β-D-N4-ヒドロキシシチジンは、ウイルスゲノムの高レベルの変異を誘導する強力な抗アルファウイルス化合物です。

ベネズエラの馬脳炎ウイルス（VEEV）は、新世界のアルファウイルスの代表的なメンバーです。それは蚊ベクターによって伝染し、人間、等量、およびその他の脊椎動物の宿主に非常に衰弱させる病気を引き起こします。継続的な公衆衛生の脅威にもかかわらず、細胞培養およびマウスモデルにおける抗VEEV活性を持つ化合物はこれまでに特定されており、それらの一部に対するウイルス耐性の急速な発達が記録されています。この研究では、抗VEEV剤として修飾されたヌクレオシド類似体であるβ-D-N4-ヒドロキシチチジン（NHC）を使用する可能性を調査し、その抗VEEV活性のメカニズムを定義しました。結果は、NHCが非常に強力な抗ウイルス剤であることを示しています。ゲノムRNAを含むVeeビリオンの放出とその感染性の両方に影響します。これらの抗ウイルス活性は両方とも、ウイルス特異的RNAにおける変異のNHC誘発性蓄積によって決定されます。抗ウイルス効果は、感染した細胞の陰性および陽性RNAの増幅中に、感染プロセスの初期にNHCが適用される場合に最も顕著です。最も重要なことは、NHCに対するVEEVの低レベルの耐性のみを開発できることであり、NSP4の複数の変異の獲得と協調機能が必要です。これらの適応変異は、NSP4の同じセグメントに密接に位置しています。私たちのデータは、NHCが抗VEEV剤としてのリバビリンよりも強力であり、他のアルファウイルス感染の治療に使用できる可能性が高いことを示唆しています。VEEV感染は、重度の髄膜脳炎と長期後遺症をもたらします。VEEV感染症の治療に関する承認された治療法は存在しません。私たちの研究は、β-D-N4-ヒドロキシシチジン（NHC）が非常に強力な抗VEEV化合物であり、50％の有効濃度が1μM未満であることを示しています。NHC抗ウイルス活性のメカニズムは、ウイルスゲノムの高い突然変異率の誘導に基づいています。したがって、NHC治療は、粒子放出の速度と粒子感染性の両方に影響します。最も重要なことは、開発中の抗アルファウイルス薬のほとんどとは対照的に、NHCに対するVEEVの耐性は非常に非効率的に発達します。低レベルの耐性でさえ、VEEV特異的RNA依存性RNAポリメラーゼNSP4の遺伝子に複数の変異を獲得する必要があります。

Venezuelan equine encephalitis virus (VEEV) is a representative member of the New World alphaviruses. It is transmitted by mosquito vectors and causes highly debilitating disease in humans, equids, and other vertebrate hosts. Despite a continuous public health threat, very few compounds with anti-VEEV activity in cell culture and in mouse models have been identified to date, and rapid development of virus resistance to some of them has been recorded. In this study, we investigated the possibility of using a modified nucleoside analog, β-d-N4-hydroxycytidine (NHC), as an anti-VEEV agent and defined the mechanism of its anti-VEEV activity. The results demonstrate that NHC is a very potent antiviral agent. It affects both the release of genome RNA-containing VEE virions and their infectivity. Both of these antiviral activities are determined by the NHC-induced accumulation of mutations in virus-specific RNAs. The antiviral effect is most prominent when NHC is applied early in the infectious process, during the amplification of negative- and positive-strand RNAs in infected cells. Most importantly, only a low-level resistance of VEEV to NHC can be developed, and it requires acquisition and cooperative function of more than one mutation in nsP4. These adaptive mutations are closely located in the same segment of nsP4. Our data suggest that NHC is more potent than ribavirin as an anti-VEEV agent and likely can be used to treat other alphavirus infections.IMPORTANCE Venezuelan equine encephalitis virus (VEEV) can cause widespread epidemics among humans and domestic animals. VEEV infections result in severe meningoencephalitis and long-term sequelae. No approved therapeutics exist for treatment of VEEV infections. Our study demonstrates that β-d-N4-hydroxycytidine (NHC) is a very potent anti-VEEV compound, with the 50% effective concentration being below 1 μM. The mechanism of NHC antiviral activity is based on induction of high mutation rates in the viral genome. Accordingly, NHC treatment affects both the rates of particle release and the particle infectivity. Most importantly, in contrast to most of the anti-alphavirus drugs that are under development, resistance of VEEV to NHC develops very inefficiently. Even low levels of resistance require acquisition of multiple mutations in the gene of the VEEV-specific RNA-dependent RNA polymerase nsP4.