ウイルスの侵入と脱殻メカニズム

ウイルスが複製するためには、宿主細胞の障壁を越え、そのゲノムを適切な細胞内位置に送達する必要があります。侵入は、特定の細胞表面受容体への付着から始まり、細胞膜またはエンドソーム膜の透過を経て、脱殻、すなわち次のサイクルの段階のためにゲノムを放出するタンパク質殻の分解で終わります。

Definition

ウイルス侵入とは、ビリオンが宿主細胞に付着し、細胞膜を透過し、そのゲノムを細胞質または核内に放出（脱殻）して複製を開始できるようにする多段階のプロセスです。

Scope

このトピックでは、受容体結合と指向性、2つの主要な透過経路（細胞膜での直接融合とエンドサイトーシスを介した侵入）、融合タンパク質の役割、およびウイルスゲノムを解放する脱殻段階について扱います。これは侵入メカニズムに関する参照および教育的な内容であり、臨床的または治療的なガイダンスではありません。

Core questions

• 受容体および共受容体結合は、ウイルスが感染できる細胞をどのように決定するのか？
• ウイルスはいつ細胞膜で融合するのか、それともエンドソームを介して侵入するのか、そして何が融合を誘発するのか？
• ウイルスゲノムが正しい部位で放出されるように、ウイルスカプシドはどのように分解されるのか？

Key concepts

• 特定の受容体および共受容体への付着
• 指向性（受容体によって決定される細胞および組織の範囲）
• ウイルス融合タンパク質によって媒介される膜融合
• クラスI、II、III融合タンパク質
• 直接的（細胞膜）侵入とエンドサイトーシスによる侵入
• エンドソームにおける低pHによる融合の誘発
• 脱殻とゲノム放出

Mechanisms

侵入は、ビリオンの付着タンパク質が宿主細胞表面の受容体と結合することから始まります。この相互作用は指向性を決定し、適切な受容体を持つ細胞のみが感受性を示します。エンベロープウイルスは、融合タンパク質のコンフォメーション変化を介して、その脂質エンベロープを細胞膜と融合させます。この融合は細胞膜で起こることもあれば、エンドサイトーシス後に酸性化されたエンドソーム内で起こることもあり、その場合、低pHが再配列を誘発します。融合タンパク質は、異なるフォールドによって同じヘアピン形成変化を達成する構造クラスに分類されます。非エンベロープウイルスは、代わりに膜を破壊または透過させます。ゲノムを含むコアが内部に入ると、脱殻によってカプシドが制御された方法で分解され、次のステップ（転写または複製）が行われる部位でゲノムが放出されます。

Clinical relevance

侵入は感染を阻止できる最初のポイントであり、いくつかの抗ウイルス戦略や中和抗体は、受容体結合や膜融合を妨げることによって作用します。この項目は、概念レベルでそのようなアプローチの生物学的背景を説明するものであり、処方、薬剤選択、または患者管理の根拠となるものではありません。

History

20世紀後半のエンベロープウイルスの融合に関する研究、特にインフルエンザヘマグルチニンとアルファウイルスに関する研究は、融合タンパク質が誘発性のコンフォメーション変化を起こすという原則を確立しました。その後、比較構造研究により、同じ膜融合問題を異なるフォールドで解決する融合タンパク質の異なるクラスが明らかになり、並行して行われた細胞生物学的研究は、ウイルスが細胞内部に到達するために利用するエンドサイトーシス経路を特定しました。

Key figures

• Ari Helenius
• Mark Marsh
• Margaret Kielian
• Félix Rey

Seminal works

• marsh-helenius-2006
• kielian-rey-2006

Frequently asked questions

ウイルスが感染できる細胞を決定する要因は何ですか？

主にウイルスの付着タンパク質と細胞上に存在する受容体（および共受容体）との適合性です。必要な受容体を持たない細胞は通常感受性がなく、これがウイルス指向性の基礎となります。

脱殻とは何ですか？

脱殻とは、侵入後にウイルスカプシドが制御された方法で分解され、ゲノムが細胞質または核内に放出されることで、ウイルスの遺伝子が発現し、ゲノムが複製されるようにするプロセスです。