Inheritance of a Single Edited CD46 Allele Is Associated with Reduced Ex Vivo Susceptibility to Bovine Viral Diarrhea Virus

牛の畜産業は群れの健康状態に大きく依存していますが、広範なワクチン接種にもかかわらず、牛ウイルス性下痢ウイルス（BVDV）として知られる持続的なウイルスによる脅威が、依然として多大な経済的損失を引き起こしています。このウイルスは動物の免疫系を直接攻撃するのではなく、細胞表面にある特定のタンパク質に結合することで細胞内に侵入します。これは、鍵が鍵穴にぴったりとはまるような仕組みです。牛において、この鍵穴にあたるのがCD46と呼ばれるタンパク質です。もし科学者がこの鍵穴の形状を変え、ウイルスの鍵が適合しないようにできれば、ウイルスは細胞に侵入できなくなり、動物は感染に対して耐性を持ちます。このような遺伝的な変化が、保護機能を提供したまま子孫へと受け継がれるかどうかが、化学的な介入だけに頼ることなく、より強靭な家畜を開発するための中心的な課題となっています。

研究者たちは最近、すでに一頭の個体で有望な結果を示した特定の遺伝子改変に注目しました。ジンジャーと呼ばれる雌のギル（Gir）種は、CD46タンパク質に変化を与えるように遺伝子編集されました。この変化は、ウイルスが結合に使用する部分に含まれる6つの特定の構成要素を入れ替えるというものでした。これまでの研究により、ジンジャーがこのウイルスに対して高い耐性を持つことが確認されています。しかし、この形質が群れの中で有用であるためには、編集された遺伝子を2つではなく、1つだけ受け継いだ場合でも機能する必要があります。遺伝学において、同一の遺伝子のコピーを2つ持つ動物はホモ接合体と呼ばれ、編集されたものと通常のものが混在している場合はヘテロ接接合体と呼ばれます。重要な未知の要素は、編集された遺伝子が通常の遺伝子を圧倒できるのか、それとも通常の遺伝子が存在することでウイルスがすり抜けてしまうのかという点でした。

これを調査するため、科学者たちはジンジャーを、遺伝子編集を一切持たない種雄牛と交配させました。その結果生まれたジラルドという名の雄の子牛は、母親から編集されたCD46アレルを1つ、父親から通常の未編集のアレルを1つ受け継ぎました。研究者たちは全ゲノム解析を通じて、ジラルドが意図通りに編集された遺伝子を持ち、6つのアミノ酸置換が維持されていることを確認しました。次に、彼らはジラルドの細胞から採取した細胞が、ジンジャーの細胞と比較してどの程度ウイルスに感染しやすいかをテストしました。結果は驚くべきものでした。ジラルドの細胞は、ジンジャーと同等の強力なウイルス耐性を示したのです。これは、ジラルドの細胞が、編集された耐性のあるバージョンのCD46タンパク質と、通常の感受性のあるバージョンの両方を産生していたにもかかわらず起こりました。

この耐性が、単に通常の遺伝子がサイレンシング（抑制）されたりオフになったりしたことによるものではないことを確認するため、チームは細胞がタンパク質を構築するために使用する分子指令であるRNAを分析しました。その結果、ジラルドの細胞内では、編集されたバージョンと野生型のバージョンの両方のCD46遺伝子が活発に発現していることがわかりました。さらに、通常のCD46タンパク質を単離し、CD46を全く持たない細胞に投入したところ、その通常のタンパク質はウイルスが細胞内に侵入することを正常に許容しました。これにより、通常の遺伝子は完全に機能しており、それが唯一の選択肢であれば感染をサポートできることが確認されました。ジラルドが、完全に機能する通常の遺伝性を保持しているにもかかわらず耐性を維持しているという事実は、編集されたバージョンのタンパク質が、感受性のある対となるタンパク質が存在する場合でも、ウイルスの細胞への感染能力を妨害していることを示唆しています。

これらの知見は、特定の遺伝子編集が、ヘテロ接合の状態においても牛ウイルス性下痢ウイルスに対する保護を提供できることを示しています。この研究は、編集された遺伝子を持つ雄を使用することで、育種家が牛の集団にこの耐性をより迅速に導入できる可能性を示唆しています。なぜなら、その子孫はもう一方の親から通常の遺伝子を受け取ったとしても、その形質を継承し、保護された状態を維持できるからです。これは、従来の育種法を通じて疾病耐性を普及させるための経路を提供し、牛の群れに対するこの経済的に甚大な被害を与えるウイルスの影響を軽減するための、持続可能な方法となります。