細胞培養におけるヒトロタウイルスCDC-9株の連続継代は減衰につながる。からの特性評価と研究

Serial Passaging of the Human Rotavirus CDC-9 Strain in Cell Culture Leads to Attenuation: Characterization from and Studies.

• Theresa Kathrina Resch
• Yuhuan Wang
• Sungsil Moon
• Baoming Jiang

抄録

生きた経口ロタウイルスワクチンは、細胞培養中でのシリアルパッセージングによって開発され、乳幼児でも安全であることが判明している。しかし、ロタウイルスワクチンの適応と減衰のメカニズムは完全には解明されていない。我々はヒトロタウイルスワクチン株CDC-9（G1P[8]）を調製したが，MA104細胞中で11または12継代（P11/P12）まで増殖させても，便中の元のウイルスからヌクレオチドやアミノ酸配列の変化は見られなかった。ベロ細胞に適応して継代すると、この株はP28で5つのアミノ酸配列の変化を受け、VP4遺伝子のP44/P45で1つの付加的な変化を受けた。P11/P12の野生型CDC-9ウイルスとP28またはP44/P45の2つの変異体のウイルス学的、免疫学的、病原性の特徴をモデル系を用いて調べた。その結果、CDC-9のP28およびP44変異体では、免疫調節性サイトカインの発現が上昇することが明らかになった。一方、ヒトCaco-2細胞およびシミアンVero細胞では、変異体CDC-9 P28およびP44は、野生型ウイルスよりも低いSTAT1リン酸化を誘導し、2log高い力価まで増殖した。新生児ラットにおいて、CDC-9 P45は、糞便検体中のロタウイルスの脱落の減少を示し、野生型ウイルスと比較して下痢を誘発せず、ロタリックス感染と比較してサイトカイン反応を調節した。これらの知見は、変異型 CDC-9 が減衰して安全であることを示している。本研究は、ヒトロタウイルスの適応と減衰のメカニズムを明らかにした初めての研究であり、CDC-9 を生の経口または非経口投与用の新世代ロタウイルスワクチンとして開発するための継続的な取り組みを支援するものである。ヒトロタウイルスワクチンの適応・減衰のメカニズムは知られていない。本研究は、Caco-2細胞と新生児ラットを用いて、野生型と減衰型のヒトロタウイルス株CDC-9の増殖特性、病原性、宿主応答を包括的に比較した初めての研究である。本研究では、ヒトロタウイルスがベロ細胞では高レベルの増殖に適応し、新生児ラットでは減衰して安全であることを示すゲノム上の重要な配列変化を同定したことから、小児への経口または非経口ワクチン接種のためのCDC-9の臨床開発を支持するものである。

Live oral rotavirus vaccines have been developed by serial passaging in cell culture and found to be safe in infants. However, mechanisms for the adaptation and attenuation of rotavirus vaccines are not fully understood. We prepared a human rotavirus vaccine strain, CDC-9 (G1P[8]), which when grown in MA104 cells to passage 11 or 12 (P11/P12) had no nucleotide or amino acid sequence changes from the original virus in stool. Upon adaptation and passages in Vero cells, the strain underwent five amino acid changes at P28 and one additional change at P44/P45 in the VP4 gene. We performed virologic, immunological, and pathogenic characterization of wild-type CDC-9 virus at P11/P12 and its two mutants at P28 or P44/P45 using and model systems. We found that mutants CDC-9 P28 and P44 induced upregulated expression of immunomodulatory cytokines. On the other hand, the two mutant viruses induced lower STAT1 phosphorylation and grew to 2-log-higher titers than wild-type virus in human Caco-2 cells and simian Vero cells. In neonatal rats, CDC-9 P45 showed reduced rotavirus shedding in fecal specimens and did not induce diarrhea compared to wild-type virus and modulated cytokine responses comparably to Rotarix infection. These findings indicate that mutant CDC-9 is attenuated and safe. Our study is the first to provide insight into the possible mechanisms of human rotavirus adaptation and attenuation and supports ongoing efforts to develop CDC-9 as a new generation of rotavirus vaccine for live oral or parenteral administration. Mechanisms for adaptation and attenuation of human rotavirus vaccines are not known. The present study is the first to comprehensively compare the growth characteristics, virulence, and host response of a wild-type and an attenuated human rotavirus strain, CDC-9, in Caco-2 cells and neonatal rats. Our study identifies critical sequence changes in the genome that render human rotavirus adapted to growth to high levels in Vero cells and attenuated and safe in neonatal rats; thus, the study supports clinical development of CDC-9 for oral or parenteral vaccination in children.

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