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ウイルスは、宿主細胞内で複製しているのか、ある宿主から別の宿主への輸送中であるのかによって、全く異なる環境を経験します。 細胞内では、ウイルスおよびウイルス成分は還元環境に曝され、そこで酸化還元電位は主にグルタチオンによって決定される(18)。 対照的に、細胞外では、ウイルスは酸素および酸素に由来する有毒な生成物(過酸化水素、スーパーオキシド、ヒドロキシルラジカルなど)に曝され、ウイルスを不活化させる可能性がある反応性種である。 このような反応性の高い化合物に対処するために、植物および動物は、それらを無毒な生成物に変換することができる酵素を発現する。 そのような酵素の例は、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、およびスーパーオキシドジスムターゼ(2 8)である。 ここでは、精製された単純ヘルペスビリオン内のカタラーゼの存在を示す研究の結果について説明する。 その後、内部カタラーゼがH2O2による不活性化からウイルスを保護できるかどうかを決定するために試験を行った。

カタラーゼの研究は、培養中のVero細胞上で増殖させ、ショ糖密度勾配遠心分離によって精製された単純ヘルペスウイルス1(HSV-1)を用いて行われた。 ウイルス懸濁液を1%H2O2に調整すると、酸素の泡が速やかに形成され始め、カタラーゼの存在を示した(図10)。 1a、左チューブ)。 気泡は、室温でのインキュベーションの数秒後に視覚的に明らかになり、少なくとも20分間形成し、拡大し続けた。 しかし、h2O2処理の前にカタラーゼ阻害剤アジ化ナトリウムをウイルス懸濁液に添加した場合、気泡は形成されない(図1)。 1a、右)。 また、(i)H2O2の添加の前に遠心分離によってウイルスを溶液から除去した場合、または(i i)HSV−1カプシド(bカプシド)を無傷のウイルスに置換した場 同様のアッセイでは、カタラーゼの存在を示す気泡は、精製された水疱性口内炎ウイルスまたはヒトアデノウイルス2では観察されなかった(データは ウェスタンブロット分析では、hsv−1ウイルスに関連するカタラーゼの存在が確認されたが、アデノウイルス、水疱性口内炎ウイルス(VS V)、またはHSV−1aカプシドに関連するカタラーゼの存在は確認されなかった(図1)。 1b)。

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酵素アッセイ(a)、ウェスタンブロット分析(b)、およびスクロース密度勾配遠心分離(c)によるHSV-1関連カタラーゼの同定。 パネルaは、溶液を1%H2O2に調整した2 0分後に精製H SV−1を含む管(左の管)およびH2O2の前にカタラーゼ阻害剤(2m Mアジ化ナトリウム)を添加した ウイルス中のカタラーゼの存在を示す、左チューブ内の気泡の形成に注意してください。 ウイルス濃度は、TNE中0.25mg/ml(0.01M Tris-HCl、0.5M NaCl、1mM EDTA、pH7.5)であり、インキュベーションは室温であった。 ウイルスは、VERO細胞の単層培養物上で増殖させ、ショ糖密度勾配遠心分離によって精製したHSV−1のKOS株であり、力価は、先に記載された(1 4)のように端点希釈 パネルbは、HSV−1、ヒトアデノウイルス2(Had2)、水疱性口内炎ウイルス(VS V)、およびHSV−1aカプシドにおけるカタラーゼの存在についてのウェスタンブロット ヒトアデノウイルス2と水疱性口内炎ウイルス(; San Juan株)を、それぞれH ElaおよびVero細胞の単層培養物上で増殖させ、以前に記載された手順(1 2、1 7)によって精製した。 公表された方法はまた、HSV−1aおよびbカプシドの精製のために使用された(2 3)。 主要なキャプシドタンパク質は、ブロットを1%Ponceau S(上段)で染色することによって検出され、一方カタラーゼは、カタラーゼに特異的な抗体(Calbiochem;rabbit polyclonal219010;1:5,000希釈)で免疫染色することによって検出された(15)。 カタラーゼはHSV-1ウイルスで検出されたが、Had2、VSV、またはHSV-1aカプシドでは検出されなかったことに注意してください。 パネルcは、ショ糖密度勾配解析の結果を示す。 5 0μ lのtne中の精製H SV−1の合計5 0μ gを、TNE中の2 0%〜5 0%スクロースの6 0 0μ l勾配上で遠心分離した。 勾配を分画し、個々の画分をSDS−PAGEによって分析し、続いてポリビニリデン二フッ化(PVDF)上にブロッティングし、1%Ponceau Sで染色した。 勾配(上の行)におけるウイルスの位置はカタラーゼ(下の行)の位置と一致し、二つが関連していることを示唆していることに注意してください。

カタラーゼがHSV-1と関連しており、ウイルス調製物中に存在する不純物とは関連していないことを確認するために、対照実験を行 精製されたHSV−1を、ショ糖密度勾配上のバンドに遠心分離し、勾配を分画し、western blot分析を使用して、カタラーゼの存在について個々の勾配画分を試験した。 その結果、カタラーゼはウイルス含有画分中に存在したが、隣接画分中には存在しなかったことが示された(Fig. 1c)。 結果は、カタラーゼがHSV-1と関連しており、カタラーゼ含有細菌またはウイルス調製物中の宿主細胞材料などの汚染物質とは関連していないことを示 HSV-1ゲノムはカタラーゼをコードしないので(22)、ウイルス関連酵素は宿主細胞に由来する必要があります。 ワクシニアウイルスの初期の研究では、成熟したビリオン内にカタラーゼが存在することが示された(8)。 この観察とは別に、我々はウイルス構造の構成要素としてのカタラーゼの他の報告を知らない。

HSV-1関連カタラーゼのさらなる分析は、ビリオン中の酵素の位置を決定することを目的とした。 二つのタイプの実験を行った。 まず,精製されたウイルスを蛋白質分解酵素プロナーゼで処理し,ウイルス糖蛋白質およびビリオン膜に含まれない蛋白質を分解した。 内部ウイルスタンパク質は、プロナーゼは、ウイルス脂質二重層(交差しないように、影響を受けないことが予想された16)。 プロナーゼ処理後、ウイルスを遠心分離によって回収し、カタラーゼ損失の程度をウェスタンブロット分析によって決定した。 結果は、試験されたウイルスの二つの濃度でカタラーゼ損失の証拠を示さなかった(図中のカタラーゼバンドを参照)。 2a、レーン1および2)。 内部対照は、ウイルス表面糖タンパク質G BおよびG Hが予想通りに切断されたことを示した(図1 0A)。 2a;レーン2および3を比較する)。 同様に、ウェスタンブロット分析は、hsv−1糖蛋白質Dが、カタラーゼが影響を受けない条件下でプロナーゼまたはトリプシンによって消化されることを示 2b)。 溶液中の精製カタラーゼも同じ条件下で消化した。 対照的に、内部被検体(UL47、UL48、およびUL49)またはカプシドタンパク質(UL19、UL38、UL18;図10)の分解はない。 2a、レーン1および2)が観察された。 結果は、カタラーゼがHSV-1エンベロープの内側に位置していることを示すために解釈されます。p>

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精製されたビリオンをプロナーゼ(レーン1-3)およびトリトンX-100(a、レーン4および5)で処理し、プロナーゼおよびトリプシン処理(b、レーン1-3)によるhsv-1のカタラーゼの局在化。 パネルaは、無傷のHSV−1(レーン3および4)およびプロナーゼ(レーン1および2)およびTriton X−1 0 0(レーン5)での処理後のビリオン中に存在するタンパク質のSDS−PAGEおよ カタラーゼは無傷のビリオン(レーン3および4)およびプロナーゼ処理ビリオン(レーン1および2)に存在するが、1%トリトンX-100(レーン5)で処理した後のビリオンには存在しないことが判明したことに注意してください。 2 5mg/ml)を1mg/mlのプロナーゼ(Streptomyces griseus;Calbiochem5 3 7 0 8 8)で4時間3 7℃で消化することによりプロナーゼ処理を行った。 Triton X-100処理は、10mMジチオトレイトール(DTT)を含むTNE緩衝液中で精製されたウイルスを1%Triton X-100に調整し、氷上(4℃)で15分間インキュベートすることによって行 次いで、得られたカプシドを、sds−PAGEおよびWestern blot分析の前に、ショ糖勾配遠心分離によって精製した。 (b)プロナーゼまたはトリプシンによるin vitro処理後の精製H SV−1のウェスタンブロット分析。 精製されたHSV−1(1mg/ml)の合計1 0 0μ lを2mg/mlプロナーゼまたは2mg/mlトリプシンに調整した。 対照インキュベーションには酵素はなかった。 混合物を3 7℃で2時間インキュベートし、ビリオンを2 0%〜5 0%のスクロース勾配で遠心分離することによって酵素から離れて精製した(図1の凡例に記載)。 1. ウイルス標本を遠心分離によりペレット化し、SDS−PAGEおよびウェスタンブロット分析により調べた。 カタラーゼ(ウサギポリクローナル)のブロットを染色した。; gary CohenおよびRoselyn Eisenbergからの贈り物;1:5,0 0 0)。 プロテアーゼ処理は糖タンパク質Dの消化を引き起こしたが、カタラーゼではなく、カタラーゼがHSV-1膜の内側に位置していることを示していることに注意してください。カタラーゼの位置のためのより精密な定義は非イオンの洗剤Triton X-100(TX-100)の浄化されたウイルスの処置によって得られました。 新鮮なウイルスを用いて実施すると、この処理は、ウイルス膜、膜糖タンパク質、およびほぼすべての20以上の被検体タンパク質(UL36、UL37、およびUS3を除くすべて)の損失を引き起こす(13、21、27)。 しかし、カプシドはその完全性を保持し、主要なカプシドタンパク質のどれも失われない。 ウイルスDNAはカプシドの中に保持されます。 実験は、1%TX-100とhsv-1の処理とスクロース密度勾配遠心分離によって得られたカプシドの単離を関与していました。 その後、ウェスタンブロット分析を使用して、カタラーゼの存在についてカプシドを試験した。 その結果、ウイルス糖蛋白質および被包蛋白質は予想通り除去され、カタラーゼも同様に除去されたことが示された(図参照)。 2a、レーン4および5)。 この実験は、カタラーゼがHSV-1被検体に存在することを示すと解釈される。

図に示すような情報。 2は、HSV-1ビリオンあたりのカタラーゼ分子の数を決定するために使用することができます(15). この測定は、精製されたウイルスの二つの同一のアリコートから始めて行われた。 二つは、(i)クーマシーブルーステインゲルからの主要なカプシドタンパク質分子(UL19)の数と(ii)校正されたウェスタンブロットから60-kDaカタラーゼ分子の数の決 代表的な決定では、この分析はUL19へのカタラーゼのモル比のための1:207.5の値をもたらした。 HSV-1カプシドあたり955UL19分子があるので、カプシドあたりのカタラーゼ分子の数は955/207.5または4.6であると決定された。 第二の同様の決定は7.1カタラーゼ分子の値をもたらした。 活性カタラーゼ分子(11、20)に四つの60kDaサブユニットがあるので、結果はビリオンあたり1-2カタラーゼ四量体の存在を示している。

HSV-1ビリオン内にカタラーゼが存在することは、H2O2による酸化的損傷からのウイルスの保護に関与している可能性を示唆している。 あるいは、カタラーゼは、被検体が宿主細胞の細胞質に添加され、いかなる保護機能も有さないので、HSV-1に受動的に組み込まれてもよい。 二つの可能性を区別するために、我々はH2O2in vitroによる不活性化に精製HSV-1の感度を調べた。 HSV-1は、カタラーゼ阻害剤アジドナトリウム(Nan3)の存在下または非存在下でH2O2で処理し、ウイルス力価は、(カタラーゼ阻害剤の非存在下で)その後決定した。 結果は、5 0m MのH2O2が力価の適度な減少(3〜4倍)を生じたが、Nan3が存在する場合、1 0 6倍以上の致死効果が観察されたことを示した(表1)。 対照実験では、Nan3単独によるHSV−1の死滅はほとんど示されなかった(表1)。 結果はカタラーゼがH2O2によってHSV-1の不活性化に対して保護の重要なレベルを提供することを示すために解釈されます。

表1

カタラーゼ阻害剤(Nan3)aの有無にかかわらずH2O2で処理した後のウイルス力価

治療 力価
10mm h2o2の時間 50mm h2o2の時間
なし 2h 20H none 2h 2h 2h 2h 20h
Nan3なし Nan3なし 28 × 1010 60 × 1010 8 × 1010 28 × 1010 10 × 1010 8 × 1010
2mM Nan3 30 × 1010 6 × 1010 <104 30 × 1010 1 × 1010 104
aPurified HSV-1(200μ l;TNE中0.25mg/ml)をインキュベートした。カタラーゼ阻害剤である2mM NaN3の存在下または非存在下でのH2O2で示された時間の室温。 次いで、ウイルス力価を、H2O2およびNan3の非存在下でVero細胞(1 4)上で決定した。HSV-1が宿主細胞と関連している間、H2O2による酸化的損傷から保護される必要があるとは期待されていない。 上述したように、細胞内に還元環境が見出され、それがH2O2の形成を妨げるであろう。 しかし、宿主細胞の外では、環境は酸化性のものであり、ウイルスの内部および周囲の培地の両方でH2O2を産生することができる。 HSV-1は、あるホストから別のホストに送信されるときにこの環境に遭遇し、カタラーゼは、輸送中にHSV-1感染性の保護に関与している可能性があります。 HSV-1関連カタラーゼはまた、共生細菌または他の供給源によって産生されるH2O2からの保護を提供することができる。 例えば、乳酸菌によって産生されるH2O2は、微生物感染による疾患から女性生殖器管を保護することが実証されている(4)。 高い触媒作用率のために、ウイルス準のカタラーゼは低いコピー数にもかかわらずHSV-1の保護に於いての役割があることができます(virionごとの1から2 肝臓カタラーゼは、例えば、任意の酵素(のために報告された最高の触媒速度の中で、毎秒H2O2分子の数千万人を解毒することができます2)。

ヘルペスファミリーのすべてのウイルスには、ウイルスカプシドと膜の間にあるタンパク質の層であるテグメントがあります(5, 6, 9, 13). HSV-1テグメントは厚さが40-50nmであり、ほぼすべてがウイルスゲノムにコードされている約20の異なるタンパク質種で構成されています。 被検体タンパク質は、UL47、UL48、およびUL49などの主要種の800コピー以上を有するビリオンにおけるそれらの存在量が実質的に異なる(図を参照)。 2a、レーン3)(5、16)。 多くの被検体タンパク質は、初期の遺伝子転写の活性化および宿主細胞タンパク質合成の減衰など、HSV-1複製の初期段階に関与している(13、24、25)。 被検体は、トランスゴルジネットワーク(10)の小胞にDNA含有カプシド芽として新生HSV-1ビリオンに組み立てられています。 カタラーゼは出芽過程の間に他の被包蛋白質と共に組み込まれることが示唆された。感染していない細胞では、ほとんどのカタラーゼはペルオキシソーム(26)に隔離されていることがわかっています。

上記のようにテグメントの間にそれが子孫HSV-1に組み込まれるためには、カタラーゼはペルオキシソームから放出される必要があるであろう。 我々は、これはHSV-1複製(1)に伴う細胞質膜の大規模な再配列の結果として起こる可能性があることを示唆している。

Palamara et al. (19)Vero細胞がHSV-1に感染した後、細胞質グルタチオン濃度の低下が速やかに起こることが実証されている。 グルタチオン濃度の低下は、細胞質還元電位の低下を引き起こすと予想され、この減少はHSV-1複製を増強するように見える。 成長培地中に提供された余分なグルタチオンは、HSV-1成長(19)に拮抗することが見出された。 外的に加えられたグルタチオンのように、サイトゾルのカタラーゼはH2O2を取除くことによって細胞質の減少の潜在性を高めるかもしれません。 したがって,子孫ビリオンへのカタラーゼの取り込みの一つの結果は,感染細胞からカタラーゼを奪うことによってウイルス増殖を増強することであることが示唆された。

ビリオンあたりのカタラーゼ分子の数が少ないことは、HSV-1ビリオン全体の質量分析で検出されなかった理由を説明するかもしれません(7)。 カタラーゼからのシグナルを不明瞭にする可能性のある高コピー数のHSV-1ビリオンタンパク質がいくつかある(例えば、糖タンパク質分子の数千のコピーと主要なカプシドタンパク質の955のコピーがある)。 カタラーゼの存在量は、質量分析(Coomassie染色SDS-PAGEゲル上での可視性)による検出のための非公式の基準を満たしていない。 ペルオキシレドキシン、抗酸化活性を有するペルオキシソームタンパク質は、HSV-1(7、26)の質量分析で検出された。

将来的には、H2O2の細胞毒性効果に対するHSV-1の感度を利用することが可能である可能性があります。 ウイルスは、宿主細胞外の酸化環境にあり、カタラーゼが阻害されている場合には、特に脆弱であることが予想される。