モデル。
[態様14]齧歯類細胞株がマウス細胞株NIH/3T3またはマウス細胞株Neuro−2aである、請求項13の動物モデル。
[態様15]齧歯類が免疫適格性である、請求項1または2の動物モデル。
[態様16]齧歯類がマウスである、請求項15の動物モデル。
[態様17]マウスがBALB/cマウスである、請求項16の動物モデル。
[態様18]抗ウイルス薬剤をスクリーニングする方法であって:動物の試験群および動物の対照群を提供し、ここで各群の動物は、請求項1〜17のいずれか一項の動物モデルを含む;試験群に抗ウイルス薬剤候補を投与し;試験群および対照群において、疾患進行を監視し;試験群における疾患進行を対照群における疾患進行に比較し;そして対照群に比較して試験群において疾患進行を減少させる抗ウイルス薬剤候補を選択する工程を含む、前記方法。
[態様19]抗ウイルス薬剤が、動物におけるスクリーニングの前に、まず、修飾エンテロウイルス71に感染させた試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる、請求項18の方法。
[態様20]抗ウイルスワクチンをスクリーニングする方法であって:動物の試験群および動物の対照群を提供し、ここで各群の動物は、請求項1〜17のいずれか一項の動物モデルを含む;試験群に抗ウイルスワクチン候補を投与し;試験群および対照群において、疾患進行を監視し;試験群における疾患進行を対照群における疾患進行に比較し;そして対照群に比較して試験群において疾患進行を減少させる抗ウイルスワクチン候補を選択する工程を含む、前記方法。
[態様21]抗ウイルスワクチンが、動物におけるスクリーニングの前に、まず、修飾エンテロウイルス71に感染させた試験齧歯類細胞株においてスクリーニングされる、請求項20の方法。
[態様22]齧歯類を、齧歯類を感染させるために修飾したEV71に感染させ、そして感染した齧歯類を飼育し、
それによって、EV71神経感染の動物モデルを準備する
工程を含む、請求項1の動物モデルを調製する方法。
[態様23]感染時の齧歯類の年齢が、約1週〜約4週の間である、請求項22の方法。
[態様24]感染齧歯類を、最長約4週間飼育する、請求項22または23の方法。
[態様25]約10〜約10の中央値細胞培養感染用量を、齧歯類を感染させるために用いる、請求項22〜24のいずれか一項の方法。
[態様26]修飾EV71が、EV71:TLLmvである齧歯類細胞株適合EV71である、請求項22〜25のいずれか一項の方法。
[態様27]EV71:TLLmvが、タイプカルチャーコレクション中国センターに寄託され、そして寄託番号CCTCC V201438を割り当てられている、請求項26の方法。
[態様28]修飾EV71が、EV71:TLLmである齧歯類細胞株適合EV71である、請求項22〜25のいずれか一項の方法。
[態様29]EV71:TLLmが、タイプカルチャーコレクション中国センターに寄託され、そして寄託番号CCTCC V201437を割り当てられている、請求項28の方法。
[態様30]修飾EV71が、VP1に突然変異を含有するEV71クローン由来ウイルス(CDV)である、請求項22〜25のいずれか一項の方法。
[態様31]修飾EV71が、EV71 CDV CDV:BSVP1[K98E/E145A/L169F]である、請求項30の方法。
[態様32]齧歯類がマウスである、請求項22〜31のいずれか一項の方法。
[態様33]マウスがBALB/cマウスである、請求項32の方法。

Claims (15)

  1. マウスを感染させるために修飾したEV71に1週齢〜2週齢の間に感染させた、4週齢までのマウスを含む、エンテロウイルス71(EV71)神経感染の動物モデルであって、
    該マウスは、10〜10の間の中央値細胞培養感染用量(CCID50)の修飾EV71を腹腔内または筋組織内に注射することにより感染させられ、
    該修飾EV71は、EV71:TLLmvであって、
    (a)タイプカルチャーコレクション中国センターに寄託され、そして寄託番号CCTCC V201438を割り当てられているか、または
    (b)配列番号2の配列を用いてウイルスRNAを合成することを含む高度逆遺伝学を用いて回収されており、
    該動物モデルは、急性脳脊髄炎、肺胞中の限局的出血およびタンパク質性液体、カテコールアミンの高血清レベル、および脳幹における徹底的な組織損傷をし、それらは神経原性肺浮腫の徴候および症状である、前記動物モデル。
  2. CCID50が10である、請求項1の動物モデル。
  3. マウスが免疫適格性である、請求項1の動物モデル。
  4. マウスがBALB/cマウスである、請求項3の動物モデル。
  5. マウスが易感染性である、請求項1の動物モデル。
  6. マウスがNSGマウスである、請求項5の動物モデル。
  7. 抗ウイルス薬剤をスクリーニングする方法であって:動物の試験群および動物の対照群を提供し、ここで各群の動物は、請求項1〜6のいずれか一項の動物モデルを含む;試験群に抗ウイルス薬剤候補を投与し;試験群および対照群において、疾患進行を監視し;試験群における疾患進行を対照群における疾患進行に比較し;そして対照群に比較して試験群において疾患進行を減少させる抗ウイルス薬剤候補を選択する工程を含む、前記方法。
  8. 抗ウイルス薬剤が、動物におけるスクリーニングの前に、まず、修飾エンテロウイルス71に感染させた試験マウス細胞株においてスクリーニングされる、請求項7の方法。
  9. 有効な抗ウイルスワクチンをスクリーニングする方法であって:動物の試験群および動物の対照群を提供し、ここで各群の動物は、請求項1〜6のいずれか一項の動物モデルを含む;試験群に抗ウイルスワクチン候補を投与し;試験群および対照群において、疾患進行を監視し;試験群における疾患進行を対照群における疾患進行に比較し;そして対照群に比較して試験群において疾患進行を減少させる抗ウイルスワクチン候補を選択する工程を含む、前記方法。
  10. エンテロウイルス71(EV71)神経感染の動物モデルを調製する方法であって、
    (i)1週齢〜2週齢の間のマウスを、該マウスを感染させるために修飾したEV71に感染させ、そして
    (ii)感染したマウスを4週齢まで飼育し、
    それによって、EV71神経感染の動物モデルを準備する
    工程を含み、
    該マウスは、10〜10の間の中央値細胞培養感染用量(CCID50)の修飾EV71を腹腔内または筋組織内に注射することにより感染させられ、
    該修飾EV71は、EV71:TLLmvであって、
    (a)タイプカルチャーコレクション中国センターに寄託され、そして寄託番号CCTCC V201438を割り当てられているか、または
    (b)配列番号2の配列を用いてウイルスRNAを合成することを含む高度逆遺伝学を用いて回収されており、
    該動物モデルは、急性脳脊髄炎、肺胞中の限局的出血およびタンパク質性液体、カテコールアミンの高血清レベル、および脳幹における徹底的な組織損傷をし、それらは神経原性肺浮腫の徴候および症状である、前記方法。
  11. CCID50が10である、請求項10の方法。
  12. マウスが免疫適格性である、請求項10または11の方法。
  13. マウスがBALB/cマウスである、請求項12の方法。
  14. マウスが易感染性である、請求項10または11の方法。
  15. マウスがNSGマウスである、請求項14の方法。
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