アスパラギン欠乏は、ヒトサイトメガロウイルス急性ウイルス複製の可逆的な阻害を引き起こす

Asparagine Deprivation Causes a Reversible Inhibition of Human Cytomegalovirus Acute Virus Replication.

• Chen-Hsuin Lee
• Samantha Griffiths
• Paul Digard
• Nhan Pham
• Manfred Auer
• Juergen Haas
• Finn Grey

抄録

義務的な細胞内病原体として、ウイルスは効率的な複製を行うために宿主細胞の機械に依存しており、宿主の代謝はこの目的のために広範囲に操作されています。ハイスループットsmall interfering RNA（siRNA）スクリーンは、新規な宿主とウイルスの相互作用を同定するための体系的なアプローチを提供します。ここでは、ヒトサイトメガロウイルス（HCMV）にとって重要な宿主因子について、6,881個のsiRNAからなる大規模なスクリーニングを行ったことを報告する。その結果、47のプロウイルス因子と68の抗ウイルス因子が、メディエーター複合体、プロテアソーム機能、mRNAスプライシングを含む広範な細胞プロセスに関与していることが明らかになった。そのうちの1つであるアスパラギン合成酵素（ASNS）に焦点を当てた解析を行ったところ、HCMVの複製にはアスパラギンが厳密に必要であることが明らかになり、DNA増幅の開始前にウイルス複製の早期ブロックにつながることがわかりました。ASNSのノックダウンは単純ヘルペスウイルス1やインフルエンザAウイルスの複製にはほとんど影響を及ぼさなかったため、この効果はHCMVに特有のものであり、この制限は単にタンパク質生産の障害によるものではないことを示唆しています。驚くべきことに、外因性アスパラギンの添加により、ウイルスの複製は感染後7日目に完全に回復したことから、ウイルスの複製は初期段階では制限されているものの、初期感染後数日は完全な複製能力を維持していることが示唆された。本研究は、HCMV の複製に関与する宿主因子を同定するための最も包括的な siRNA スクリーニングであり、非必須アミノ酸であるアスパラギンが HCMV ウイルスの複製を制御する上で重要な因子であることを明らかにしました。これらの結果は、ウイルスの潜伏期間の制御および患者における HCMV の臨床治療に意味があります。HCMVは、固形臓器移植患者に関連する合併症の60％以上を占めている。ガンシクロビルなどの抗ウイルス剤による予防的治療は、早期発症のHCMV疾患の発生を減少させる。しかし、遅発性疾患は依然として重大な問題であり、特に免疫系が抑制されている患者では、治療の長期化は抗ウイルス剤耐性のリスクを大幅に増加させる。ガンシクロビルがライセンスされて以来、HCMVに対して使用するために開発された抗ウイルス剤は非常に少なく、これらの抗ウイルス剤のうち、同じウイルス遺伝子を標的とするものが多く、耐性株に対するこれらの薬剤の有用性が低下している。代替的なアプローチは、ウイルス複製に不可欠な宿主遺伝子を標的とすることである。ここでは、HCMVの複製はアミノ酸アスパラギンのレベルに大きく依存しており、アスパラギン合成に関与する重要な酵素をノックダウンすると、ウイルスの複製が著しく減衰することを示している。これらの結果は、食事制限や化学療法によってアスパラギンのレベルを低下させることで、患者のHCMV複製を制限できることを示唆している。

As obligate intracellular pathogens, viruses rely on the host cell machinery to replicate efficiently, with the host metabolism extensively manipulated for this purpose. High-throughput small interfering RNA (siRNA) screens provide a systematic approach for the identification of novel host-virus interactions. Here, we report a large-scale screen for host factors important for human cytomegalovirus (HCMV), consisting of 6,881 siRNAs. We identified 47 proviral factors and 68 antiviral factors involved in a wide range of cellular processes, including the mediator complex, proteasome function, and mRNA splicing. Focused characterization of one of the hits, asparagine synthetase (ASNS), demonstrated a strict requirement for asparagine for HCMV replication which leads to an early block in virus replication before the onset of DNA amplification. This effect is specific to HCMV, as knockdown of ASNS had little effect on herpes simplex virus 1 or influenza A virus replication, suggesting that the restriction is not simply due to a failure in protein production. Remarkably, virus replication could be completely rescued 7 days postinfection with the addition of exogenous asparagine, indicating that while virus replication is restricted at an early stage, it maintains the capacity for full replication days after initial infection. This study represents the most comprehensive siRNA screen for the identification of host factors involved in HCMV replication and identifies the nonessential amino acid asparagine as a critical factor in regulating HCMV virus replication. These results have implications for control of viral latency and the clinical treatment of HCMV in patients. HCMV accounts for more than 60% of complications associated with solid organ transplant patients. Prophylactic or preventative treatment with antivirals, such as ganciclovir, reduces the occurrence of early onset HCMV disease. However, late onset disease remains a significant problem, and prolonged treatment, especially in patients with suppressed immune systems, greatly increases the risk of antiviral resistance. Very few antivirals have been developed for use against HCMV since the licensing of ganciclovir, and of these, the same viral genes are often targeted, reducing the usefulness of these drugs against resistant strains. An alternative approach is to target host genes essential for virus replication. Here we demonstrate that HCMV replication is highly dependent on levels of the amino acid asparagine and that knockdown of a critical enzyme involved in asparagine synthesis results in severe attenuation of virus replication. These results suggest that reducing asparagine levels through dietary restriction or chemotherapeutic treatment could limit HCMV replication in patients.

Copyright © 2019 Lee et al.