ウイルス侵入における細胞膜形態―分子局在―シグナル伝達の時空間同時可視化解析

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本研究において、ライブセル高速原子間力顕微鏡（高速AFM）と共焦点顕微鏡を一体化させたハイブリッドイメージングシステムの構築を行い、生きた細胞のエンドサイトーシスに伴う細胞膜ナノ動態を捉えることに成功した（Yoshida et al. 2018 PLoS Biology）。さらにインフルエンザウイルスが宿主細胞へ侵入する瞬間を高い時空間分解能で捉えることに成功した。この観察系では、細胞表面の蛍光標識ウイルス粒子はAFM像に白い輝点として検出され、細胞内部の粒子はAFMでは検出されない。この情報とウイルスの蛍光シグナルの位置情報から、ウイルス粒子が細胞表面か内部に位置するかを空間的に切り分けることができた。さらにクラスリンの局在とともに蛍光標識ウイルスの侵入の様子を観察したところ、クラスリン依存性経路を介したウイルス侵入では、ウイルス周囲に膜のくぼみができること、膜の隆起がウイルス粒子を覆うように取り込むことを見出した。エンドサイトーシス関連タンパク質（Arp3、コータクチン）の相関イメージングと阻害薬を用いた実験から、膜隆起の形成にコータクチンとArp2/3複合体を起点としたアクチン重合が関わっていることを突き止めた。これらは、従来考えられてきたダイナミン依存的な「膜の括り切り」に加え、アクチン依存的なプロセスの小胞形成への関与を示唆する。加えて、ウイルスが誘発するシグナル伝達の一つ（上皮成長因子受容体のシグナル伝達）の下流において、エンドサイトーシスの起きやすい膜ドメインが形成することを明らかにした。今後、さらなるウイルス侵入現場の力学的、あるいはシグナリングの側面からの詳細な解析により、インフルエンザ感染に特異的な分子・細胞膜ナノ動態の解明が見込まれる。本研究で確立した観察系は、他のウイルスの侵入現場観察に応用可能であり、将来的に抗ウイルス対策への寄与が期待される。