ヒト細胞におけるH9N2インフルエンザウイルスの感染には、NAシアルダーゼ活性とHA受容体親和性のバランスが必要であることが明らかになった

H9N2 influenza virus infections in human cells require a balance between NA sialidase activity and HA receptor affinity.

• Yasuha Arai
• Emad Mohamed Elgendy
• Tomo Daidoji
• Madiha Salah Ibrahim
• Takao Ono
• Nongluk Sriwilaijaroen
• Yasuo Suzuki
• Takaaki Nakaya
• Kazuhiko Matsumoto
• Yohei Watanabe

抄録

いくつかの鳥インフルエンザ（ＡＩ）ウイルスは、そのＮＡ茎に最大２０〜３０個のアミノ酸の欠失を有する。これは、ウイルスの複製や宿主範囲の変化と関連している。現在流行しているH9N2 AIウイルスは、2または3アミノ酸欠失を有するのみであり、それぞれG1およびY280系統のウイルスで検出された。H9N2表現型に対するNA欠失の効果は完全には解明されていない。本研究では、NA 茎に 8 アミノ酸欠失を有する G1 変異体を単離した。NA茎の長さとそれに伴う(脱)グリコシル化がG1の複製および宿主範囲に及ぼす影響を系統的に分析するために、様々なNA茎の長さを持つG1ウイルスを生成し、グリコシル化されているか、またはグリコシル化されていないかのいずれかであった。茎の長さは、低分子量基質を用いたNAシアルダーゼ活性と相関し、赤血球からのウイルス溶出効率と相関した。鳥類細胞や卵でのG1ウイルス複製はNA茎長と正の相関があったが、ヒト細胞やマウスでは負の相関があった。NAの茎の長さは宿主細胞へのG1ウイルスの侵入を調節し、短い茎はヒト細胞へのより効率的なG1侵入を可能にした。しかし、α2,6 Sia親和性の高いHAでは、NA茎の長さがG1ウイルス感染に及ぼす影響は逆になり、NA茎が短いとヒト細胞へのウイルス侵入が抑制された。これらの結果から、ヒト気道細胞へのG1ウイルスの最適な侵入には、NA茎の長さによって調節されるHA結合親和性とNAシアルダーゼ活性のバランスが必要であることが示唆された。AIウイルスの中でも最も流行しているH9N2鳥インフルエンザ（AI）ウイルスは、家禽やヒトへの感染を繰り返しており、公衆衛生上の大きなリスクをもたらしている。H9N2ウイルスは複数の系統に多様化しており，世界的に最も流行しているのはG1系統である．本研究では、我々の知る限りでは、H9N2 ウイルスで発見された最長の欠失である NA 茎の 8 アミノ酸欠失を持つ G1 変異型を分離した。NA茎の長さはG1ウイルスの宿主細胞への侵入を調節し、その効果は種特異的であり、対応するHAの結合親和性に依存することがわかった。この結果は、自然界では、H9N2 G1ウイルスはNAの茎の長さによってHAとNAの機能のバランスをとっていることを示唆しており、G1系統のウイルスが進化する過程で、家禽や哺乳類における宿主範囲と病原性が関連している可能性を示唆している。

Some avian influenza (AI) viruses have a deletion of up to 20-30 amino acids in their NA stalk. This has been associated with changes in virus replication and host range. Currently prevalent H9N2 AI viruses only have a 2 or 3 amino acid deletion, which were detected in G1 and Y280 lineage viruses, respectively. The effect of an NA deletion on the H9N2 phenotype has not been fully elucidated. In this study, we isolated G1 mutants that carried an 8 amino acid deletion in their NA stalk. To systematically analyze the effect of NA stalk length and concomitant (de)glycosylation on G1 replication and host range, we generated G1 viruses with various NA stalk lengths and were either glycosylated or not glycosylated. The stalk length was correlated with NA sialidase activity, using low molecular weight substrates, and with virus elution efficacy from erythrocytes. G1 virus replication in avian cells and eggs was positively correlated with NA stalk length, but was negatively correlated in human cells and mice. NA stalk length modulated G1 virus entry in host cells, with shorter stalks enabling more efficient G1 entry into human cells. However, with an HA with higher α2,6 Sia affinity, the effect of NA stalk length on G1 virus infection was reversed, with shorter NA stalks reducing virus entry into human cells. These results indicated that that a balance between HA binding affinity and NA sialidase activity, modulated by NA stalk length, was required for optimal G1 virus entry into human airway cells. H9N2 avian influenza (AI) virus, one of the most prevalent AI viruses, has caused repeated poultry and human infections, posing a huge public health risk. The H9N2 virus has diversified into multiple lineages, with the G1 lineage most prevalent worldwide. In this study, we isolated G1 variants carrying an 8 amino acid deletion in their NA stalk, which was, to our knowledge, the longest deletion found in H9N2 viruses in the field. NA stalk length was found to modulate G1 virus entry into host cells, with the effects being species-specific and dependent on the corresponding HA binding affinity. Our results suggested that, in nature, H9N2 G1 viruses balance their HA and NA functions by the NA stalk length, leading to the possible association of host range and virulence in poultry and mammals during the evolution of G1 lineage viruses.

Copyright © 2020 Arai et al.