－IgM抗体の高い親和性を定量化、次世代ワクチン設計に新指針－
薬学研究院
カアベイロ ホセ 教授
ポイント
・ノロウイルス主要流行株GII.4と新興株GII.17に対するモノクローナル抗体を作製
・IgM抗体は10本のFabを活用し、抗原密度が高いウイルス粒子表面で最大100倍の結合強化を示すことを定量化
・多価性による「アビディティ効果」を定量的に解明し、次世代ワクチン・抗体医薬の設計に新たな戦略を提供
概要
東京科学大学（ScienceTokyo） 物質理工学院 材料系の田川純平大学院生（博士後期課程）と総合研究院 フロンティア材料研究所の谷中冴子准教授、九州大学大学院薬学研究院のカアベイロ・ホセ教授、西田基宏教授、同大学大学院農学研究院の日下部宜宏教授らの研究チームは、世界的に流行するノロウイルス（用語1）の主要株GII.4と、新興株GII.17に対するモノクローナル抗体を作製し、ウイルスとの結合メカニズムを分子レベルで解明しました。
ノロウイルスは年間約7億件の感染を引き起こし、医療・社会コストは600億ドル規模に達する深刻な公衆衛生課題です。既存の抗体やワクチンは、ウイルスの多様な変異に対応することが難しく、より強力で広域に作用する抗体設計が求められていました。
本研究では、IgM抗体（用語2）が持つ10本のFab（用語3）による「多価性」（用語4）に着目し、その結合強化の仕組みを世界で初めて定量的に示しました。高速原子間力顕微鏡（HS-AFM、用語5）により、IgM抗体がウイルス様粒子表面を“スキャン”しながら多点で結合する様子をリアルタイムで可視化するとともに、表面プラズモン共鳴（SPR、用語6）法による相互作用解析で、抗原密度が高い環境ではIgMの結合力が最大100倍に増強されることを明らかにしました。この「アビディティ効果」（用語7）は、Fab単体とウイルスの親和性が低くても、複数の結合点を同時に利用することでIgG抗体（用語8）に匹敵する高い結合力を発揮することを示しています。
この成果は、ノロウイルスの変異に強い抗体や次世代ワクチン設計に新しい戦略を提供します。今後は、抗体の構造解析によるエピトープ同定や、広域中和抗体・ワクチンの開発を進め、産学連携による社会実装を目指します。
本成果は、3月12日付（現地時間）の「Protein Science」誌に掲載されました。
用語解説
（1）ノロウイルス（Norovirus）：世界的に流行するウイルス性胃腸炎の原因ウイルス。年間約7億件の感染を引き起こし、嘔吐や下痢などの症状を伴う。
（2）IgM抗体（Immunoglobulin M）：免疫応答の初期に産生される抗体。10本のFab（抗原結合部位）を持つ多価構造により、複数の抗原に同時に結合できる。
（3）Fab（Fragment antigen-binding）：抗体の抗原結合部位。抗体がウイルスや細菌などの抗原を認識するための構造。
（4）多価性（Multivalency）：1つの抗体分子が複数の抗原結合部位を持つ性質。IgMは10本のFabを持ち、IgGは2本。
（5）高速原子間力顕微鏡（High-Speed Atomic Force Microscopy, HS-AFM）：ナノスケールで分子の動きをリアルタイム観察できる顕微鏡技術。
（6）表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance, SPR）法：抗原と抗体の結合強度をリアルタイムで測定する分析技術。
（7）アビディティ効果（Avidity Effect）：複数の結合部位を同時に使うことで、全体として非常に強い結合力を発揮する現象。
（8）IgG抗体（Immunoglobulin G）：免疫応答の後期に産生される抗体。Fabは2本で、IgMに比べて単価性だが、親和性が高い。
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