Baculoviridae

Robert L. Harrison, Elisabeth A. Herniou, Johannes A. Jehle, David A. Theilmann4, John P. Burand, James J. Becnel, Peter J. Krell, Monique M. van Oers, Joseph D. Mowery and Gary R. Bauchan

このICTVレポートの章の引用は、Harrison et al.として発表した要約である。 (2019):
ICTV Virus Taxonomy Profile: Baculoviridae, Journal of General Virology, 99: 1185-1186.

共著者: Robert L. Harrison ([email protected])
Edited by: Balázs Harrach、Andrew J. Davison
投稿。 2018年6月
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Summary

バキュロウイルス科は、80～180kbpの円形dsDNAゲノムを持つ大型昆虫特異的ウイルスのファミリーである（表1.Baculoviridae)。 ウイルスは、包囲された棒状のヌクレオカプシドからなり、0.15〜5μmの特徴的な閉塞体に埋め込まれている。 咬合体は、感染時に高発現する単一のウイルスタンパク質からなるマトリックスで構成されている。 このファミリーのメンバーは、鱗翅目、披虫目、双翅目の昆虫の幼虫にのみ感染する。 害虫駆除やタンパク質発現のためのベクターとして開発されたものもある。

表1.バキュロウイルス科。 バキュロウイルス科のメンバーの特徴。

Virion

Morphology

baculovirus 感染には1つか2つのビリオン表現型が関与しています。 腸管上皮では、結晶性タンパク質の閉塞体（OB）内に含まれるビリオンによって感染が開始される。OBは、多面体で多数のビリオンを含む場合（アルファバキュロウイルス属、ガンマバキュロウイルス属、デルタバキュロウイルス属）、卵円筒形で1つ、あるいはまれに2つ以上のビリオンを含む場合（ベータバキュロウイルス属）、がある。 オクルージョン内のウイルスは、オクルージョン由来ウイルス（ODV）と呼ばれ、明確な構造極性を持つ1つ以上の棒状のヌクレオキャプシドがエンベロープに包まれている（図1.バキュロウイルス科）。 ODVの場合、ヌクレオキャプシドの包囲は核内（アルファバキュロウイルス属のメンバー）または核膜が消失した後の核-細胞質環境中（ベータバキュロウイルス属のメンバー）で行われる。 ヌクレオカプシドの直径は平均30〜60 nm、長さは250〜300 nmである。 ODVのエンベロープにはスパイク状の構造（peplomers）は報告されていない。 第2の表現型のウイルス（buded virusまたはBVと呼ばれる；図1.バキュロウイルス科）は、ヌクレオカプシドが感染細胞の表面で細胞膜を突き破って芽を出すことによって生成される。 BVは通常、1つのヌクレオキャプシドを含む。 エンベロープは細胞膜に由来し、エンベロープ融合糖タンパク質（EFP）を含む緩い膜として特徴的に現れ、通常ビリオンの一端に見られるペプロマーを形成する（下記「タンパク質」参照）

Physicochemical and physical properties

ODV in CsCl, is 1.18-1.25 g cm-3 and that the nucleocapsid is 1.47 g cm-3.This is a buoyant density of the nucleoside in CsCl, and the nucleoside in Cc-3. スクロース中のBVの浮遊密度は1.17-1.18 g cm-3である(Summers and Volkman 1976)。 いずれの表現型のウイルスも有機溶媒や洗浄剤に感受性がある。 ODVとBVは熱に弱く、極端なpH値では不活性化する(Gudauskas and Canerday 1968, Knittel and Fairbrother 1987).

核酸

核酸カプシドは1分子の80-180kbpの円形のスーパーコイルdsDNAから成る（図1.Baculoviridae, Figure 2.Baculoviridae）

タンパク質

ゲノム解析では、バキュロウイルスは約100-200のタンパク質をコードしていることが示唆されている。 これまでのプロテオミクス解析では、ビリオンは23種類と少ないものから73種類のポリペプチドを含む可能性があることが示されている（Deng et al.、2007、Zhang et al.、2015）。 両方のビリオンの表現型（ODVおよびBV）からのヌクレオカプシドは、主要なカプシドタンパク質（VP39）、ウイルスゲノムと複合化した基本DNA結合タンパク質（P6.9）、および少なくとも2〜3の追加タンパク質を含んでいる。 現在までに2種類のEFPが同定されている。 EFP GP64は、Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV) とその近縁種を含むアルファバクロウイルス群に存在する（Blissard and Wenz 1992）。 アルファバキュロウイルスおよびベータバキュロウイルスのほとんどは、Lymantria dispar multiple nucleopolyhedrovirus (LdMNPV) のLd130タンパク質 (Pearson et al., 2001) および Spodoptera exigua multiple nucleopolyhedrovirus (SeMNPV) の Se8タンパク質 (IJkel et al., 2000)と同族体のFタンパク質として知られているEFPをコードし利用しているようである。 デルタバキュロウイルスCulex nigripalpus nucleopolyhedrovirusもまた、融合活性を有するEFPをコードする（Wang et al.、2017）。 いくつかのODVエンベロープタンパク質が同定されている。 P74 (Faulkner et al., 1997), PIF-1 (Kikhno et al., 2002), PIF-2 (Pijlman et al., 2003), PIF-3 (Ohkawa et al., 2005), AC96 (PIF-4) (Fang et al., 2005) など8つのODVタンパク質が知られている。 2009）、ODV-E56（PIF-5）（Harrison et al., 2010）、AC68（PIF-6）（Nie et al., 2012）、AC110（PIF-7）（Jiantao et al., 2016）、AC83（PIF-8）（Javed et al., 2017）はODVの口腔感染性に不可欠であると考えられています。 OBマトリックスの主要タンパク質は、ウイルスがコードする25-33 kDaのポリペプチドである。 このタンパク質は、ヌクレオポリヘドロウイルス（α-、δ-、ガンマバキュロウイルスに用いられる一般名）ではポリヘドリン、グラニュロウイルス（ベータバキュロウイルス）ではグラニュリンと呼ばれている（Rohrmann 1986）。 OBは、少なくとも1つの主要なタンパク質を含むエンベロープに囲まれていることが多い（Whitt and Manning 1988）。 デルタバキュロウイルスのポリヘドリンタンパク質はα-、β-、ガンマバキュロウイルスのOBタンパク質とは血清的にも遺伝的にも無関係である（Pereraら、2006）。

脂質

ODVとBVのエンベロープには脂質が存在する。 脂質組成は2つのビリオンの表現型間で異なる（Braunagel and Summers 1994）。

糖質

糖質は糖タンパク質および糖脂質として存在する。

ゲノム構成および複製

円形のゲノムDNAは感染性があり、細胞侵入とアンコーティング後は感染に必須のウイルス関連タンパク質はないことが示唆される（Burand et al, 1980、Carstensら、1980）。 バキュロウイルスのコア遺伝子と呼ばれる38の遺伝子ホモログは、α-、β-、γ-、デルタバキュロウイルスの間で共有されている（Javed et al. これらの保存遺伝子は、DNA複製、後期遺伝子転写、ビリオン構造など、さまざまな機能に関与している。 場合によっては、繰り返される遺伝子のファミリーの存在によって、より大きなゲノムサイズがもたらされることもある（Hayakawa et al.、1999）。 バキュロウイルス遺伝子の転写は時間的に制御されており、初期および後期の2つの主要な遺伝子クラスが認識されている。 後期遺伝子は、さらに後期と超後期遺伝子に分けられる。 バキュロウイルスゲノム上では、遺伝子クラス（初期、後期、超後期）はクラスター化されておらず、ゲノムの両鎖がコーディング機能に関与している。 初期遺伝子は宿主のRNAポリメラーゼIIによって転写されるが、後期および超後期遺伝子はα-amanitin耐性ウイルスRNAポリメラーゼによって転写される(Huh and Weaver 1990)。 RNAスプライシングは起こるが、まれであるようだ（Chisholm and Henner 1988, Pearson and Rohrmann 1997）。 一過性の初期および後期遺伝子転写とDNA複製の研究から、少なくとも3つのウイルスコード化タンパク質が初期遺伝子転写を制御し（Guarino and Summers 1986, Kovacs et al., 1991, Lu and Carstens 1993, Yoo and Guarino 1994）、一方、後期遺伝子転写には約20種類のウイルスコード化タンパク質である遅延発現因子（LEFs）が必要であると示唆されている (Rapp et al., 1998, Huijskens et al., 2004). 約20のLEFのうち、半数はDNA複製に関与しているようである（Lu and Miller 1995）。 後期遺伝子の転写は、バキュロウイルス後期プロモーターの必須コアエレメントである保存された5′-TAAG-3′プロモーターモチーフの2番目のアデニンで開始される（Chen et al.） 推定上の複製起点は、バキュロウイルスゲノム内の複数の場所に見られる繰り返し配列からなる（Pearsonら、1992、HiltonとWinstanley 2007）。 これらの配列は、homologous repeat (hr) regionと呼ばれ、異なるバキュロウイルス種間で高度に保存されているとは思われない。 シングルコピーの非hr複製起点も同定されている(Kool et al., 1994)。 DNA複製は、後期遺伝子の転写に必要である。 ほとんどのビリオンの構造タンパク質は後期遺伝子によってコードされている。 後期および超後期遺伝子の転写はDNA複製の直後に始まるようであるが、閉塞体特異的タンパク質をコードするいくつかの超後期遺伝子は、後の時期に極めて高いレベルで転写される（Thiem and Miller 1990）。 BVの産生は主に後期、閉塞体の産生は超後期に起こる。

感染した動物では、ウイルスの複製は昆虫の中腸で開始される。 摂取後、OBは腸管内腔で可溶化し、ODVを放出し、細胞表面で細胞膜と融合して標的上皮細胞に侵入すると考えられる（Kawanishi et al.、1972）。 鱗翅目昆虫では、中腸細胞へのウイルス侵入はpH12までのアルカリ性環境で起こり、動物への感染開始には中腸への感染が必要である。 ウイルスは中腸上皮で1回の複製を経て、血球内の二次組織に感染すると考えられているが、中腸から血球に直接移動する機構も提案されている（Granados and Lawler 1981, Washburn et al, 1999, Washburn et al, 2003）

DNA複製は核で行われる。 ベータキュロウイルス感染細胞では、核膜の完全性は複製過程で失われる（Walkerら、1982、FedericiとStern 1990）。 いくつかのバキュロウイルスでは、複製は腸上皮に限定され、子孫ウイルスはこれらの細胞内に包まれて閉塞し、脱落した上皮とともに腸内腔に排出されるか、宿主の死とともに放出される (Federici and Stern 1990)。 他のバキュロウイルスでは、内臓や組織に感染する(Keddie et al., 1989)。 第2のビリオンの表現型であるBVは、感染した腸細胞の基底膜から芽を出し、血球内への感染に必要である。 鱗翅目昆虫において、感染した脂肪体細胞は、閉塞性ウイルス産生の主要な場所である。 閉塞ウイルスは、α-、γ-およびデルタバキュロウイルスでは感染細胞の核内で、β-バキュロウイルスでは核-細胞質環境内で成熟する。 感染性ODVビリオンを含むOBは、宿主が死亡し、通常は液化すると放出される。

Biology

バキュロウイルスは昆虫からのみ、主に鱗翅目の昆虫から分離されているが、蜂目や双翅目の昆虫からも分離されている。 感染は、(i)食物や卵の表面などのOBsによる汚染によって水平的に起こる。 (Hamm and Young 1974, Young and Yearian 1986); (ii) 感染した雌または雄成虫から卵の中で垂直に感染する (Doane 1969); または実験的に; (iii) 無傷の宿主へのBVs注入; または (iv) 細胞培養物の感染またはトランスフェクションにより感染する。 通常、許容性のある昆虫宿主への感染プロセスは約1週間を要し、最終的に罹患した昆虫は液化し、感染性閉塞体を環境中に放出する。 OBは、化学的・物理的腐敗や紫外線による不活性化に対する耐性が高く、環境的に安定したウイルスの形態である。 持続的な無症状感染も記録されている（Myers and Cory 2016）。

抗原性

異なるバキュロウイルス間で交差反応する抗原決定基は、ビリオンタンパク質と主要OBポリペプチド：ポリヘドリンまたはグラニュリン上に存在する（Summersら、1978、Volkman 1983）。 中和抗体はBVの主要な表面糖タンパク質と反応する(Volkman et al., 1984)。

名称の由来

アルファ、ベータ、ガンマ、デルタ: ギリシャ文字のα、β、γ、δ、ギリシャ語のアルファベットの最初の4文字。

Baculo-:

Granulo-：「granule」と「granulosis」からなり、ベータクロウイルス感染細胞におけるOBの比較的小さなサイズとその粒状の外観に言及している。

Nucleopolyhedro-：”nuclear polyhedrosis “と “polyhedron “からなる言葉で、感染細胞の核の中でOBが多面的に見えることを意味します。

属の区分基準

バキュロウイルス科の属は、系統、ゲノムの特徴（特に遺伝子量）、宿主範囲、OBの形態に基づいて区別されている（Jehle et al, 2006a）。

科内の関係

38個のバキュロウイルスのコア遺伝子に基づく系統解析では、科は4つの単系統群からなり（図3.Baculoviridae）、これらは昆虫の宿主の目とその形態に基づいて識別することも可能である。 バキュロウイルスはアルファバキュロウイルス、ベータバキュロウイルス、ガンマバキュロウイルス、デルタバキュロウイルスの4属に分類される。

他の分類群との関係

バキュロウイルス科のメンバーは、以前「非包接型」バキュロウイルスとして分類されていたヌーディウイルス科のウイルスと構造、遺伝、生物学的特徴を共有しています。 ヌーディウイルスは、バキュロウイルスと少なくとも20のコア遺伝子を共有している（Wang et al.、2011）。 また、バキュロウイルスはヒトロサウイルス科の唾液腺肥大ウイルスと類似しており、この科のメンバーと少なくとも12のコア遺伝子を共有している（Jehleら、2013）。

所属分類群

• アルファバキュロウイルス
• ベタバキュロウイルス
• デルタバキュロウイルス
• ガンマバキュロウイルス