ウイルスベクターをAIで進化させる -標的細胞に結合しやすいウイルス表面を設計する新手法を開発-

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2026-05-12 理化学研究所

理化学研究所の研究チームは、AIを活用して標的細胞へ効率よく遺伝子を届けるアデノ随伴ウイルス(AAV)ベクターを設計する新手法「EvoPRAISE」を開発した。従来は、多数の候補を動物実験で試行錯誤しながら選別する必要があったが、本手法ではAlphaFold2を利用した既存のAPPRAISE法に「指向性進化」の考え方を組み込み、膜タンパク質へ強く結合するペプチドを計算機上で進化的に最適化できる。研究では、冬眠モデル動物であるシリアンハムスターの脳血管内皮細胞に多く存在するLy6eタンパク質を標的にしたAAVカプシドを設計し、従来ベクターでは困難だった脳全域への遺伝子導入に成功した。さらに、ヒト脳で発現するLY6Eに結合するカプシド設計にも成功し、遺伝子治療への応用可能性を示した。研究は、非モデル動物研究や脳疾患向け遺伝子治療技術を大きく前進させる成果と位置付けられる。

ウイルスベクターをAIで進化させる -標的細胞に結合しやすいウイルス表面を設計する新手法を開発-
狙った膜タンパク質に結合できるAAVカプシドを合理的に設計する手法の開発

<関連情報>

Ly6e/LY6E依存性AAVカプシド変異体の計算機支援による発見 Computationally guided discovery of Ly6e/LY6E-dependent AAV capsid variants

Hiroaki Ono ∙ Shoko Fujino ∙ Genshiro A. Sunagawa
iScience  Published:April 1, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.115554

Highlights

  • EvoPRAISE prioritized Ly6e-binding peptide inserts for AAV9 capsid display
  • Cap-PF1.7 enabled widespread CNS gene delivery in Syrian hamsters after IV dosing
  • Cap-PF1.7 showed Ly6e-dependent binding and transduction in cell-based assays
  • EvoPRAISE identified multiple human LY6E-dependent AAV9 variants in vitro

Summary

Systemic adeno-associated virus (AAV) delivery to the central nervous system (CNS) would broaden neuroscience studies and therapeutic development, but capsids evolved in mice often underperform across species. We used structure-guided computational prioritization of short peptide inserts predicted to engage the BBB-associated Ly6-family receptor Ly6e/LY6E, grafting candidates into a surface loop of an AAV9 capsid. Selected variants increased blood-brain barrier transduction and enabled widespread CNS gene delivery in Syrian hamsters after intravenous dosing, with lead capsids showing Ly6e-dependent binding and transduction in cell assays. Using the same strategy for the human ortholog, we identified multiple AAV9 variants with LY6E-dependent enhancement of in vitro transduction. These capsids support species-matched CNS delivery and demonstrate how receptor-informed computation can focus experimental screening when in vivo library selection is impractical.

細胞遺伝子工学
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