オルトコロナウイルス亜科

RNAウイルスのひとつ
コロナウイルスから転送)

オルトコロナウイルス亜科Orthocoronavirinae / コロナウイルスCoronavirus〉)は、ゲノムとしてリボ核酸 (RNA) をもつ一本鎖プラス鎖RNAウイルスで、哺乳類鳥類病気を引き起こすウイルスのグループの1つ[1]ニドウイルス目コロナウイルス科に属する[2][3]

オルトコロナウイルス亜科
Coronaviruses 004 lores.jpg
伝染性気管支炎ウイルスの電子顕微鏡写真
分類
レルム : リボウィリア Riboviria
: オルトルナウイルス界 Orthornavirae
: ピスウイルス門 Pisuviricota
: ピソニウイルス鋼 Pisoniviricetes
: ニドウイルス目 Nidovirales
: コロナウイルス科 Coronaviridae
亜科 : オルトコロナウイルス亜科 Orthocoronavirinae

含まれるウイルスは、コロナウイルス科から両生類に感染するレトウイルス亜科を除いた、いわゆるアルファからデルタまでのコロナウイルスである。2018年以前は「コロナウイルス亜科」、2009年以前は「コロナウイルス属」と呼ばれていた。分類名としては、2018年に「オルトコロナウイルス亜科」に改名されたが、一般名としてはコロナウイルスが引き続き使われている。

概略編集

単にコロナウイルスと言った場合、コロナウイルス科、あるいはこのオルトコロナウイルス亜科を指すとされている。コロナウイルス科は、アルファからデルタまでのコロナウイルス以外にも、レトウイルス亜科を含んでいるため、実際の分類範囲としては、コロナウイルス=オルトコロナウイルス亜科となっている。

オルトコロナウイルスは、ウイルス粒子表面のエンベロープ(膜構造)に、花弁状の長いスパイク蛋白の突起(S蛋白、約 20 nm)を持ち、外観がコロナ太陽の光冠)に似ている[1]。らせん対称性のヌクレオカプシドをもつエンベロープウイルスである。多形性で、大きさは直径80-220nm程度である[1]。ゲノムサイズは約26〜32キロベース (kb) で、既知のRNAウイルスでは最大級である[4]

症状は生物の種類によって異なり、鶏の場合は上気道疾患を引き起こし、牛や豚の場合は下痢を引き起こす。

ヒトでは、風邪を含む呼吸器感染症を引き起こす。SARSコロナウイルス (SARS-CoV)、MERSコロナウイルス (MERS-CoV) およびSARSコロナウイルス2 (SARS-CoV-2) のようなタイプのウイルスでは、致死性を持つ。ヒトコロナウイルス感染を予防するためのワクチンは、まだ提供されてない[5]

名前編集

「コロナウイルス」の名称はラテン語coronaコロナ)およびギリシャ語王冠または光冠(丸い光の輪)、花冠を意味する κορώνηkorṓnē コロネ)に由来する[6][7]

この名称は電子顕微鏡によるビリオン(感染性を有するウイルス粒子)の特徴的な外観に由来する。ビリオンは大きな球状の表面突起の縁をもち、樹冠や太陽コロナを思わせる像をつくる。亜科名の「オルト」コロナウイルスは、ギリシャ語で「正規の(真の)」を意味するορθός(orthos)から来ている。

歴史編集

このグループで最初に発見されたのは、1931年に報告されたニワトリの伝染性気管支炎ウイルスである[8]。1940年代にはマウス肝炎ウイルス、豚伝染性胃腸炎ウイルスも報告されている[注 1]

ヒトの病原体としては、1960年に風邪をひいたヒトから、ヒトコロナウイルスB814が発見された。この株は培養が難しかったため後に失われた。1960年代には風邪をひいたヒト患者の鼻腔からヒトコロナウイルス229EおよびヒトコロナウイルスOC43の2つのウイルスが発見された[9]。当初はこれらのウイルスの関係は定かではなく、コロナウイルスとも呼ばれていなかった。ヒトコロナウイルスも当初はヒト呼吸器ウイルス(Human respiratory virus)と呼ばれていた。

1960年代後半になると、電子顕微鏡写真で構造の類似が指摘され[10]、1968年にはコロナウイルスと呼ばれ始めていた[11]。1971年にはこれらがコロナウイルス属としてまとめられた。

2009年には、分子系統解析の進展により分類の整理が進んだ。コロナウイルス属は解体され、新たにアルファからデルタコロナウイルスが設置された。また、コロナウイルスに近縁なウイルスとしてトロウイルス亜科(後にトロウイルス科として独立)が発見され、アルファからデルタまでのコロナウイルスのグループとしてコロナウイルス亜科が設定された。

2018年にはまた新たな動きがあり、トロウイルス亜科がトロウイルス科として独立した一方で、コロナウイルス科の新たなグループとしてレトウイルス亜科が設定された。この時コロナウイルス亜科はオルトコロナウイルス亜科(真コロナウイルスの意)に改名され、現在に至っている。

コロナウイルス及び近縁系統の分類の変遷編集

1971年

上位分類 下位分類
(設定無し) コロナウイルス属 伝染性気管支炎ウイルス
マウス肝炎ウイルス
ヒト呼吸器ウイルス 等

2009年

上位分類 下位分類
コロナウイルス科 コロナウイルス亜科 アルファコロナウイルス属
ベータコロナウイルス属
デルタコロナウイルス属
ガンマコロナウイルス属
トロウイルス亜科 トロウイルス属

2018年

上位分類 下位分類
コロナウイルス科 オルトコロナウイルス亜科 アルファコロナウイルス属
ベータコロナウイルス属
デルタコロナウイルス属
ガンマコロナウイルス属
レトウイルス亜科 アルファレトウイルス属

分類編集

ウイルスの分類においてオルトコロナウイルス亜科は、レトウイルス亜科と共にコロナウイルス科に含まれる[12]。オルトコロナウイルスには4属45種を含む。

オルトコロナウイルス亜科編集

アルファコロナウイルス属編集

  • アルファコロナウイルス属(Alphacoronavirus) タイプ種:アルファコロナウイルス1
    • 種:Bat coronavirus CDPHE15、Bat coronavirus HKU10、Rhinolophus ferrumequinum alphacoronavirus HuB-2013ヒトコロナウイルス229ELucheng Rn rat coronavirus、Mink coronavirus 1、Miniopterus bat coronavirus 1、Miniopterus bat coronavirus HKU8、Myotis ricketti alphacoronavirus Sax-2011、Nyctalus velutinus alphacoronavirus SC-2013、Pipistrellus kuhlii coronavirus 3398豚流行性下痢ウイルスPorcine epidemic diarrhea virus)、Scotophilus bat coronavirus 512、Rhinolophus bat coronavirus HKU2、Human coronavirus NL63、NL63-related bat coronavirus strain BtKYNL63-9b、Sorex araneus coronavirus T14、Suncus murinus coronavirus X74、アルファコロナウイルス1

ベータコロナウイルス属編集

ガンマコロナウイルス属編集

  • ガンマコロナウイルス属(Gammacoronavirus) タイプ種:鶏伝染性気管支炎ウイルス
    • 種:Goose coronavirus CB17、Beluga whale coronavirus SW1、鶏伝染性気管支炎ウイルス、Avian coronavirus 9203、Duck coronavirus 2714

デルタコロナウイルス属編集

  • デルタコロナウイルス属(Deltacoronavirus) タイプ種:ヒヨドリコロナウイルスHKU11
    • 種:Wigeon coronavirus HKU20、ヒヨドリコロナウイルスHKU11、Common moorhen coronavirus HKU21、Coronavirus HKU15、Munia coronavirus HKU13、White-eye coronavirus HKU16、Night heron coronavirus HKU19

構造編集

 
コロナウイルスの外観および内部の模式図

オルトコロナウイルス亜科に属するウイルスは粒子状であり、その表面は細胞一般と同じ脂質二重膜である。電子顕微鏡で撮影すると表面にスパイクタンパク質が多数生えている様子が王冠のように見える。この脂質二重膜はエンベロープと呼ばれ、スパイクと共に感染先となる宿主細胞を認識する機能を持つヘマグルチニンタンパクが埋め込まれている(特にベータコロナウイルスサブグループAのメンバー)[13]。エンベロープの内部にはウイルスのゲノムがある。ゲノムはタンパク質に包まれた一本のRNAであり、このゲノムRNAがタンパク質に包まれた状態をヌクレオカプシドと呼ぶ。

ゲノム編集

オルトコロナウイルス亜科(及び他の殆どのニドウイルス目)の特徴の一つは、そのゲノムがDNAではなくRNAであることである。そのゲノムRNAは宿主細胞の中でそのまま伝令RNA(messenger RNA、mRNA、タンパク質翻訳され得る塩基配列情報と構造を持ったRNA)として機能する配列構造になっている[6]。mRNAは、ゲノムRNAの ‘3 側から ‘5 側に違う長さで伸張する数本のmRNAから構成され、各mRNAの ‘5 末端はゲノムRNAの 5’ 末端にあるリーダー配列を持つ[6]

ウイルスタンパクの翻訳は一般に各mRNAの ‘5 末端に存在するオープンリーディングフレーム (ORF) からのみ翻訳される[6]。ゲノムRNA (mRNA-1) の ‘5 末端約 20kb には2つのORF(1a と 1b で 802kDa をコードする)からなり、このORF間にはシュードノット (pseudoknot, Pn) と呼ばれる核酸の三次構造を持つ[6]。1a タンパクだけで翻訳が終止する場合と、Pn により 1a + 1b 融合タンパクが合成されるケースがある。1a + 1b タンパクは16個の調節タンパクに解裂され、プロテアーゼペプチド結合加水分解酵素)、RNAポリメラーゼとして働く[6]

タンパク質編集

ウイルス粒子の構造タンパクとしては、ゲノムRNAに結合するヌクレオタンパク (N) の量が最も多い。これはゲノムRNAと結合し、ヌクレオカプシドとなる[6]。ヌクレオカプシドを包み込むエンベロープには、コロナウイルスに特徴的な王冠様突起をなすスパイクタンパク質 (S)、内在性膜タンパク質 (M)、エンベロープタンパク質 (E) がある[6]

増殖過程編集

 
コロナウイルスの増殖過程

オルトコロナウイルスは動物細胞に感染することによって増殖する。その過程は、おおむね、感染 (1、2)、複製 (3 - 5)、放出 (6) の3段階からなる。

  1. ウイルスエンベロープ表面に露出しているスパイクタンパク質Sおよび、種によってはヘマグルチニンタンパク質 HE が標的細胞表面の分子を認識し、結合する。
  2. TMPRSS2などの宿主プロテアーゼによって、スパイクタンパク質が切断、活性化を受ける。
  3. ウイルスエンベロープと標的細胞の細胞膜が直接融合、あるいはエンドサイトーシスによってウイルスが細胞内に取り込まれる。直接融合の場合、ウイルスゲノムが細胞内に直接導入されるが、エンドサイトーシスによって取り込まれる場合は、一旦ウイルスが含まれたエンドソームが細胞内に作られ、そこでエンドソーム膜とウイルスが融合することによってウイルスゲノムが導入される。エンドソーム内は通常、プロトンポンプでその内部のpHが下げられるが、これはリソソームへの移送とともにウイルスによって阻害される。
  4. コロナウイルスはプラス鎖の一本鎖RNAをゲノムとして持つため、標的細胞の細胞質でそのままmRNAとして機能する。標的細胞のリボソームに結合して、RNA合成酵素を含むウイルスのタンパク質が作られる。ウイルスのRNA合成酵素はウイルスのゲノム配列以外は複製せず、ウイルスのゲノムRNAだけを鋳型にして、マイナス鎖のRNAとして複製する。これにより、ウイルス自身のRNA塩基配列だけを複製していく準備が整う。
  5. マイナス鎖ウイルスゲノムRNAから遺伝子ごとにプラス鎖RNAが合成され、それらが標的細胞のリボソームに結合し、それぞれからウイルスタンパク質が作られる。またマイナス鎖ゲノムから、ウイルスを構成するプラス鎖ゲノムが複製される。そのゲノムは細胞に侵入してきたRNA配列と同じである。
  6. 作られたウイルスタンパク質Nがプラス鎖ゲノムRNAに結合してヌクレオカプシドを作り、標的細胞の小胞体 (ER) に取り込まれる。ウイルス膜タンパク質M、スパイクタンパク質S、ヘマグルチニン HE は標的細胞の小胞体の膜に組み込まれる。この小胞体の膜がそのままウイルスの膜となる。ヌクレオカプシドと小胞体の膜(エンベロープになる)からウイルスが作られる。
  7. 小胞体からゴルジ体を経由して、エキソサイトーシスによって標的細胞からウイルスが細胞外に放出される。そのとき、ウイルスのスパイクタンパク質はエキソサイトーシスの膜にしがみつくような形で放出される。これにより、ウイルスが複製される。

SARSコロナウイルスの特異的な例では、S上の定義された受容体結合ドメインがウイルスの細胞受容体であるアンジオテンシン変換酵素2 (ACE2) への結合を仲介する[14]

進化過程編集

すべてのコロナウイルス(=オルトコロナウイルス亜科)の最新の最も近い共通祖先 (MRCA)は、紀元前8000年には存在していたと考えられているが、一部のモデルのMRCAは5500万年以上前に遡ってコウモリとの長期的な共進化を示唆する[15]アルファコロナウイルス属英語版のMRCAは紀元前2400年頃、ベータコロナウイルス属英語版紀元前3300年頃、ガンマコロナウイルス属英語版は紀元前2800年頃、デルタコロナウイルス属英語版は紀元前3000年頃と考えられている。飛翔温血脊椎動物であるコウモリと鳥は、コロナウイルスの遺伝子源(アルファコロナウイルスとベータコロナウイルスはコウモリ 、ガンマコロナウイルスとデルタコロナウイルスは鳥)にとって、コロナウイルスの進化と普及を促進する宿主として理想的である[16]

このため多くのヒトコロナウイルスはコウモリに起源をもつ[17]。ヒトコロナウイルスNL63は、紀元1190~1449年の間に、コウモリコロナウイルス (ARCoV 2) と共通の祖先を有していた[18]。ヒトコロナウイルス229Eも、1686~1800年の間に、コウモリコロナウイルス(GhanaGrp1 Bt CoV)と共通の祖先を有していた[19]。より最近の例では、1960年以前にアルパカコロナウイルスとヒトコロナウイルス229Eが分岐した[20]。MERSコロナウイルスは、コウモリから中間宿主としてラクダを介してヒトに現れた[21]。MERSコロナウイルスは、数種のコウモリコロナウイルスに関連しており、数世紀前にこれらの種から分岐したようである[22]

特に、SARSコロナウイルスは、コウモリコロナウイルスとの関係が他のヒトコロナウイルスより深く、ごく最近の1986年ごろ分岐した[23]。キーンコウモリコロナウイルス類とSARSコロナウイルスの進化経路は、SARS関連コロナウイルスが長期間コウモリで共進化していた可能性を示唆する。SARSコロナウイルスの祖先は、カグラコウモリ科のleaf-nose batsに最初に感染した。その後、キクガシラコウモリ科のhorseshoe batsに、更にはジャコウネコ、最後にヒトに感染した[24][25]

他のベータコロナウイルスとは異なり、ベータコロナウイルス1およびエンベコウイルス亜属のウシコロナウイルスは、コウモリ由来ではなくネズミに起源を持つと考えられている[17][26]。1790年代には、ウマコロナウイルスが種をまたいでウシコロナウイルスから分岐した[27]

1890年代後半には別の種間伝播が起こり、ヒトコロナウイルスOC43がウシコロナウイルスから分岐した[28][27]。1890年のインフルエンザ大流行は、病原体が実際には特定されていないこと、時期やその神経症状から、インフルエンザウイルスではなく、このウイルス(のスピルオーバー)によって引き起こされた可能性があると推測されている[29]。ヒトコロナウイルスOC43は、呼吸器疾患を引き起こすほか、神経疾患への関与が疑われている[30]。現在最も一般的な遺伝子型が出現したのは、1950年代である[31]

マウスの肝臓と中枢神経系に感染するマウス肝炎ウイルスは、系統的にヒトコロナウイルスOC43とウシコロナウイルスに関連する[32]。ヒトコロナウイルスHKU1も、同様にげっ歯類に起源を持つ[17]

ヒトコロナウイルス編集

ヒトに感染するコロナウイルスは、風邪症候群の4種類と動物から感染する重症肺炎ウイルス2種類 (SARS-CoV, MERS-CoV) が知られていて[33]、更にSARS-CoV-2を加えた計7種類(2020年3月時点)[34]である。アルファコロナウイルス属、ベータコロナウイルス属の下記のものが知られている[34][注 2]

動物コロナウイルス編集

コロナウイルスは家畜実験動物ペット野生動物などあらゆる動物に感染し、様々な疾患を引き起こす[33]イヌネコウシブタニワトリウマラクダなどの家畜、シロイルカキリンフェレットスンクスコウモリスズメなどからも固有のコロナウイルスが検出されている[33]

家畜編集

実験動物編集

ペット編集

脚注編集

[脚注の使い方]

注釈編集

  1. ^ ただしこれらのウイルスは、単に病原菌として分離されたのみで、電子顕微鏡などで特徴づけられたわけではない
  2. ^ ヒト腸コロナウイルス4408 - Human enteric coronavirus 4408 (HECV-4408):については除外する)

出典編集

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参考文献編集

外部リンク編集