新型コロナ感染の分子メカニズムを解明理研がスパコン「富岳」など活用

スーパーコンピューター「富岳」などを活用し、新型コロナウイルス（SRAS-CoV-2）表面にあって感染に重要な働きをするスパイクタンパク質の構造変化のメカニズムを解明した、と理化学研究所（理研）の研究グループが発表した。同タンパク質上にある糖鎖の役割を突き止めたことがポイントで、感染予防や治療に向けた新しい医薬品の開発研究に貢献できるという。

研究グループが活用したスパコンは富岳と、東京大学と筑波大学が共同運営する「Oakforest-PACS」。理研計算科学研究センター粒子系生物物理研究チームの杉田有治チームリーダーらは、2つのスパコンでSRAS-CoV-2のスパイクタンパク質の分子動力学的なシミュレーションを実施した。

「富岳」（左、理研計算科学研究センター提供）と「Oakforest-PACS」（東京大学・筑波大学・富士通提供）

研究グループなどによると、SRAS-CoV-2は表面にあるスパイクタンパク質が人の細胞表面の「ACE2受容体」に結合、吸着して細胞内に侵入する。この過程が感染初期段階の最重要過程だ。このタンパク質の立体構造は特殊な電子顕微鏡により明らかにされているが、常に動いて構造は少しずつ変化する。

新型コロナウイルスの感染過程。初期段階において、ウイルス表面にあるスパイクタンパク質（緑色）がACE2受容体（橙色）に結合する。その後、ヒト細胞の膜との融合を経て、ウイルス内のRNA（紫色）がヒト細胞内に取り込まれる（理研提供）

これまでの研究でスパイクタンパク質はダウン型、アップ型と呼ばれる2つの構造をとり、人のACE2受容体と結合していない時は2つの構造を行き来しているが、結合して感染する時はアップ型の構造になって安定することが分かってきた。また、スパイクタンパク質表面の多くのアミノ酸が、単糖が長く連なった糖鎖によって「修飾」されていることも判明している。修飾とは、タンパク質が化学的に構造や機能に影響を受けることで、糖鎖修飾は医薬品開発などに利用される。

スパイクタンパク質の受容体結合部分のダウン型構造とアップ型構造（理研提供）

このようにスパイクタンパク質上の糖鎖が感染過程で重要な存在であるとみられることが明らかになって多くの研究者が注目していた。しかしこの糖鎖の分子構造やウイルス感染時の役割は分かっていなかった。

シミュレーションの結果、スパイクタンパク質表面の165番目、234番目、343番目の3つのアミノ酸（アスパラギン）をそれぞれ修飾する糖鎖が受容体結合部分の構造に大きく影響を与えていることが分かった。また、ダウン型構造では3つの受容体結合部分の境界面が広い範囲で正に帯電しており、静電的な反発などによってアップ型への構造変化が起きることも判明したという。