コロナウイルス　UPS・プロテアソーム阻害剤　覚書

pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32443911/

前書き

コロナウイルスの侵入と複製の過程において、ユビキチンプロテアソームシステムが果たす役割に注目した研究がある。さらに、抗ウイルスタンパク質の不安定化において、ウイルスは自身の脱ユビキチン化タンパク質（DUB）の発現を介してユビキチン化過程を操作することで、プロウイルスやウイルスタンパク質を保持している。一方、多数のウイルスの複製もまた、機能的なUPSの活性に大きく依存している。

いくつかの研究では、ウイルス感染がタンパク質-ユビキチン結合体の蓄積をもたらすことが示されており、ユビキチン-プロテアソームが媒介するウイルス複製またはタンパク質分解におけるユビキチン化プロセスの増加が重要な役割を果たすことを示唆している。さらに、プロテアソーム活性の阻害によって説明されるタンパク質の蓄積は、タンパク質合成の阻害、小胞体ストレスおよび細胞死を引き起こし、ウイルス複製の阻害につながる。

最もよく知られているプロテアソーム阻害薬はボルテゾミブ（バルケイド）であり、2008年に多発性骨髄腫治療の第一選択薬として承認された。その他の阻害剤としては、20Sおよび19Sサブユニットを標的とすることができるMG132、Lactacistin、Carfilzomib、Ixazomibなどがある。興味深いことに、計算薬物再利用研究では、カーフィルゾミブがCOVID-19の治療に適した候補であることが示された。

前述したように、コロナウイルス感染の影響の一つは、主に重篤な呼吸器疾患を有する患者に生じるプロ炎症性サイトカインストームである。

UPSの阻害による炎症反応抑制

ユビキチン-プロテアソーム系の阻害は、炎症反応を減少させるのに有効であることが証明されている。特に、Moutzourisらによる研究は、気道平滑筋（ASM）細胞株におけるUPS阻害の抗炎症効果を評価した。

具体的には、MG132 阻害剤で処理した細胞は、IL-6 レベルおよび sICAM-1、IP-10、MCP-1、MIF、RANTES などの他のサイトカインの減少を示しただけでなく、セリン/スレオニンプロテインキナーゼ MAPK のネガティブレギュレーターである MKP-1 のアップレギュレーションも示した。

したがって、MAPK阻害は、幅広い種類の慢性炎症性疾患における炎症およびリモデリングを逆転させるための魅力的な戦略として浮上している。

したがって、全体として、Moutzouris研究は、UPSの阻害がMAPK不活性化因子であるMKP-1のレベルを増加させる効果的な手段であることを示唆しており、したがって、炎症性疾患における可能性のある治療標的を表す可能性があることを示している。

ウイルスの侵入と成長にも寄与

しかしながら、ユビキチン-プロテアソーム・システムは、いくつかのウイルスのエンドサイトーシスおよび成熟にも重要であることが知られている。すでに2005年、最初のSARS-CoV流行後、Yi Yuらによるマウス肝炎ウイルス（MHV-JHM株、Coronaviridae科に属する）に関する研究では、ユビキチン-プロテアソームシステムがウイルスの侵入段階でエンドソームからサイトゾルへのウイルスの放出に関与していることが示されている。

プロテアソーム阻害剤（ラクタシスティン、MG132）はMHVの複製を阻害することから、ユビキチン-プロテアソーム系がウイルス複製の初期段階に関与していることが示され、その阻害効果は主に投与後0～6時間で観察された。

しかし、プロテアソーム阻害はウイルスの内部化を阻害するものではないことが強調された。さらに、MG132の存在下では、ほとんどのウイルスはエンドソームとリソソームの両方の小胞内に留まっていたため、RNase消化によって保護されていた。

したがって、機能的なユビキチン-プロテアソームシステムが存在しない場合、MHVは細胞内に取り込まれる可能性があるが、エンドソームまたはリソソーム内のウイルスは細胞質に放出されない。

実際、機能性受容体ACE2に結合するSARS-CoV はエンドサイトーシスによって内部化され、ウイルスRNAはエンドソームから放出される 。細胞質では、SARS-CoVゲノムは2つの大きなポリタンパク質に翻訳され、自己触媒的に処理されて非構造タンパク質（nsps）を産生し、レプリカーゼウイルス複合体のすべてのnspsを含む 。

小胞体（ER）膜に由来する可能性の高い二重膜小胞（DMV）によって保護されているが、ゲノムは複製され、特定のサブゲノムmRNAのセットを生成することで、構造的および特異的な付属的SARS-CoVタンパク質が生成される61,。

ゴルジ中間コンパートメント（ERGIC）の小胞体での組み立てと出芽の過程を経て 64,、成熟したウイルスはエキソサイトーシスによって放出される。

プロテアソーム阻害剤

様々な化学物質によるプロテアソーム阻害（例：MG132、エポキソマイシン、ベルケードボルテゾミブ）は、ウイルスの侵入だけでなく、異なるCoV（例：マウス肝炎ウイルスMHV]、ネコ感染性腹膜炎ウイルス、重症急性呼吸器症候群CoV）のRNA合成およびその後のタンパク質発現をも阻害するようである。

Raabenらによる2010年の研究では、UPS化学的阻害剤で処理した細胞では、すべての実験条件下でウイルスCoV RNAの合成およびそれに続くタンパク質発現が強く低下したが、ウイルスの侵入は化学的プロテアソーム阻害剤によってのみ影響を受けたことが示されている。

特に、著者らは、MG132によるウイルス感染の阻害が、このプロテアソーム阻害剤に特異的であるか、あるいは他のプロテアソーム阻害剤を使用した場合にも観察されたのかを明らかにしようとした。

MG132はプロテアソーム以外のプロテアーゼ（すなわち、カテプシンAおよびトリペプチジルペプチダーゼII）も阻害することが示されているが、エポキソモミン、ラクタシスチンおよびベルケイドボルテゾミブはより特異的にプロテアソームに影響を与える。

相反するデータ

最後に、2012年の研究では、以前の研究と相反するデータが示された。Schneiderらは、プロテアソーム阻害剤MG132がウイルスのライフサイクルの初期段階を阻害することでSARS-CoVの複製を強力に阻害することを示したが、他の阻害剤（例えば、ラクタシスティンとボルテゾミブ）はウイルスの複製にわずかな影響を与えただけであり、MG132はm-カルパインも阻害するため、MG132の効果はプロテアソーム阻害とは無関係であることを示唆している。

カルパイン阻害剤によるウイルス複製阻害

興味深いことに、これらの著者らは、カルパイン阻害剤（MDL28170）を使用することにより、ウイルスの複製が阻害され、MG132はSARS-CoVを阻害しないことが示唆された。

これまでにコロナウイルス複製への影響を実証した研究はほとんどないため、我々はプロテアソーム阻害剤がウイルス複製をネガティブに修飾し、主に小胞体ストレスの増加によるタンパク質合成の阻害に作用し、その結果、UPSの活性化に作用するのではないかと仮説を立てた。

発表された数少ない論文では、ボルテゾミブは大きな有効性を示さなかったが、Ccarfilzomibのような不可逆的な方法でプロテアソームに結合する能力を持つ新しい阻害剤がある。

カーフィルゾミブ

興味深いことに、Wang らは分子動力学シミュレーションに続いて結合自由エネルギー計算を行い、カーフィルゾミブが最も優れた結合自由エネルギーを示したことを示し、COVID-19 に対するこのプロテアソーム阻害剤の使用の可能性を支持している。