カプシドとは？ウイルスの殻の定義・構造・種類と役割解説

カプシドとは何かを図解でわかりやすく解説。定義・構造（正二十面体・ヘリカル）や種類、役割と感染への影響まで詳述。

カプシドとは、ウイルスのタンパク質の殻（外殻）で、ウイルス粒子（ビリオン）の主要な構成要素の一つです。複数のタンパク質サブユニットが繰り返し集合して形成されるため、遺伝情報のコード量を節約しつつ安定した立体構造を作ることができます。観察可能な三次元単位は「カプソメア（capsomere）」と呼ばれ、これらが規則正しく配列してカプシドを構成します。カプシドはウイルスの核心である 核酸を包み込み、外部環境から保護します。

構造の基本

カプシドはタンパク質単位の集合体であり、しばしば対称性を示します。主要な形状は次のとおりです。

• 正二十面体（icosahedral）型：20個の三角形の面を持つ立体で、球形に近い形をとります。多くの動物・植物ウイルスで見られ、効率よくゲノムを収納できます。面を構成するタンパク質が繰り返されることで安定した殻が形成されます。三角形の細分化度を示す「T数（triangulation number）」という概念でカプシドの複雑さを表します。
• ヘリカル（螺旋）型：タンパク質サブユニットがらせん状に配列し、核酸を包む円筒形の構造を作ります。植物ウイルスの代表例であるタバコモザイクウイルス（TMV）や、一部のエンベロープを持つウイルスに見られます。
• 複合型（複雑構造）：バクテリオファージ（バクテリオファージなど）のように、頭部（カプシド）と尾部を持つなど、単純な対称性に当てはまらない複雑な構造を示すものがあります。

タンパク質構成と例

カプシドの面や単位は、1種類または複数のタンパク質から構成されます。例えば、ピコルナウイルス科に属するウイルスの一部では、1つの面が複数の異なるタンパク質サブユニットでできています。口蹄疫ウイルスはその一例で、カプシド面はVP1、VP2、VP3と呼ばれる3つのタンパク質によって構成されています。これらのタンパク質は抗原性を持ち、中和抗体の標的になります。

カプシドの役割

• 核酸の保護：外部環境（酵素、紫外線、物理的ストレスなど）からゲノムを守る。
• 細胞侵入と認識：宿主細胞の受容体に結合する際、カプシド表面の構造や突起が重要な役割を果たす。エンベロープを持たないウイルスでは特にカプシドが主要な接着分子となる。
• 組立てと自己集合：ウイルスの増殖過程で、カプシドタンパク質は自己集合して新しいビリオンを形成する。多くは自己集合能を持ち、最小限のウイルス遺伝子で効率よく粒子を作れる。
• 免疫応答の誘導：カプシドタンパク質は免疫系にとって主要な抗原であり、ワクチン設計や診断のターゲットになる。

エンベロープの有無

一部のウイルスはカプシドの外側に脂質二重層（エンベロープ）を持ちます。エンベロープは宿主由来の膜を取り込んだもので、膜上のグリコプロテインが受容体認識や細胞融合を担います。エンベロープを持つウイルスは化学物質や乾燥に弱く、非エンベロープ（裸ウイルス）の方が環境抵抗性が高い傾向があります。

研究手法と応用

カプシドの構造は、X線結晶構造解析、単粒子クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）、透過電子顕微鏡（TEM）などで詳細に調べられます。構造情報はウイルスの感染機構理解、ワクチン抗原の設計、抗ウイルス薬の標的探索に重要です。また、安定な自己組立性を利用してワクチン用のウイルス様粒子（VLP）を作製する試みも広く行われています。

まとめ

カプシドはウイルスの核酸を保護し、宿主との相互作用や粒子の組立てに不可欠なタンパク質殻です。形状は正二十面体、ヘリカル、複合型などに大別され、構成タンパク質はウイルスごとに異なります。カプシドの構造と機能を理解することは、感染症対策やワクチン開発に直結する重要な知見をもたらします。

質問と回答

Q: キャプシドとは何ですか?

Q: カプシドのサブユニットは何と呼ばれ、どのような構造をしていますか?

Q: カプシドはどのように分類されますか?

Q: キャプシドの構造はウイルスによって異なるのですか?

Q: キャプシドの一般的な2つの形は何ですか?

Q: キャプシドの表面は1つのタンパク質だけで構成されているのですか?

Q: カプシドの正20面体形とは何ですか?

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