アデノ随伴ウイルス

アデノ随伴ウイルス（AAV）

アデノ随伴ウイルス（Adeno-associated virus、略称：AAV）は、ヒトをはじめとする霊長類に感染する、約20ナノメートルという微小なウイルスで、パルボウイルス科ディペンドウイルス属に分類されます。自身だけでは効率的に増殖できず、アデノウイルスなどのヘルパーウイルスの存在を必要とする「ヘルパー依存型」であり、脂質の膜（エンベロープ）を持たないノンエンベロープウイルスです。生体内で引き起こす免疫応答が比較的限定的であるため、現時点ではヒトに対する明らかな病原性は確認されていません。細胞が分裂しているかどうかにかかわらずゲノムを導入する能力があり、宿主細胞の染色体に組み込まれずに染色体外で維持されることも可能です。こうした特徴から、遺伝子を細胞に運ぶための「ベクター」として、遺伝子治療やヒトの疾患モデル細胞の作製といった分野で広く活用されています。

ウイルスの構造

AAVのゲノムは、約4.7キロベースの一本鎖DNA（ssDNA）で構成されています。ゲノムの両端には、ウイルスの複製などに必要な末端逆位配列（ITR）と呼ばれる特徴的な繰り返し配列が存在します。ITRはDNA合成の起点となり、ヘアピン構造を形成することでセルフプライミングを可能にします。

ゲノム上には主に二つの遺伝子領域、rep遺伝子とcap遺伝子があります。rep遺伝子はウイルスの複製やゲノムの組み込みに関わる複数のRepタンパク質（Rep78, Rep68, Rep52, Rep40）をコードしており、ITRへの結合やヘリカーゼ活性などを持ちます。cap遺伝子はウイルスの外殻を形成するカプシドタンパク質（VP1, VP2, VP3）をコードしており、これらが組み合わさって正二十面体のカプシド構造を形成します。これらのカプシドタンパク質は、翻訳開始点の選択的な利用などにより、ウイルスの粒子内でVP1:VP2:VP3が約1:1:20の比率で存在するように合成されます。特にVP1タンパク質のN末端領域には、細胞内からのウイルス放出に関与するとされるホスホリパーゼA2（PLA2）活性があることが示唆されています。

感染サイクルと増殖

AAVの感染サイクルは、細胞への付着、エンドサイトーシスによる細胞内への取り込み、エンドソームからの脱出、核への移行、ゲノムの二本鎖DNAへの変換、ウイルス遺伝子の発現、ゲノムの複製、ウイルス粒子の組み立て、そして細胞からの放出といった段階を経て進行します。これらの過程の一部は、感染する細胞の種類によって異なり、AAVの特定の組織への指向性（トロピズム）に影響します。

AAVの大きな特徴は、自己複製能力に欠けており、効率的な増殖にはヘルパーウイルスの共感染や特定の遺伝毒性因子が必要であることです。特にアデノウイルスはAAVという名称の由来ともなっており、アデノウイルスが産生する特定のタンパク質がAAVの複製を促進します。近年では、アデノウイルスを用いずに、必要なヘルパー機能を遺伝子導入などで補う組換えAAVの生産方法が確立されています。ヘルパー因子が存在しない場合、AAVゲノムは宿主染色体への組み込み、特にヒトでは19番染色体のAAVS1領域への部位特異的組み込みや、あるいはエピソーム（環状の染色体外DNA）として細胞内に維持されることがあります。

免疫応答

AAVに対するヒトの免疫応答は比較的穏やかであることから、遺伝子治療のベクターとして注目されています。これにより、ベクター導入後の免疫反応による副作用リスクが低減されると考えられます。自然免疫応答としては、動物モデルにおいて一過性の炎症性サイトカイン産生や免疫細胞の浸潤が観察されますが、通常短時間で収束します。液性免疫応答は比較的強く、ヒトの最大80%がAAV2に対する抗体を持っているという報告もあります。これらの抗体はウイルスを中和する能力を持ち、特に全身投与による遺伝子治療においては、ベクターの細胞への導入効率を低下させる要因となり得ます。細胞性免疫応答、特に細胞傷害性T細胞による感染細胞の排除についてはまだ十分に解明されていませんが、一部の臨床試験や研究からその可能性が示唆されており、遺伝子治療ベクター設計における重要な考慮事項となっています。

血清型と組織指向性

AAVには複数の血清型が存在し、これまでに11種類以上が報告されています。血清型の違いは主にカプシドタンパク質の構造に起因し、これがウイルスがどの種類の細胞に結合・侵入しやすいかという組織指向性を決定します。遺伝子治療においては、目的に応じた組織に効率よく遺伝子を導入するために、適切な血清型を選択することが極めて重要です。例えば、AAV2は最も研究が進んでいる血清型の一つで、骨格筋、神経細胞、肝細胞などに親和性がありますが、他の血清型が特定の組織に対してAAV2よりも高い導入効率を示すこともあります。例えば、AAV8は肝細胞への導入効率が非常に高いことが知られています。血清型によっては、AAV2よりも免疫原性が低いものも存在します。AAV2に関しては、特定の細胞表面受容体（HSPG、αVβ5インテグリン、FGFR-1など）を介して細胞に侵入することが研究されています。

特筆すべきは、AAV2ががん細胞に対して選択的に作用する可能性を示唆する研究結果です。試験管内の研究では、AAV2が健常細胞に影響を与えずに複数種のがん細胞を死滅させる効果が報告されており、新たな抗がん剤としての応用が期待されています。

遺伝子治療ベクターとしての利用

AAVが遺伝子治療ベクターとして広く用いられている理由は、その安全性の高さと多様な細胞への遺伝子導入能力にあります。野生型AAVはヒトに対する病原性が低いと考えられており、特に非分裂細胞にも感染し、宿主ゲノムへの組み込みが主に特定の部位（AAVS1）に限られる（ただし遺伝子治療用ベクターではこの能力は除去されている）点は、ランダムな組み込みによる遺伝子破壊やがん化のリスクがある他のウイルスベクターと比較して大きな利点とされていました。また、生体内の免疫応答を引き起こしにくいことも再投与の可能性を含め有利に働くと期待されていました。

しかし、AAVベクターにも限界があります。最大の欠点の一つは、搭載できる遺伝子のサイズが限られている点です。導入したい遺伝子の長さが約4.8キロベースのAAVゲノムサイズを超える場合、そのままでは搭載できません。また、既存の免疫応答、特に中和抗体が存在する場合、投与したベクターが効率よく標的細胞に到達できないことがあります。これを回避するため、脳など比較的免疫応答が弱い部位への投与や、免疫抑制剤との併用が検討されることがあります。

これらの課題を克服するため、AAVベクターの改良が進められています。例えば、自己相補型AAV（scAAV）は、最初から二本鎖DNAゲノムを持つように改変されており、細胞内で二本鎖化されるまでの時間を短縮し、より迅速な遺伝子発現を可能にします。一方で、scAAVは搭載できる遺伝子のサイズが通常のAAVの約半分になり、また免疫原性が高まる可能性が指摘されています。

臨床応用の現状と病理学的な関連

AAVベクターは、遺伝子治療の分野で最も活発に研究・開発が進められているツールの一つであり、これまでに多くの疾患に対する臨床試験が実施されています。特に、レーバー先天性黒内障のような眼疾患、血友病、神経変性疾患（パーキンソン病など）、心不全といった様々な疾患で、初期または中期の臨床試験において有望な結果が報告されています。前立腺がんに対する試験は後期段階（Phase III）まで進んだ例もあります。

野生型AAVそのものが直接的に疾患を引き起こすという明確な証拠は現在まで見つかっていませんが、一部の研究では、特定の状況下で病態との関連が示唆されています。例えば、男性不妊症の患者の精液中に変異したAAV DNAが検出されたという報告があり、関連性が示唆されていますが、AAV感染が直接的な原因であるという因果関係は確立されていません。また、ヒトの肝細胞癌組織において、特定の遺伝子領域にAAV-2のDNAが挿入されている例が報告されており、肝細胞癌の発生にAAVが関与している可能性が強く示唆されています。

総じて、AAVはヒトにおける病原性が低いという特性を持ちながら、効率的に遺伝子を細胞に導入できる能力を持つことから、基礎研究から遺伝子治療の実用化まで、幅広い分野で重要な役割を担っているウイルスです。

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