Integrated Computational Design and Molecular Dynamics Evaluation of Novel siRNAs Targeting the Hemagglutinin Gene of Measles Virus

見えないロックピックとウイルスという鍵

あなたの体を、活気ある都市だと想像してみてください。その都市の中で、細胞は建物です。時として、ウイルスのような小さな侵入者が、その中に押し入ろうとします。これを行うために、彼らは細胞のドアを解錠するための特別な「鍵」を表面に備えています。一度中に入ると、彼らは建物の機械を乗っ取り、自分自身のコピーを作成して混乱を引き起こします。最も悪名高い侵入者の一つが、麻疹（はしか）ウイルスです。私たちは、それを阻止するためのセキュリティガードとして機能するワクチンを持っていますが、ガードが不在であったり、都市が混雑しすぎたりすると、アウトブレイクが発生することがあります。現在、もし誰かが麻疹にかかったとしても、医師はウイルスを直接殺す薬を与えることはできず、体がウイルスと戦っている間、その人が少しでも楽に過ごせるように手助けすることしかできません。科学者たちは、ウイルスが中に入る前にそれを止めることができる、新しい種類の「ロックピック」を探しています。

ここで、RNA干渉（RNAi）と呼ばれる強力なツールが登場します。RNAiを、遺伝的指示に対する非常に特殊な「キャンセルボタン」だと考えてください。私たちの細胞内には、設計図（mRNA）を読み取って何かを作り出す小さな機械があります。もし、ウイルスの方の設計図と完璧に一致する、カスタムメイドの小さなメモ（siRNAと呼ばれる小さな干渉RNA）をその機械の中に滑り込ませることができれば、機械はウイルスを作る代わりに、その設計図をシュレッダーにかけてしまいます。課題は、ウイルスだけを標的にし、あなたの健康な細胞のための指示を誤って削除しないような、完璧なメモを設計することです。この論文は、これらのメモを設計し、麻疹ウイルスをその足取りで止めることができるかどうかをテストするために、超高速コンピュータを使用することについて述べています。

完璧なウイルス阻止剤を求めるデジタルな狩り

この研究において、バングラデシュのジャハンギルナガル大学の研究チームは、デジタル探偵というハイリスクなゲームに挑むことにしました。彼らは、麻疹ウイルスのヘマグルチニン（H）遺伝子と呼ばれる特定の部位を標的にする、完璧なsiRNAの「メモ」を見つけ出したいと考えました。H遺伝子を、ウイルスの「鍵」を作るための指示書だと考えてください。つまり、細胞に貼り付くことを可能にする部分です。もし彼らがその指示書を破壊できれば、ウイルスはその鍵を作ることができず、中に入ることができなくなります。

まず、チームは世界中から集めた96種類の異なるバージョンの麻疹ウイルスを調査しました。彼らのメモが、単一のウイルスだけでなく、すべてのウイルスに対して機能することを確認したかったのです。これら96種類の株の遺伝コードを並べて調べたところ、安心できる発見がありました。ウイルスの「鍵」の指示は、すべての株においてほぼ同一だったのです。これは、ウイルスの一族全体を阻止するために、一つのセットのメモを設計すればよいことを意味していました。

次に、彼らはコンピュータプログラムを使用して、11種類の候補となるメモを生成しました。しかし、彼らは細心の注意を払わなければなりませんでした。メモが人間の指示を誤って乱してしまうことがあってはならないからです。彼らは厳格なフィルターを実行し、各メモが人間の遺伝子との間に十分な差異を持っているかを確認し、トラブルを避けるようにしました。これにより、有望な11個の候補がショートリストに残りました。

次に、「熱力学」テストが行われました。二つの磁石をくっつけようとしている場面を想像してみてください。もし磁力が弱すぎれば離れてしまい、強すぎれば間違った場所に張り付いてしまうかもしれません。研究者たちは、自分たちのメモがウイルスの指示にどれほどよく貼り付くかを計算しました。その結果、11個のうち10個のメモは完璧であることがわかりました。それらはウイルスを掴むのに適切な「粘着性」を持っていましたが、混乱するほど強くはありませんでした。「S6」と呼ばれる一つのメモは、少し弱すぎて十分に貼り付かなかったため、彼らはそれを破棄しました。

そして、本当の魔法が起こりました。研究者たちは、これらのメモが、実際に細胞内の「シュレッレッダー」の役割を果たす機械の中に収まるかどうかを確認する必要がありました。この機械はヒトArgonaute-2（hAgo2）と呼ばれます。これは分子のハサミのようなものです。チームは、コンピュータを使用して、10個のメモをこのハサミにドッキングさせるシミュレーションを行い、どれが最もよくフィットするかを確認しました。その結果、S3、S4、S7という3つのメモが完璧にカチッと収まりました。これらは他のものよりも、PIWIドメインと呼ばれる活性部位により良くフィットしており、-367.22、-349.03、-383.07 kcal/molという非常に強い結合スコアを示しました。

しかし、一度フィットするだけでは不十分です。メモは、ウイルスが破壊されている間、そこに留まっていなければなりません。これを確認するために、チームは100ナノ秒の分子動力学シミュレーションを実行しました。これは、メモとハサミが時間の経過とともにどのように揺れ、震え、共に踊るかを観察する、高速の映画のようなものです。彼らは構造がどれほど揺れるか（RMSD）と、どれほど固く結びついているかを測定しました。結果は心強いものでした。3つの候補（S3、S4、S7）はすべて安定しており、バラバラになりませんでした。S3が最も安定しており、揺れが最も少なく、S4とS7も十分に踏みとどまっていました。彼らはまた、メモがハサミとどれだけの「握手」（水素結合）を交わしているかもチェックしました。S7が最も多くの握手を行っており、非常に強力なグリップを持っていることを示唆していました。

これが意味すること（および意味しないこと）

この論文は、これら3つの候補（S3、S4、S7）が、少なくともコンピュータ・シミュレーションの世界においては、麻疹ウイルスを阻止するための優れた選択肢であることを示唆しています。彼らは正しい形、正しい粘着性を持ち、細胞の切断マシンと出会ったときにも安定しています。研究者たちは、これらが11個のリストの中から選ばれたトップの有力候補であると確信しています。

しかし、これがすべてコンピュータの中で起きていることを忘れてはなりません。著者たちは、これらのメモを実際のシャーレや生きている動物でテストしていないことを非常に明確に述べています。彼らは、これらのメモが実際に人間における麻疹感染を止めることを証明したわけではありません。この研究は「前臨床フレームワーク」であり、それは「私たちは宿題を終え、最高の候補を見つけ出した。次は実際の実験を行う必要がある」ということを、専門的な言葉で言っているのです。

したがって、これが今日における麻疹の治療薬ではないものの、科学者が従うべき非常に有望な地図となります。それは、次にラボでテストすべき3つのメモを正確に示しています。もし将来のテストが成功すれば、ワクチンが利用できない場合や、ウイルスが隠れようとする場合でも、麻疹と戦うための新しい武器を私たちは手にすることができるかもしれません。今のところ、コンピュータは「進め」と言っていますが、現実の世界が「イエス」と言う必要があります。