2月14日:遺伝子発現から主要精神疾患の共通性と差異を調べる(2月9日号Science掲載論文)
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2月14日:遺伝子発現から主要精神疾患の共通性と差異を調べる(2月9日号Science掲載論文)

2018年2月14日
久しぶりに、精神疾患のオミックス解析の論文を取り上げる。

ゲノム解析が可能になってから、多くの精神疾患の遺伝的背景に関するデータが蓄積し続けている。ただ、身体的な病気と比べると、想像以上に多くの遺伝子の関連が示唆され、病気の成り立ちを理解するにはあまりにも複雑であることがわかって、はっきり言って研究者も途方にくれているというのが現状かもしれない。

この複雑さを、neurodiversity(脳の多様性)と片付けるのは簡単だが、ゲノム解析を疾患理解と治療に結びつけるためには、モデル動物で遺伝子多型の因果性を調べることが次の一手になる。ところが、自閉症や、統合失調症など重要な疾患をモデル動物で再現することは実際には不可能に近い。そこで、遺伝的背景と、遺伝子やたんぱく質の発現を関連させて、疾患の成り立ちを理解することが行われるが、膨大なデータをどう処理するか研究者の構想力が問われる。

今日紹介するUCLAからの論文では、脳の皮質での遺伝子発現の違いを手掛かりに遺伝背景を理解しようとしているが、データは増えても、疾患理解にまで至るのが難しいことを思い知らされる。結果、「Shared molecular neuropathology across major psychiatric disorders parallel polygenic overlap(主要な精神疾患共通に見られる分子病態は多くの遺伝子の重なりと並行する)」という消極的な論文のタイトルをつけざるをえなくなるようだ。

少し否定的に紹介し始めたが、それでもなんとかしようとする気持ちは重要だ。この研究では、まず自閉症、統合失調症、双極性障害、大うつ病、アルコール中毒症の5種類の主要精神疾患の脳皮質の遺伝子発現を比べることから始めている。とはいえ、自分の患者さんで調べるのではなく、これまでの研究によって集められた大脳皮質細胞の遺伝子解析データベースから、多くのデータを集め、まず相互に比べられるように平準化したデータで、各疾患の同一性差異を浮き上がらせようとしている。

書くと簡単だが、別々に集めたデータを統合して比べることは決して簡単でない。様々な困難を経て、異なるデータベースを統合したことは高く評価できると思う。

こうして統合したデータベースを用いて、各疾患での遺伝子発現異常の重なりを調べると、統合失調症と双極性障害が最も関連が深く、ついで自閉症と統合失調症、自閉症と双極性障害と続き、主要な精神疾患で多くの遺伝子発現異常が重なっていることが明らかになった。

次に発現異常を示す遺伝子を、様々なタイプのニューロン、アストロサイト、ミクログリア、血管内皮などに分類し、アストロサイトが発現する遺伝子の上昇が自閉症、双極性障害、統合失調症で重なっている一方、ミクログリアの発現する遺伝子の発現異常は自閉症特有であること、一方様々な神経で発現する遺伝子は自閉症、双極性障害、統合失調症で抑制されていることを明らかにしている。特にシナプス機能に関わる遺伝子の発現抑制が自閉症で最も著名に見られることも示している。論文では詳しく議論していないが、発現で見ると自閉症が発現異常の程度が最も大きい印象を持った。

このように、各疾患で遺伝子発現の異常があることはわかったが、この背景に遺伝要因があるのかをゲノム解析データと送還させ、遺伝子発現異常のかなりの部分が、遺伝的な背景を持つことを明らかにしている。

結局データが多すぎて、頭の整理は難しい。しかし、遺伝子発現とゲノム解析を組み合わせてさらに関連を追求することは重要だと思う。 このような研究は、結局明確な因果性を得るチャンスが少ないことを覚悟しながら、データ処理を繰り返して糸口を見つける努力と言っていいだろう。一見論文のための論文に見えてしまうが、それでも様々なヒントは得られているように思える。例えば、なぜ自閉症でミクログリア遺伝子の発現が上がっているのかを理解することができれば、大きなブレークスルーになるように思える。

すでに存在するデータベースを利用する研究とはいえ、大変な努力と構想力の必要な一種の分類学になっている。データがいくら蓄積しても、それを解釈することが最も難しい。データベースが急速に蓄積しつつある今、想像力の勝負が始まっていると思う。ぜひ、我が国の若者も、これにチャレンジしてほしい。
カテゴリ:論文ウォッチ

2月13日:ドーパミンの分泌機序(2月8日号Cell掲載論文)

2018年2月13日
昨日に続いて、パーキンソン病理解に関わる基礎研究を紹介する。昨日の研究では、ドーパミン神経(DN)の興奮が運動中ではなく、運動を起こす少し前に起こって、その後の運動のスムースさを調節することが示された。運動の前に起こるDN興奮を誘導する上流の刺激は重要な問題だが、DN興奮によりどのようにドーパミンが分泌され、線条体の神経にシグナルを伝えるかという下流の問題も重要だ。

  京大の金子さんたちの解剖学的研究では、一個のドーパミン神経は極めて長い神経突起を投射して多くの線条体神経と接していることがわかっている。ただ、ドーパミンは、シナプスでの神経伝達とは異なり、ドーパミン受容体がシナプスにまとまって存在しないため、ドーパミン分泌する側も、シナプスのような構造を取らずに、ドーパミンを軸索全体から分泌するのではと考えられてきた。この考えが、パーキンソン病の治療として、ドーパミン合成系遺伝子を黒質細胞ではなく線条体細胞に導入する遺伝子治療の基盤になっているように思う。

今日紹介するハーバード大学からの論文は、ドーパミン分泌もシナプスでの神経伝達に近い形で、軸索の一部で行われることを示した研究で2月8日号のCellに掲載された。タイトルは「Dopamine secretion is mediated by sparse active zone like release sites(ドーパミンの分泌はまばらに存在するシナプスのアクティブゾーンに似た分泌部位で起こる)」だ。

通常の脳神経間伝達では、スパインという軸索から飛び出した構造がシナプスを形成し、この場所でだけ神経伝達因子が詰まったシナプス小胞が、アクティブゾーンと呼ばれる足場で神経伝達分子を分泌するように構造化して、効率の良い刺激伝達を行う仕組みを持っている。 一方、ドーパミン神経では、スパインの代わりにvaricoseと呼ばれる軸索の膨らみが存在し、ここにドーパミンを含む小胞が局在している。この研究では、このvaricoseでのドーパミンも分泌でも、アクティブゾーン依存的に行われているのではと着想し、超高感度顕微鏡でDNの軸索を観察し、アクティブゾーンを形成するRIM,ELK,Bassoon分子が一部のvaricoseに局在することを発見する。 次にDNでそれぞれの分子のノックアウトをする実験を行い、RIMが欠損するとドーパミンが全く分泌できないことを明らかにしている。ただ、ELKのノックアウトでは分泌に問題はないので、一般のスパインに存在するシナプスとは異なる独自の分泌メカニズムを構成していることを突き止める。

最後にDN軸索中のvaricoseのどの程度の数が興奮により分泌されるのか調べ、RIMやBassoonが集合した足場を持つVaricoseは30%に過ぎないことを示している。すなわち、スパインと同じように、軸索の一部でだけ神経伝達が起こる構造になっていることを明らかにした。 多くの実験を、脳のスライスを用いて行っており、このようなアクティブゾーン依存性の分泌がDNの生理的機能にどう関わるのかを突き止めるところまでは至っていない。ただ、昨日の論文から、DNの興奮が一過性であること、運動自体にはDNの興奮は必要ないことなどを合わせて考えると、一部のvaricoseでだけシナプス型の早い分泌が起こることは納得できる。もちろん、分泌されたドーパミンを受ける側はvaricose部位とシナプスを形成しているわけではないので、分泌されたドーパミンの拡散が必要だが、濃度勾配だけで相手側の特異性が決定できるのかも今後の課題だろう。

それでも、漠然とドーパミン分泌として思い描いていた様式が大きく変わることで、症状を新しい目で見る必要が出てくるだろう。この結果が、実際の病態理解へトランスレートされていくことを期待したい。
カテゴリ:論文ウォッチ

2月12日:パーキンソン病のメカニズム(2月8日発行Nature掲載論文)

2018年2月12日
1月11日パーキンソン病の立ちすくみを軽減するレーザーシューズが開発され、治験により効果を確かめた論文を紹介した(http://aasj.jp/news/watch/7912)。このニュースを読んでくれた患者さんの一人中井さんが、レーザーポインターを使って自ら実験を行い、レーザーで目標を与えることの動き出しへの効果を確かめてくれた。Video取りしてあるので、ぜひAASJにアップしたいと思っている。

この論文を紹介するとき、立ちすくみの原因はまだよくわかっていないと書いたが、今日紹介するコロンビア大学とポルトガルのChampalimaud研究所からの論文はドーパミンニューロンの運動に対する機能を詳しく研究した力作で、これを読んで初めて立ちすくみが理解できる気がした。論文は今週号のNatureに掲載され、タイトルは「Dopamine neuron activity before action initiation gates and invigorates future movements(行動開始前のドーパミン神経の活動が将来の動きを強める)」だ。

研究は全て操作が容易なマウスを使っている。したがって、この研究がそのままヒトに当てはめるのは注意が必要だ。ただ、データは病気を理解する上で参考になることまちがいない。まず自由に動き回るマウスのドーパミン神経(DN)を記録できるようにして、運動とともに神経活動を調べると、DNの多くは動き出す少し前に一過性に興奮する細胞が多いことがわかる。また、行動前にDNの興奮が強いほど、運動が生き生きしていることも確認している。もちろん他のタイプの細胞も存在し、これがパーキンソン病の病態理解を難しくしているように思える。

DNが行動前の興奮するのは多くの症状を説明できるので、次に光遺伝学を使ってDN神経の興奮を自由に抑えるようにしたマウスを使い、DNを抑制しておくと動きが低下し、動き出そうとしないことがわかる。一方、動いた後でDNを抑制しても、運動に何の影響もない。すなわち、DNは運動の維持には関わらず、運動を始めるという動機に関わることが明らかになった。

逆に光遺伝学で、DNを自由に刺激できるようにすると、期待どおり刺激により運動開始を強く促すことが明らかになった。

最後に、8回レバーを押し続けるとご褒美がもらえるという課題を訓練したマウスで、DNの興奮を調べると、1回目のレバーを押す前に最も興奮し、その後レバーの回数が増えると興奮は低下するが、8回目に押して褒美を期待する時にまた上昇することも分かった。このように、最初の動機と、褒美を期待する回路にDNが中心的に関わることが明らかになった。

そこでこのように訓練されたマウスを用いて、レバーを押す前にDNを抑制すると、期待どおりレバーを押すまでの時間がかかり、また動き出しの回数も減る。しかし、一旦押し始めるとDNが抑制されても課題は継続する。

以上の結果は、DN神経が運動そのものには影響なく、運動を開始させるシグナルと、それによる満足感に関わっていることを示しており、動き出しのスクミもうまく説明することができる。

最新のテクノロジーを病態モデルに用いて、病気を解明する研究がいかに重要かが理解できるいい研究だと思う。ただ、慢性にDNが失われるパーキンソン病では、その間に様々な変化が積み重なる。この結果から、筋緊張への影響がないと結論するのは早い。ディスキネジアなどはこのような積み重なりで起こるようになるのではないだろうか。従って、この急性刺激、抑制実験をそのまま病気に当てはめるのは危険であることを申し添えておく。
カテゴリ:論文ウォッチ

2月11日:ガン免疫を誘発する戦略としてのNK細胞(2月22日発行Cell掲載予定論文)

2018年2月11日
我が国のメディアではほとんど報道されなかったが、1月30日Science Translational Medicineに掲載されたスタンフォード大学からの論文は、海外のメディアでは注目されている(Sagiv-Barfi et al., Sci. Transl. Med. 10, eaan4488 (2018))。腫瘍内にメチル化DNAを注射して自然免疫を高め、OX40を活性化してキラーT細胞を高めると、誘導されたキラー細胞が全身に回って、身体中のガンを殺すという話だ。

免疫チェックポイント療法やゲノム解析による最新のガンワクチンの研究から抗がん免疫のポテンシャルが確信されるとともに、古典的な方法で免疫を高める方法の開発にも注目が集まっている典型例だと思う。2月27日から、AASJではガンの免疫療法に取組んでいる現場の先生たちとガンの免疫治療の可能性を探る勉強会をスタートさせるが、この論文は最初の論文として取り上げる。

今日紹介するロンドンのフランシスクリック研究所からの論文は、同じ日に勉強会で取り上げようと考えている論文で2月22日号のCell に掲載予定だ。タイトルは「NK cells stimulate recruitment of cDC1 into the tumor microenvironment promoting cancer immune control(NK細胞はタイプ1樹状細胞をガンの周囲にリクルートしてガン免疫を促進する)」だ。

この研究には伏線があり、もともとはガンのプロスタグランジン分泌を止めるとガン免疫反応が上がるという研究に発している。この原因として末梢血を循環していることが知られているタイプI樹状細胞(cDC1)がプロスタグランジンの分泌できない腫瘍組織で増加していること、そしてそれがガンの増殖と反比例することを発見する。

あとは分かりやすい話で、

1) NK細胞のないマウスでは腫瘍内のcCD1の増加が見られない。
2) NK細胞が分泌するCCL5, XCL1が共同してcDC1を腫瘍内にリクルートする。
3) CCL5,XCL1ケモカイン遺伝子を導入したガンではcDC1が強くリクルートされる。
4) プロスタグランジンはcDC1のケモカインへの反応をブロックする。
5) データベースを用いた人間の腫瘍組織の再検討で、NK細胞、cDC1、そしてXCL1などのケモカインの相関が明確に見られる。

すなわち、NK細胞は様々な抗腫瘍効果を持っているが、ケモカインを分泌してcDC1をリクルートし、この樹状細胞がガン細胞を取り込みガン抗原の発現を高め、キラー細胞を誘導するというシナリオだ。ただ残念ながら、実験はマウスで行われており、今後NK療法を受けた組織の検査など、人間でも再確認が必要だろう。

以前にも書いたが、我が国でも保健外ではあるが、ガンの免疫療法が行われており、樹状細胞やNK細胞の注入はその主役になっている。新しい免疫治療が続々開発される現状で、これらの方法は古典的に見えるが、臨床現場という意味では新しい方法を導入できる体制の整った現場と言える。その意味で、今日紹介したような論文は、まだまだマウス段階だが、現場の先生にも大いに知って欲しいと思っている。

ただ、現場の先生は忙しすぎて、原著論文を読み通す時間がないのが問題だ。そこで、2月27日7時AASJの事務所で最初の勉強会を始める。東京の病院とはスカイプでもつなぐ予定だ。月一回のペースで、面白い原著論文をまとめて紹介する予定だ。今回の対象は医師・研究者が対象で、もちろん参加は無料で、AASJとしては、新しい治療法がいち早く患者さんに届けばNPOの使命は果たせる。
2−3日前に資料をお送りする予定なので、参加希望の先生は私の方に連絡してください。
カテゴリ:論文ウォッチ

2月10日:友達が遺伝的にも似てくる要因(1月23日号米国アカデミー紀要掲載論文)

2018年2月10日
第一次安倍内閣成立から、安倍政権は「お友達内閣」と揶揄されてきたが、安倍内閣だけでなく、私たちは気心の知れた友人といると安心する。一般的に、お友達で集まってしまうのは、私たちが育った環境によるものと考えられてきたが、大規模ゲノムプロジェクトが進むことで、話が変わり始めた。

2014年7月に紹介したエール大学の論文はGWASと呼ばれるゲノムの多様性を調べる検査から計算できる遺伝子の類似性を、友人と無関係な他人とで比べ、友人同士の方が遺伝的に類似していることを示して、「え!そんなことがあるの」と私たちを驚かせた(http://aasj.jp/news/watch/1844)。しかし、お友達を選ぶとき、マラソンなどの激しいスポーツで選んだとすると、当然遺伝的に似てくるのもわかるし、社会階層で自然に遺伝的層別化が起こってしまう可能性もある。したがって、お友達は遺伝的に似ているという結果は、様々な原因による可能性があり、ゲノムを取り入れた社会学にも発展する可能性がある。

今日紹介するスタンフォード大学からの論文は友達同士が遺伝的に類似していることをさらに詳しく検討した研究で1月23日号の米国アカデミー紀要に発表された。タイトルは「The social genome of friends and schoolmates in the national longitudinal study of adolescent to adult health(米国の思春期から成人の健康に関する長期追跡研究を用いた友人と学友の社会ゲノム)」だ。

米国では思春期から健康調査を長期間続けるコホート研究が進んでいるが、この研究ではこのコホート研究の中から約5000人のヨーロッパ起源の白人に絞り、自己申告された友人とそれ以外を層別化した上で、SNPアレーで調べたゲノムを比べている。

詳細を省いて結果をまとめると次のようになる。

1) この研究でも友人同士の方がゲノムが類似していることが確認された。
2) 友人の選択には、たとえば体型が似ているなど遺伝的影響の強い形質の親和性で友人が選ばれるsocial homophilyが背景にある可能性がある。そこで、遺伝的要因の大きい、学業成績、身長、BMIなどの遺伝的要因の寄与を調べると、学業成績が最も強く影響し、身体的Homophily の影響は少ない。
3) どの学校に通うかは社会階層に大きく関わるが、階層により遺伝的類似性が変わることが知られている。友人同士が遺伝的に似る原因のかなりの部分が、階層と相関する遺伝要因が寄与している。
以上の結果は、「友人同士遺伝的に似ている」ことだけを発表して人を驚かせても、何の意味もないことを示している。すなわち、友人選びに影響する私たちが考えている様々な社会的要因が、すでに遺伝学的にも層別化されているということを肝に銘じてゲノムデータを解釈する必要がある。それと同時に、ゲノムデータを相関させることで、我々の社会の差別や階層化をより深く分析する可能性も示されている。その意味で21世紀の人間学には、ゲノム情報が欠かせないこともよくわかった。
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2月9日:胎児発生での神経回路形成(Natureオンライン版掲載論文)

2018年2月9日
脳の個性形成を、生まれが決めるのか、あるいは育ちが決めるのかは、人類が長く議論してきたテーマだが、実際には両方が統合されていると言えるだろう。

日々大量の情報の中から、すでに形成された「自己」を基準に情報を選択し、その入力により「自己」の脳回路を書きえられるが、この経験の一回性が個性形成に大きく寄与することは間違いがない。しかし、生まれた瞬間からこのプロセスを走らせるのは、発生過程で形成される複雑な脳回路だ。脳各領域での細胞の分化については少しづつ分かっているが、肝心の回路形成についてはほとんど分かっていないようだ。

神戸CDB設立に一緒に苦労した竹市先生は、当時回路形成の特異性にカドヘリンが寄与していると考え研究していたのを覚えているが、この可能性が現在どうなっているのかはフォローできていない。

今日紹介するスタンフォード大学からの研究はTeneurin-3が回路形成の特異性を決める分子であることを示す研究でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「Teneurin-3 controls topographic circuit assembly in the hippocampus(Teneurin-3は海馬での領域間の回路形成をコントロールする)」だ。

Tenurin-3(Ten3)はEGFリピートやYDリピートが数多く集まった、複雑細胞表面分子で、ショウジョウバエでは確かに神経回路形成に関わることが証明されており、またゼブラフィッシュでノックダウン実験から網膜の神経結合に必要とされてきた。

この研究はこの分子のマウス海馬での機能をノックアウトなどで調べた、言って見ればかなり古典的な研究だが、竹市先生がカドヘリンに期待していた神経回路特異性を担うことをはっきりと示したことで、Natureに掲載されたのだろう。

海馬には2本の大きな回路があるが、研究ではこの分子が海馬の近位CA1領域、遠位鉤状回、そして内側内嗅皮質をつなぐ神経回路に発現していることをまず確認し、Ten3がホモトロピックな細胞接着因子として働いている可能性を追求している。

まずTen3遺伝子にノックインして可視化できるようにし、Ten3を欠損させたマウスの海馬を調べると、通常なら鉤状回への特異的回路形成が阻害され、神経が広い領域に投射するのが観察される。 次に、CA1と鉤状回で別々にTen3をノックアウトして、どちらの細胞でノックアウトしても神経がより広い範囲に投射することを明らかにする。

最後に試験管内で神経以外の株化細胞にTen3を導入する実験を行い、カドヘリンと同じようにホモティピックな細胞接着にも関わっていることを明らかにしている。

実際にはもう少し複雑な実験を行って、接着に必要な分子領域を調べたりしているが、要するにホモティピックな細胞接着分子が、確かに神経細胞の回路形成に関わることが示された。ただ、データを見ると、これはほんの入り口で、CA1が鉤状回へ軸索を投射する全分子過程を明らかにするにはまだまだ時間がかかるだろうし、他の領域間の回路形成にはどの分子が関わるのか、発生学の役割は大きいと思う。

間違いなく発生過程で最初の脳回路の「自己」が決まる。光遺伝学の開発で脳科学は今生理学に強くシフトしているが、発生学の重要性はずっと変わらないだろう。
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2月8日 ハダカデバネズミの長寿の秘密(米国アカデミー紀要オンライン掲載論文)

2018年2月8日
普通のげっ歯類の10倍に当たる30年近くの長寿を誇るハダカデバネズミは、動物の寿命に興味を持つ多くの研究者を惹きつけている。一度北大で講義したときにお会いしたが、我が国の三浦恭子さんもこのネズミに惹かれた一人で、暗い湿度の高い部屋で苦労して飼育をしながら研究を続けているのを見せてもらった。さらにこのネズミはガンにもなりにくい。当然、年寄りの私もファンの一人で、いつも外野から、どんな話が出てくるのか楽しみに待っている。

以前紹介したが(http://aasj.jp/news/watch/4819)、正常のマウスも老化した細胞を除去し続ければ寿命が伸びることが知られている。このことから、このネズミの長寿の秘訣は、細胞が老化しにくいか、あるいは老化した細胞が除去し続けられているのではと考えることができる。今日紹介する米国ロチェスター大学からの論文は、まさにこの問題を調べた研究で米国アカデミー紀要にオンライン出版された。タイトルは「Naked mole rats can undergo developmental, oncogene induced and DNA damaged cellular senescence(ハダカデバネズミは発生時、発ガン遺伝子発現時、DNA損傷時に細胞老化を示す)」だ。

細胞老化で誘導されるβ-gal染色を指標に、ハダカデバネズミと正常マウスの老化細胞を様々な条件で調べ、発生途上で起こる細胞老化、発ガン遺伝子rasを導入した時の細胞老化を調べ、ほとんど差がないことを確認している。すなわち、このネズミの長寿が一般的なストレスによる細胞老化が起こりにくいからではない。

しかし明確な差が見られたのがγ線照射によるストレスを与える実験で、20Gyのような大量照射では同じ程度に細胞老化が誘導されるが、10Gyでは老化の程度が有意に低く、細胞周期の停止も起こりにくいことを示している。

結局明確な差が見られた放射線感受性ということで、γ線照射で誘導される遺伝子を比べている。残念ながら多くの遺伝子が動きすぎ、また差がありすぎて、どの細胞活性に関わる遺伝子が増えているのかといった分類以外に、長寿や癌になりにくい鍵となる分子を特定するには至っていない。その意味では、面白いのではと読み始めて、少しがっかりだ。

この論文の結論も、γ線照射に対する反応が、ハダカデバネズミでランダムではなく、正常マウスよりシステミックで組織化されているという表現を用いている。それでも、活性酸素への反応に関わる遺伝子や、細胞外マトリックス分子がハダカデバネズミだけで強く誘導されるのは面白い。

以上の結果は、ハダカデバネズミの長寿は単純に細胞老化の違いで説明はできないが、放射線に対して組織化された特定の遺伝子発現を示し、この点をより詳細に調べれば秘密の一端が明らかにできるかもしれないことを意味している。

著者らは、放射線抵抗性とともに、ハダカデバネズミがヒアルロン酸を含むマトリックスの分泌能力が高いこと、放射線をあててもp53の誘導がほとんど見られないこと、リソゾーム遺伝子が誘導されること(例えばオートファジーが速やかに起こる?)、老化は起こっても細胞死まで発展しないことなどに注目しているようだが、やはりしり切れとんぼの印象は否めない。

いずれにせよ長寿の秘密はかなり複雑で、一筋縄でいくとは思えない。解明にはまだまだ時間がかかる印象を持った。
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2月7日:臨床に依拠したガンの間質の研究(2月8日号Cell掲載論文)

2018年2月7日
ガンの間質によりガンの幹細胞のニッチが形成され、抗がん剤の抵抗性が生じてガンを根絶できないというシナリオが提唱されて久しいが、現象論的にこれを支持する研究は数多く出されても、このシナリオから治療可能性を引き出せた研究にはほとんどお目にかかっていない。

今日紹介する中国・広州の中山大学からの論文は乳ガンで手術前に行われるアジュバント治療をうまく利用してガンの幹細胞を支える間質細胞を特定し、ガンの治療抵抗性に関わるメカニズムを特定し、治療可能性まで明らかにした力作で2月8日号のCellに掲載された。タイトルは「CD10+GPR77+ cancer associated fibroblasts promote cancer formation and chemoresistance by sustaining cancer stemness(CD10+GPCR77+ガンの間質はガンの幹細胞性を維持してガン形成と化学療法抵抗性を促進する)」だ。

すでに述べたように、この研究では乳ガン患者さんのアジュバント治療の前にバイオプシーで間質を採取、その後常法通り手術で摘出した乳ガン組織でガンが完全に消失していた群と、ガンが残存していた群の間質を比較している。アジュバント治療前のバイオプシーでは間質に特に違いは見られなかったが、治療後ガンが残存していた間質はCD10とGPR77が強く発現していることを発見する。

さらに、手術後の経過を調べるとCD10+GPR77+間質の比率が多い患者さんでは、予後が悪いことを明らかにし、このマーカーがガンを悪性化させる間質マーカーとして利用できることを示している。

これだけでも重要な発見だと思うが、次にCD10+GPR77+間質細胞上でガンを培養する実験、あるいは、CD10+GPR77+間質細胞とガンをマウスに注射する実験を行い、CD10+GPR77+間質が乳ガンだけでなく肺がんでもガンの化学療法抵抗性の元凶であることを突き止めている。また、この間質とともにマウスにガンを移植することで株化できることも示している。

そして、この治療抵抗性の原因を探り、ADH+のガンの幹細胞がCD10+GPR77+間質細胞があると守られ増殖をすることを突き止め、ガンの間質がガン幹細胞のニッチを提供するというシナリオが、乳ガンで成立することを示している。

最後は、CD10+GPR77+がガン幹細胞を維持する分子メカニズムの解明で、ガンの幹細胞の維持にNFkBにより誘導されたIL-6,IL-8が関わり、これらの中和抗体でガン幹細胞の増殖を抑えることができること、さらにGPR77はリガンドであるC5の刺激によりNFkBシグナルに関わるp65をアセチル化することで、持続的なNFkBシグナルを誘導し、IL-6,IL-8の転写及び、GPR77自身の転写も促進することで、ガンを支持し続けることを示している。もちろん、マウスに患者さんのCD10+GPR77+間質細胞とガンを移植する実験で、GPR77抑制によりガン幹細胞の増殖維持を阻害することができることを示し、新しい治療可能性を示唆している。

全て実際の患者さんの間質やがん細胞を用いた、臨床的視点に基づく研究で、

1) 予後を予測する間質マーカーを明らかにした。
2) CD10+GPR77+間質を用いると、患者さんのがん細胞を株化できる。
3) ガンの幹細胞と間質の相互作用の分子基盤を明らかにした。
4) それに基づき、様々な治療可能性を示した。
と、前臨床研究としては完璧なレベルに達している。やる気であれば、すぐに治験へと進むことができる、臨床的視点に依拠したいい研究だと思う。
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2月6日:オランダの飢餓コホート研究から明らかになるエピジェネティック変化(1月31日号Science Advance掲載論文)

2018年2月6日
これまで様々な長期間人間を追跡したコホート研究を紹介してきたが、これまで読んだ中で、最も長期間人間を追跡し続けた論文は1936年にスタートした、エジンバラ大学の研究で、80年近く一定の集団を追いかけていた(http://aasj.jp/news/watch/1660)。テーマは二ヶ国語を話すと認知症になりにくいという、まさに80歳まで追跡が必要な研究だった。これに次ぐのが、今日紹介するオランダの飢餓コホートで、1944年ナチスに封鎖されたアムステルダム周辺で飢餓にさらされた妊婦さんから生まれた子供たちを追跡した研究だ。戦後からずっと追跡が行われていることから、すでに74年に達している(http://aasj.jp/news/watch/2028)。

ライデン大学からの論文で母親の飢餓状態により引き起こされるエピジェネティックな変化を追いかけた研究で1月31日号のScience Advanceに掲載されている。タイトルは「DNA methylation as a mediator of association between prenatall adversity and risk factors for metabolic disease in adulthood(出産前の災難と大人になってからの代謝疾患のリスクの関連はDNAメチル化により媒介されている)」だ。

この長期間コホート研究から、これまで妊娠時の飢餓により自閉症の発症率が上昇すること、及び年齢が高まるにつれインシュリン分泌が低下する糖尿病、そして脂肪代謝の異常によるメタボリックシンドロームが多発することが報告されてきた。自閉症の方は、妊娠時の神経発生に飢餓が直接作用したと考えられるが、成人後に起こってくるこのような変化は全て飢餓により誘導されるエピジェネティック変化によると推定され、これを示すデータが示されてきた。

今日紹介する研究もこの延長線上にあり、メタボリックシンドロームや2型糖尿病にかかった対象者の血液の全ゲノムレベルのメチル化を調べ、まずエネルギー代謝に関わるPIM3遺伝子の調節領域のCpGアイランドが、飢餓にさらされた後メタボになった個体で特異的にメチル化されていることを明らかにするのに成功する。

次に飢餓にさらされた後、高脂血症をきたした症例を集め、6種類の遺伝子の主に上流のCpGアイランドがメチル化されていることを発見する。このうち5種類はメチル化により遺伝子発現が低下していることも確認でき、個別に、あるいは共同して高脂血症に関わると考えられる

更に、妊娠初期に飢餓にさらされた子供が高齢になって高脂肪血症を示すケースを調べ、PFKFB3(回答系に関わる)及びMERRL8遺伝子(脂肪細胞生成に関わる)遺伝子上流のメチル化が妊娠初期の飢餓による高脂血症を説明できることを示している。

同様の結果はこれまでも発表されているが、今回のハイライトは死亡後の解剖により集めた様々な組織のメチル化と、通常便宜的に使われる血液のメチル化とを比べ、血液のメチル化パターンが、脂肪組織や大網細胞のメチル化パターンと相関していることを示しており、飢餓によって誘導されるメチル化が細胞特異的ではなく、多くの細胞で起こることを示している。このような結果は、対象者が高齢になって、死亡例が出るまで待たないと集めることができないが、まさにそのような長期の追跡が行われていることを実感した。

最後に、このようなコホート解析から何か新しい介入ポイントがわかるか考えてみたが、残念ながら妊娠中にダイエットをして胎児を飢餓に晒そうとするのはもってのほかだという以外に、介入の余地は無さそうだ。
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2月5日:クリスパーとは異なる細菌のゲノム防御システム(Scienceオンライン版掲載論文)

2018年2月5日
クリスパー/CasはゲノムやRNAの遺伝子編集を容易にする技術として現在最も注目されているシステムだが、もともとは細菌が自分のゲノムを、外来DNAから守る一種の免疫システムだ。このために、入ってきた外来ゲノムを自分のゲノム内に組み込んで記憶しておいて、その配列に一致する新しいゲノムを分解している。

今日紹介するイスラエル・ワイズマン研究所からの論文は、クリスパ−/Casとは異なる細菌の免疫システムを探索した論文でScienceにオンライン発表された。タイトルは「Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome(微生物全ゲノムに存在する抗ファージ防御システムの包括的探索)」だ。

これまで遺伝子探索というと、特定の遺伝子に関連する遺伝子を探すことだが、この研究の探索方法は面白い。クリスパ−/Casの例から細菌の防御システムは特定セットの遺伝子が組み合わさってできていることが多いことから、これまで知られていない防御システムに関わる分子も、既知の防御分子を利用する可能性が高く、したがって既知の防御分子の近くに存在している可能性があるはずだと考え、既知の防御分子の近くにあるファミリー分子を探索するソフトを開発、このソフトを用いて。これまで知られている細菌防御システムに関わる遺伝子の近くにコードされている遺伝子4500種類の細菌の1億近いタンパク質を探索している。

この探索から全部で335種類の分子がリストされるが、129種類はトランスポゾン、102種類は既知の防御システムで、最終的に新しい防御分子候補として28種類の分子がリストされた。

次にこれらが防御遺伝子としての性質を持っているか調べるため、今回リストした防御システムを全く持たない枯草菌や大腸菌に防御分子クラスターを一個づつ導入し、調べたい防御システムを導入した細菌を様々なウイルスやプラスミドに感染させ、防御システムが感染防御に本当に役立っているか、一個一個調べ、最終的に9種類の新しい防御分子クラスターを特定している。

予想通り、これらのクラスターにはクリスパーやRNAiに関わる既知の分子が、新しい分子ファミリーと一緒に集合しており、この方法の妥当性が証明された。あとは、このうち3種類の防御クラスターについて解析している。

Zoryaと名付けた最初のクラスターは4種類の分子からできており、そのうちの2つは鞭毛のプロトンチャンネルに関わる分子ファミリーに属している。この構造から、おそらくファージが感染した時、膜電位を脱分極させることで、防御に関わるのではと想像している。このクラスターは1829種類の細菌に広く分布しているが、古細菌には存在しない。

次がThoerisと名付けたクラスターで、哺乳動物が自然免疫に用いるTIRドメインを持った分子が存在しており、4%のバクテリアに広く分布している。このクラスターのもう一つの中核分子thsAはNAD結合部位を持ち、分解に関わると考えられ、NADレベルを減らすことでファージに対する防御が行われていると想像している。

最後のDruantiaと名付けたシステムは、DNAヘリカーゼを含んでいるが、他の分子の機能は現在のところ想像がつかず、どのように防御に関わるかは明確ではない。ただ、大腸菌のDNA防御に直接関わるのではと想像しているようだ。

他にもプラスミドに対する抵抗性を付与するWadjetと呼ぶ防御システムも特定している。これはコンデンシンファミリー分子を含むことから、直接DNAに働きかける防御システムではと推論している。

このように、新しい防御システム候補のリストはできたが、メカニズムは今後の研究に残された。それぞれのメカニズムを詳しく解明することで、まったく新しい遺伝子改変システムが生まれるか面白いチャレンジだと思う。
カテゴリ:論文ウォッチ
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