8月20日:Opioid epidemic:オピオイドのまん延(7月27日号The New England Journal of Medicine掲載総説、他)
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8月20日:Opioid epidemic:オピオイドのまん延(7月27日号The New England Journal of Medicine掲載総説、他)

2017年8月20日
トランプやプライス保険衛生局長が現在最も重要な米国の健康問題としてOpioid epidemic(麻薬まん延)を名指しし、非常事態として深刻に受け止めていることを最近表明したが、昨日の日本経済新聞はニューヨーク支社の大塚さんたちの連名で、この問題について記事を掲載していた。この記事ではopioid epidemicが医師の処方から始まることを匂わせつつも、この問題を最近の白人至上主義運動と連結させて、「トランプ支持の中核といえる労働市場から排除された白人中間層の崩壊の背景の一つにopioid epidemicがあり、この問題を政権が深刻に受け止めている」と抽象的な話で終わろうとしているように私には読めた。

これまでトランプも、メキシコからの麻薬の流入や、それを防ぐための国境の壁建設と絡めて、この問題についての意見を述べてきた。しかし、今回のトランプやプライスのステートメントには、この危機が医療によりもたらされている「医原病」であり、1980年代に蔓延したクラックなどとは本質的に違う危機であるという明確な認識がある。事実、トランプは「薬物中毒や過剰摂取をやめる最も良い方法は最初の場所(医療現場)で薬物乱用が起こらないようにすることだ」とはっきり述べている。2015年、麻薬による死亡はじつに33000人を超えているが、この半数は医師の処方によるopioidが原因だ。

トランプに言われるまでもなく、米国医学界は米国を蝕むOpioid epidemicを医療の問題と理解しており、ここ数年多くの医学雑誌で特集が組まれ、また公的な調査レポートも発表されてきた。7月以降発表された論文だけでも30はくだらない。そこで、米国医師会雑誌と、The New England Journalに掲載された意見論文や、総説を今日は簡単に紹介する。

プライス長官が「毎年ヤンキースタジアムやドジャーススタジアムの観客数と同じ数の人たちが死んでいることを考えると、Opioid epidemicはまさに緊急事態と言える」と語ったように、8月1日号の米国医師会雑誌(Bonnie et al, JAMA 318:423, 2017)によると、opioidの過剰摂取による死亡が2011年の7019人だったのが、2015年には19884人に増加している。

   この意見論文では痛みの治療に対して、本当にopioidが長期効果を持つのか疑う意見もあることから、opioidの使用が完全に禁止される可能性すらあること(トランプ、プライスではこの可能性がないとは言えない)を懸念し、より現実的な方策を模索した米国アカデミーからの「Pai Management and the Opioid Endemic」を紹介している。

同じ JAMA には、国家機関であるFDA自身が、具体的な薬剤投与プロトコル提案も含めてこの危機を終わらす決意で取り組んでいる対策の概要について報告している(Gottlieb and Woodcock JAMA ,318:421)。詳細は省くが、いずれの意見広告も、opioidが医療に役立っていることも評価した上で、科学的証拠に基づきこの問題に対処すべきことを強調するものだ。

この問題をあくまでも科学的に解決しようとする米国医学界の考えを最も代表する特別レポートが7月27日号のThe New England Journal of Medicineに掲載されているので、最後にこの論文をかいつまんで紹介する。タイトルは「The role of science in addressing opioid crisis(opioid危機に対する科学の役割)」だ。

このオピニオン論文では、opioidの過剰摂取、中毒に対する薬剤の開発とともに、opioidに代わる鎮痛剤の開発がこの問題の解決に必要であることが述べられている。

現在のopioid過剰摂取による死亡の主な原因は、ヘロインの50-5000倍も薬効の高いμオピオイド受容体刺激剤であるフェンタニルやカルフェタニルで、救急で投与される拮抗剤のナロキサンの効果が追いつかないことを指摘し、これに対して新しいopioid拮抗剤の開発が急務であることを指摘した上で、全く新しい経路を介する過剰摂取患者の治療法の開発、自宅で過剰摂取を検知して自動で拮抗剤を投与する機器の開発などが中長期的方法として現在開発されていることを紹介している。

中毒に対しては現在メタドーン、ブプレノフィン、ナルトレゾンが利用できるが、効果が短いためどうしても回復施設での教育が必要で、当然数が足りない。従って、現在利用できる3剤を組み合わせて、外来でも治療可能なプロトコルを開発して当座をしのぎつつ、例えばロルカセリンやロフェキシジンなど全くメカニズムの異なる新しい薬剤の効果を早急に確かめる。最後にこれと並行して、長期効果の有る薬剤の開発、さらにはopioidに対するワクチンや交代の開発まで視野に入れた研究が進んでいることを指摘している。

最後に、一番効果があるのはより安全で、習慣性のない鎮痛剤の開発で、製薬企業も開発にしのぎを削っているが、短期的にはやはり医師の教育を含めて、新しいopioidと他の鎮痛剤を組み合わせた投与プロトコルの開発でしのぐしかないことを強調している(もちろんこの成否には、保険会社の理解も必要で、フェンタニルとヘロインはメディケイドも認める安価な鎮痛剤だ)。長期的展望としては、遺伝子治療から細胞治療まで挙げられており、政府の旗振りがなくとも開発が進むと確信できる。

このような対策に加え、緊急に行う必要のあるのは処方する医師の教育だ。これに関して全米経済研究所は「Addressing the opioid epidemic: is there a role for physician education?(医師の教育はopioid endemicに役立つか)」という恐るべきレポートを出しているので最後に紹介する(http://www.nber.org/papers/w23645でダウンロード可能)。論文では医師の出身校のランクと、麻薬の処方量を比較し、ハーバードをトップとした時、全米ランキングの低い医学校出身者ほど麻薬処方量は高く、例えば全米トップのハーバード出身者と比べた時、最低ランクの大学の医師は、なんと3倍も処方していることを明らかにしている。出身校で医師のランキングが決まるわけでは決してないが、平均値として考えた時、大学格差が医療にとって重要な問題であることを示している。

最後に、これは決して対岸の火事ではない。我が国でも、全ての薬剤は処方可能で、痛みから解放してほしいという要望も強い。全米経済研究所のレポートを読んで、問題が深刻にならないうちに教育と、opioidの新しい安全なプロトコルの開発から始めるべきだと思った。
カテゴリ:論文ウォッチ

8月19日:細胞周期抑制治療の思わぬ効果(Natureオンライン版掲載論文)

2017年8月19日
現在乳がんの増殖を抑える期待の新薬としてCDK4/6阻害剤(ファイザーのパルボシクリブ、イーライリリーのアベマシクリブ、ノバルティスのリボシクリブ)の我が国での承認申請が行われており、すでにFDAはパルボシクリブ、リボシクリブを承認しており、よりCDK4への選択制の高いアベマシクリブもおそらく承認されていくだろう。すでに論文発表されている結果によれば単剤で延命効果が期待でき、乳ガンだけでなく、肺がん、グリオブラストーマ、メラノーマにも効果が認められている。しかし、CDK4/6阻害剤は細胞周期を停止させるがガンの細胞死を誘導できないことがわかっている。しかし単剤治療がガンの増殖を抑制するだけでなく、一部の患者さんではガンの退縮も認められる。

今日紹介するハーバード大学からの論文はCDK阻害剤で増殖抑制だけでなくガン退縮が起こる理由についてヒントを与える研究でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「CDK4/6 inhibition triggers anti-tumor immunity(CDK4/6阻害は抗腫瘍免疫を誘導する)」だ。

この研究ではまずマウスの乳ガンモデルを用いてアベマシクリブを投与した時、腫瘍が少しづつ退縮することを確認した後、ガン細胞内で何が起こっているのか遺伝子発現を調べ、期待通りサイクリン下流の分子発現が低下するだけでなく、クラス1組織適合性抗原とそれに抗原ペプチドを提示するトランスポートに関わる一連の分子の発現が逆に上昇していることを発見する。すなわち、乳ガン自体は増殖を止めても全く死ぬことはないが、ガンの免疫原性が上昇したことがガン退縮につながる可能性が示唆された。

次に免疫原性が上昇するメカニズムを検討し、これに関わる最も主要な経路として、CDK4/6・サイクリン活性抑制、E2F活性低下、メチル化酵素DNMT1発現低下、DNAメチル化低下による内因性ウイルスなどの活性化、type IIIインターフェロンの活性化、組織結合抗原を含むインターフェロンにより誘導される分子の発現、が寄与していることを示している。

これがマウスの乳ガンモデルだけの話でないことを示すために、実際にアベマシクリブの治療を受けた患者さんのバイオプシー標本を用いて、投与前、投与後でインターフェロンにより誘導される分子、炎症関連分子、さらには拒絶反応に関わる分子が上昇することを確認している。

ただ、話はこれだけではなく、免疫反応側でも、CDK4/6阻害は抑制性T細胞に強く働いて増殖を止めDNMT-1発現を低下させる一方、キラー細胞への影響は少ない。その結果、より強い免疫効果も得られるというものだ。

さらにキラー細胞の方ではPD-1やCTLA4の発現も低下して消耗が防がれる一方、ガンの方ではPD-L1が上昇している。そこで、PD-L1に対する抗体を同時に投与すると、より強いガン退縮が見られた。

以上が結果で、簡単に言ってしまうと「CDK4/6阻害剤はガン免疫誘導という点では理想の薬剤だ」になる。できすぎた話だが、説得力はある。細胞は完全なまま存在し続けることで、免疫が誘導されるなら、この薬剤を他のガンにも使ってみる価値は大きい。これまでの治験データを新しい観点から見直してみると同時に、今後はガン免疫の視点を加えた臨床観察を緻密に行い、画期的治療法へと発展させることが重要だと思う。
カテゴリ:論文ウォッチ

8月18日:難民問題の治療薬?(米国アカデミー紀要オンライン掲載論文)

2017年8月18日
私たちの社会性に及ぼすオキシトシンの効果については多くの研究があり、治験レベルではまだうまくいっていないが、社会性が低下している自閉症スペクトラムの治療に使えないかについては多くの臨床研究が現在も行われている。一方様々な状況を設定した心理テストを用いて、オキシトシンが他人を思いやる利他的行動を促進するのではないかという一般市民を用いた臨床研究も進んでいる。

今日紹介するドイツ・ボン大学からの論文は、現在、世界各地で進行中の難民問題を用いた課題設定で、難民に対する思いやりをオキシトシンが回復させられるか調べた研究で、米国アカデミー紀要に掲載された。タイトルは「Oxytocin-enforced norm compliance reduces xenophobic outgroup rejection(オキシトシンで規範遵守の気持ちを高めることで外人嫌いに基づく外部集団への拒否感を減らすことができる)」だ。

アメリカで起こっている白人至上主義者をめぐる深刻な衝突の報道を目にし、殺されたハイヤーさんの母親の追悼集会での演説に感激し、さらに「No one is born hating another person because of the color of his skin or his background or his religion」とマンデラの言葉を引用したオバマ全大統領のツィートに納得する毎日の中で論文を探していると、Xenophobia(外人嫌い)とタイトルがついたこの論文に手が伸びた。

読んでみると、このグループの研究は2013年にも紹介した。「愛と辛抱強い愛の絆は深い喜びをもたらすが、壊れると深刻な悲しみと絶望につながる」という、おおよそ科学論文とは思えない書き出しから始まる論文で、オキシトシンによって現在つきあっている相手への愛情が深まり、浮気しなくなることを示す内容だった。こんな研究グループの日常を一度見てみたいと思う。

同じグループが今回は、現ドイツの最大の政治・社会問題、難民の流入によるXehophobia(外人嫌いと訳してしまえるが、実際には社会に流入してきたアウトサイダーに対する嫌悪感と考えればいい)に対するオキシトシンの効果を調べている。

3種類の実験が行われている。最初は難民とドイツ人の困窮者に対して、今回人権に参加した謝礼50ユーロから寄付を行わせるときのオキシトシンの効果を無作為化二重盲検法で調べている。結果は、難民に対しても、ドイツ人の困窮者に対してもオキシトシンを投与したグループは寄付額が大きく跳ね上がる。

次に、実験に参加したボランティアのXenophobia度をオーストラリアで開発されたテストを用いてスコア化し、Xenophobiaの強い人と、低い人にわけ同じ実験を行うと、低いグループではオキシトシンで寄付額が上がるのに、Xenophobiaの人は、難民に対しても、ドイツ人困窮者に対しても寄付額は上がらない。すなわち、強い嫌悪感が生まれてしまうと、オキシトシンで思いやりの心は生まれない。基本的にドイツ人の困窮者も難民と同じ扱いになっているのにも驚く。

しかし、Xenophobiaが強い人も、実験に参加した多くが寄付をしたことを告げ、それが社会規範であることを示しながらオキシトシンを投与すると、嫌悪感を克服し難民に寄付をする人が出てくる。

結果はこれだけで、Xenophobiaに対してはオキシトシンだけでは効果がなく、社会規範に関する教育と同時にオキシトシンを投与することが重要という結論になる。

それが思いやりを高めることだとしても、この結果をもとに、国民の心を操作することはやめてほしいが、オバマのツィートにあるように、Xenophobiaも教育の問題であることはよくわかった。

17世紀、まだキリスト教の善悪に関する絶対的規範が支配していたオランダで、スピノザは「我々の行動を支配する目的とは衝動」でしかなく、「善悪の認識は私たちの喜びと悲しみの感情に他ならない」と言い放った。スピノザを思い起こしながらこの論文を読むと、何が正しい、何が間違っていると口角泡を飛ばすより、各人の感情について理解し合うことから始めることが、憎悪のサイクルを根絶する近道である気がする。
カテゴリ:論文ウォッチ

8月17日:価格はワインのテースティングに影響するか(Scientific Reportsオンライン掲載論文)

2017年8月17日
現役時代、新しい研究室のメンバーと飲みに行って酔いが回り始めると「ワインはサイエンスと同じ」と定番の話を披露するのが恒例だった。 「サイエンスと同じで、対象となるワインは膨大だ。全て味わい尽くすことなど、ロバートパーカーでも無理だ。しかし、誰でもトップジャーナル(ブランド)に論文を載せたいと思うように、確かにワインもブランドで選べば当たる確率は高い。一方、あまり有名でないブランドにも美味いワインがあるのも確かで、これもサイエンスと同じだ。では、ブランドのない美味しいワイン(トップジャーナル以外に掲載された面白い論文)をどう探すかだが、呑んだくれるか、情報ネットワークを広げておくかしかない。」という話だ。

今日紹介するソルボンヌ大学からの論文は、ブランドではないが値段を聞くことでワインの評価が変わる脳の回路について研究した論文でScientific Reportsに掲載された。タイトルは「How context alters value: The brain’s valuation and affective regulation system link price cues to experienced taste pleasantnesss(コンテクストによる価値がどう影響されるか:脳の価値判断システムは値段と満足を結びつける)」だ。

ソルボンヌ大学の研究だが、対象はドイツ人で、値段は同じ12ユーロの3種類のワインを、値段が3、6、18ユーロの別のワインだと偽って、テースティングさせ、満足度の点数をつけさせる。値段を教えてから味を楽しむまでの30秒間を機能的MRIで値段を聞いたことによる脳の活動、テースティングによる判断時の活動を記録し、値段を知ることでテースティング結果が変化する過程と相関する脳領域を特定している。最後に、同じワインを今度は全くブラインドでテースティングさせ、満足度をつけてもらい、値段を聞いた影響を算定している。

結構複雑な論文なので結論だけを列挙すると以下のようになる。

1) まず値段を知ることは確実にワインの満足度に影響する。特に、安い値段を聞いてしまうと、満足度の低下が激しい。
2) 一般的に物の値段に反応する前頭前皮質の領域があり、脳の価値判断システムBVSと名付けられているが、価格を知る影響はこの領域を介してテースティングに関わる領域をリンクされる。
3) BVSの活動は個人的に大きな差があり、実際に値段を気にする人ほど、満足度への影響が強い。
4) BVSには前頭前皮質の幾つかの領域が関わっているが、この研究では最初の値段を聞いたことによる活動は前頭全皮質で見られ、後方側方前頭前皮質は全ての過程で興奮が続く。したがって、前方の皮質で価格の情報がテースティングの早い段階で様々な統合を行う後方の皮質に影響し、最終的なテースティングと判断につながる。

考えてみれば当たり前の結果で、これを真に受ければ安いワインもいい値段で売れば満足してもらえるという結論になる。

私の印象では、この研究グループは本当のワイン好きではなさそうだ。私ならまずワインを飲ませた後、違う値段を告げて満足度を調べる方が面白いと思う。ブランドのない、安いワインに美味しいワインを探すことこそ、ワイン好きの真骨頂だ。
カテゴリ:論文ウォッチ

CRISPR/Casを用いたリピート病治療の可能性(8月24日号発行予定Cell掲載論文)

2017年8月16日
昨日に続いてCRISPR/Casを用いた研究の広がりを紹介しよう。

CRISPR/Casシステムの最も重要な点は、DNAでもRNAでも特定の塩基配列に活性を持った分子をリクルートできる点だ。従って、ノックアウトやノックインといった遺伝子編集への利用はほんの入り口で、このことを理解できないと、胚操作の議論もCRISPRのポテンシャルのほんの上澄みだけの寂しい議論に陥ってしまう。

今日紹介するカリフォルニア大学サンディエゴ校からの論文は、このシステムを使って生きた細胞で特定のRNAを可視化するということと、特定のRNAを分解するという機能を組み合わせ、トリプレットリピート病のような短い核酸配列の繰り返すRNAを発現する病気を治療する可能性を追求した論文で8月24日発行予定のCellに掲載された。タイトルは「Elimination of toxic microsatellite repeat expansion RNA by RNA-targeting Cas9(RNAを標的とするCas9を用いてミクロサテライトの繰り返し配列が増加する病気を治す)」だ。

3−6塩基の配列が繰り返すリピート病は、様々な病気の原因であることがわかっている。ハンチントン病のように特定の遺伝子のCAG配列が増大して、その結果翻訳されるポリグルタミンが細胞内に蓄積して細胞死を誘導するものと、翻訳とは無関係にリピートを持った長いRNAがスプライシングを阻害することで遺伝子発現の大きな異常が引き起こされるケースがあるが、いずれもリピートを持つRNAが原因で、これを壊せば病気は食い止められる。


このグループはRNA を標的としたCRISPRの開発をずっと行ってきており、今回は核酸分解能を失わせたCas9に蛍光マーカーを結合させた分子を用いて、塩基リピートを持つ長いRNAが核内に粒子状に蓄積されることを可視化できることを示している。すなわち、これが細胞内にリピートを持つ RNAの存在を示す診断になる。

次にCas9にRNA分解酵素を結合させて利用すると、リピートを持つRNAを特異的にほぼ完全に壊せることを示している。

このように、診断と治療が組み込まれたシステムを用いて、異常RNAの集合やポリグルタミンの産生が抑えられることを示した後、筋ジストロフィーをモデルにこの治療法を用いることで、リピートを持つRNAが壊され、スプライシングが正常化し、筋細胞が正常化することを示している。

さらに、将来の遺伝子編集治療に向けて、アデノ随伴ウイルスにこのシステムを組み込めることも示している。

現在リピート病についてはアンチセンスなど、様々なトライアルが進んでいるので、この方法の応用も近いのではと期待する。
カテゴリ:論文ウォッチ

8月15日:CRISPR/Casを使ってアリの社会行動を変化させる(8月10日号Cell掲載論文)

2017年8月15日
CRISPRを使ったヒト胚遺伝子改変論文が発表され、我が国で議論が行われているようだ。個人的な意見だが、クローン個体作成問題と同じで、実際に実施に必要な施設、人材などの問題を考えれば、実際の応用に関しては現実的に抑止が効いており、あらゆる実験の記録と開示を条件にしておけば、CRISPR使用に制限をかけなくとも問題はないと思う。どの国にも犯罪者はいるが、それを除くと我が国は十分成熟している。「そもそも」などと自分の意見をかざして議論してもほとんど結論は出ない。

それより重大なのは、我が国で倫理問題ばかりの議論が盛んで、この技術を自由な発想で使いトップジャーナルに掲載されるような研究が今も皆無である点で、議論に参加している専門家と称する人も、この技術の本当の深さやポテンシャルの生の声を聞くことができず、表面的な議論に終わってしまうのだろう。

今日紹介するニューヨーク大学からの論文はCRISPRでハリアリの遺伝子を改変し、社会行動の変化を調べた論文で8月10日号のCellに掲載された。タイトルは「An engineered orco mutation produces aberrant sociall behaviour and defective neural development in ants(Orc遺伝子の人為的変異誘導によりアリの社会行動と神経発生の異常が誘導される)」だ。

ほぼ同じ内容の論文が同じ号にもう一編掲載されていることは、CRISPRを利用するために長い時間をかけた準備が必要な研究を、ほとんど同じ系進めてきたラボが少なくとも2つはあるということだ。このようにCRISPRの可能性は野生生物の遺伝子改変が可能になったことで、この方向の仕事は爆発的に拡大するだろう。
それでもアリの遺伝子改変は簡単ではない。というのも一匹の女王アリだけが生殖可能な点で、実験室で操作するハードルになっている。今回研究に使われたハリアリは、この問題が自然に解決されている種類で、女王アリから離すとどの働きアリも女王アリに変身し卵を生むことができる点だ。この特徴を使って、簡単に採取できる働きアリを女王アリに変身させ、オスアリと掛け合わせて得られた卵にCRISPR/Casを導入、核だけが分裂する合胞体時期にそれぞれの核で遺伝子編集が進み、生まれたアリが改変細胞と、非改変細胞のキメラになるという系を使っている。

キメラでも、一部の個体は生殖細胞が置き換わっているので、あとはハプロイドのオスで変異体を分離して、交配を繰り返して突然変異態を分離している。

標的に選んだのは、女王からのフェロモンを感じるための嗅覚受容体と結合して機能を助けるOrc遺伝子で、これをノックアウトするとチャンネル型の嗅覚受容体を介する嗅覚が欠損する。

おそらく条件を設定するのには時間がかかったのだと思うが、鼻のきかない働きアリから以下のようなことが明らかになっている。
1) 群れから離れる時間が長くなるが、狩りの能力は嗅覚がないため全くない。
2) 他のアリとの交流がなくなる。
3) 普通は抑えられている女王になるための触覚の動きを示す。
4) しかし、他のアリがいる巣の中で女王になるための競争には参加できない。
5) 女王になってもオスを無視して自然に生殖ができない。
など、様々な発見が行われている。
これに対応して、嗅覚と行動をつなぐ中枢領域の大きさが低下しているが完全になくなっていないことなど、解剖学的変化も明確になっている。

はっきり言って、他の動物のノックアウトと同じで、形質は面白いが、これを完全に理解するためには解析にまだまだ時間がかかるという印象だ。しかし、このような遺伝子ノックアウトを野生生物に広げることが可能であることが示され、実際そうなっていくだろう。

最後に、野生生物の遺伝子改変の条件として、研究室内への封じ込めの問題は大至急指針を作る必要がある。特に、野外の行動の観察が必要な場合の封じ込めをどうするのか、私は受精卵問題より先だと思う。
カテゴリ:論文ウォッチ

8月14日:RNAユリジン化の役割(Natureオンライン版掲載論文)

2017年8月14日
RNAの3’末端のpolyAが短くなるとポリA結合タンパク質との結合が弱まりTUT4/7によりユリジン化を受け、おそらくRNAの分解を促進していることはよく知られているが、実際にこの機構が細胞の翻訳レベルの調節にどのような効果を持つのかについてはあまり考えたこともなかったし、実際研究も進んでいなかったようだ。

今日紹介するエジンバラ大学からの論文はユリジン化が卵成熟過程でおこる初期発生に必要な母性RNAの蓄積に重要な役割を持つ可能性を調べた面白い研究でNautreオンライン版に掲載された。タイトルは「mRNA 3’ uridylation and polyA tail length sculpt the mammalian maternal transcriptome (mRNA 3’末ユリジン化とポリAの長さを指標に哺乳動物母性RNAが構成し直される)」だ。

この論文ではユリジン化に関わるTUT4/7と結合するRNAを回収し3’末のRNA配列を調べる方法を用いて排卵前の卵と他の細胞のRNAのポリAの長さとユリジンの数を調べている。結果、成熟卵のみでポリAの長さが短ユリジンの数が多いRNAが濃縮されていることを明らかにする。

そこでTUT4/7を卵細胞だけでノックアウトしてその機能を調べると、卵成熟や排卵は起こり、おそらく受精も起こるのに卵割や卵発生が起らず。基本的には卵が第一減数分裂を終えられないことを明らかにする。一方、普通の細胞やES細胞でノックアウトしても、細胞の増殖などには影響がない。

次にユリジン化を抑えることで卵のRNAにどのような変化が起こるのかを調べるためRNA-seqを行うと、予想通りほとんどのRNAが分解されずに残る一方、一部のRNAの発現量が低下する、すなわちユリジン化により逆に安定化しているRNAも存在することを明らかにする。

安定化するRNAと分解されるRNAを比べると、短いポリAを持つRNA、すなわち母性遺伝子として必要な多くのRNAがこの安定化されるRNAに属することを明らかにしている。

この研究では、確かにTUT7/4ノックアウトで、これまで注目されていたlin28やlet7のプロセッシングの異常が起こるものの、細胞の増殖や分化には大きな影響がないこと、さらにノックアウトマウスも数ヶ月までは正常に成長し生存することを示し、この機構がストレスのような緊急時以外は必要ないことも示している。

これまで見聞きした中ではRNAユリジン化について最も明確な答えを出した研究だと思う。
カテゴリ:論文ウォッチ

8月13日:ヒストンの進化(8月11日号Science掲載論文)

2017年8月13日
生物の進化を約40億年と考えると、原核生物や古細菌から、核を持った真核生物が生まれるまでにその半分が費やされている。細胞の構成は真核生物と他とでは大きく異なり、核が存在するだけでなく、細胞骨格、細胞小器官、有糸分裂などに必要な様々なメカニズムが進化している。情報を担うDNAも核内に収まるというだけでなく、最初環状だったDNAは一本の2重螺旋になり、ヒストンによりコンパクトに折りたたまれ、染色体を作る。ここで活躍するのが様々なヒストンで、複雑な染色体構造を維持しつつ、転写を調節する。

もちろんこれだけ様々なメカニズムが、一度に登場できるはずはなく、ヒストン、アクチン、チュブリンなど基本となる分子の先祖は全て原核生物や古細菌に見つけることができる。ただ、私が知る限り、この先祖型分子の機能を詳しく調べた研究はそう多くない。

今日紹介するコロラド大学からの論文は、古細菌に存在するヒストンの先祖分子を構造的、機能的に調べた研究で8月11日号のScienceに掲載された。タイトルは「Structure of histone-based chromatin in Archea(古細菌のヒストンを基盤とするクロマチンの構造)」だ。

真核生物では多様化したヒストンが転写や複製のダイナミズムを損なうことなく染色体構造を形成するために働いている。特に、ヌクレオソーム構造を支え、転写を調整するヒストンの基本構造はH2A,H2B,H3,H4の四量体からできている。一方ヒストンの先祖分子を持つ古細菌では、DNAは環状のままで、異なる古細菌から何百種ものヒストンが見つかっているが、一つの細胞内では同じヒストンの2量体が基本ユニットであることが知られていた。

この研究ではまずDNAと結合したヒストンの2量体を結晶化し、詳しい構造解析を行い、真核細胞のヒストン4量体構造と比べている。期待通り、DNAが巻きつくための構造はよく似ており、2量体に約90bpのDNAが巻きついている。また、5’端の飛び出しを使って、一つのユニットが繰り返すポリマーを形成することができ、これにより長いDNAと結合することができている。さらに、真核生物のヒストンと同じように、DNase処理で、DNAの分解を防ぎ、30bpの倍数のラダーを形成する。この意味でも、真核細胞と機能的に似ている。

こうして明らかにした構造解析に基づき、ヒストン2量体のポリマー形成を阻害する突然変異を古細菌で導入し、硫黄が存在しない培地に移した時、代謝がリプログラムされ増殖がリスタートする系を用いて機能的変化を調べている。結果だが、様々な突然変異体を作っても、硫黄なしの培地で古細菌が死滅することはなく、硫黄非存在培地に移すとリプログラムが起こり増殖するが、スタートまでの時間、増殖速度は低下している。すなわち、明らかに細胞活性に、ヒストン2量体がポリマーを作ることが重要だ。さらに、硫黄非存培地に移した時に必要な分子の転写を調べると、ヒストンの突然変異体では低下しており、またDNaseによる分解で、長いDNAはプロテクトできない。

以上のことは、私たちが真核生物のヒストンに見る基本機能は古細菌にほぼ揃っていることがわかる。ただ、古細菌の場合は特殊な構造単位を作らず、そのままDNAに結合して、転写などの活動をスムースにしている役割があるようだ。

私が気づかなかっただけだと思うが、ここまでヒストンの機能進化研究が進んでいるのに驚いた。染色体の進化研究の基盤が十分揃っているように思う。最近、ヒストンテールを持つヒストンまで古細菌で見つかっているようで、面白いシナリオが続々生まれる予感がする。
カテゴリ:論文ウォッチ

8月12日:プロモーターと転写の方向性(8月24日号Cell掲載予定論文)

2017年8月12日
一つの遺伝子ユニットを描くとき、転写開始複合体とRNA ポリメラーゼが結合するプロモーター領域から一方向に転写が進むように描くのが普通だが、この方向性はどう決まっているのか、私自身考えたことはなかった。しかし言われてみると、同じゲノム上にコーディング領域がどちらを向いて並んでいるかはまちまちだし、ノンコーディングRNAでは両方に転写が起こる場合もあるので、重要な問題であることに気づく。

今日紹介するハーバード大学からの論文はプロモーターからなぜ一方向にだけ転写が起こるのかという基本的な問題を問うた研究でCellの8月24日号に掲載予定だ。タイトルは「The ground state and evolution of promoter region directionality(プロモーター領域の方向性の基底状態と進化)」だ。

しかしこのように重要だがマニアックな研究ですらハーバード大学から出てくるのには驚くが、この研究では教科書を鵜呑みにして当たり前と考えてしまう問題に着目した。と言っても、プロモーターの方向性が決まっているからこそ普通に転写の実験ができている。方向性を持たないのではと着想したとしても、方向性がないという状況をまず示す必要がある。

この研究では様々な種類の酵母を使い、それぞれの種で方向性を持って転写されているプロモーターが、他の種類の酵母の中では方向性を失うことを発見し、転写の方向性が決して一義的に決まっていないことを明らかにした。

RNAポリメラーゼ結合サイトから転写されたばかりのRNAを正確に解析できるNET-seqという方法を開発して一種類の酵母の中で働いているプロモーターの方向性を調べると、ほとんどははっきりと方向性があるが、一部のプロモーターでは両方に転写が進んでいることも明らかになった。

次に大きな染色体領域を導入するYACベクターをD.hanseiiという酵母から作り、これをS.cervisiaeに導入したとき、普通なら転写が起こらない領域から転写が始まる「偶発的プロモーター」を43種類YAC上に特定し、そこからの転写の方向性を調べると、やはり方向性が失われていることを明らかにした。

この結果は、プロモーター領域には本来方向性がなく、転写開始に必要な分子を集めるだけの役割を演じているが、進化とともに転写因子の結合の非対称性が生まれ、これが方向性を決めていることになる。実際、D.hanseiのYAC上に見つかる「偶発プロモーター」は、K.lactisのYACには存在せず、この差は転写因子結合部位とプロモーターの関係により決まることを明らかにし、新しくできたプロモーターに転写因子の結合部位が加わることで方向性が生まれるのがプロモーターの進化であることを示唆している。

最後にこの可能性を確かめるため、酵母ゲノム中で現在も方向性が明確でないプロモーターが、進化的に比較的新しく生まれていること、また方向性がしっかりしているプロモーターでは、他の転写因子の結合部位の位置が保存されていること、最後に人間の肝臓だけで働き、他の哺乳動物では働いていないプロモーターでも転写の方向性がはっきりしないことを示している。

結論としては「プロモーター領域自体に方向性はなく、進化で転写因子結合サイトが周りに集まることで方向性が出る」とまとめられる。また新しいことをひとつ勉強した気になる論文だった。
カテゴリ:論文ウォッチ

8月11日:ビデオの射撃ゲームは海馬神経細胞の減少を招く(Molecular Psychiatry掲載論文)

2017年8月11日
通勤電車の中でスマフォを見つめている人の数の多さに驚くが、そのうちかなりの割合がゲームに興じている。私自身振り返ってみると、学生時代のパチンコとインベーダーゲームが最初で最後で、その後はほとんどゲームに興じるという習慣はない。しかし当時から、パチンコは言うに及ばず、インベーダーゲームで遊びすぎると脳が退化すると警告する人がいたのを覚えている。

   その後ゲーム産業は右肩上がりで成長し、現在の総売り上げは4兆円に迫る勢いのようだが、同時にゲームの内容も多様化したようだ。

   今日紹介するカナダ・モントリオール大学からの論文は、ビデオゲームの脳への影響をMRIを用いて調べた研究でMolecular Psychiatry にオンライン出版された。タイトルは「Impact of video games on plasticity of the hippocampus(海馬の可塑性に対するビデオゲームのインパクト)」だ。

   同じような研究はこれまでも何度か行われてきた。その中でこの研究の売りは、1)ゲームを単純に早い反応を競う射撃ゲームと、3次元空間認識を磨いて攻略するナビゲーションゲーム(例えばスーパーマリオなどが使われている)を区別して調べている点、2)ゲーム歴のない学生に90時間ゲーム訓練を行い、反射を高めるゲーム、ナビゲーションゲームそれぞれの海馬への影響を見て、因果性を調べた点だ。実際のゲームの内容はスーパーマリオも含めてほとんど知らないので、間違ったイメージを抱いているかもしれないことを断った上で、結果をまとめると次のようになる。

1) まず週に6時間はゲームに興じる大学生をリクルートし、反射の速さを競うシューティングゲームのプレーヤーと、シューティングゲームは嫌いだが同じようにビデオゲームは週6時間以上プレーする大学生のMRI画像を比べると、シューティングゲーム群では記憶や空間学習に関わる海馬の灰白質(神経細胞体が存在する場所)が明らかに減少している。

2) 次にビデオゲームをほとんどしない学生を集め、半分にはシューティングゲーム、もう半分にはスーパーマリオのような3次元空間ナビゲーションゲームを90時間練習させてMRI検査を行うと、予想どおりシューティングゲームを訓練すると海馬の灰白質が低下するが、逆に空間ナビゲーションゲームの場合は海馬の灰白質が増大する。

3) シューティングゲームを訓練したグループは、感情に関わる扁桃体の灰白質は増大している。

結論としては、反射の速さを競うシューティングゲームに興じていると、確かに反射は訓練できるが、海馬の細胞が減少することは間違いがない。一方戦略を必要とするナビゲームは海馬を増大させるので、今後はシューティングゲームにも空間ナビの要素を加えたゲームを設計し、シューティングゲームの問題点を解決することが必要だと述べている。従って、ゲームは間違いなく脳の器質的変化をもたらす。

しかし、この論文を読んでいて、それまでゲームをしなかった学生が、お金をもらえるとはいえゲームの訓練を受け、その結果海馬の灰白質が減少したなら、かなり重大な介入実験と言える。人間の脳研究をどのように進めるのか、早急に議論が必要だと思う。
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