11月14日 生命以前の有機合成(Natureオンライン版形成論文)
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11月14日 生命以前の有機合成(Natureオンライン版形成論文)

2018年11月14日
地球上の生命の発生の話になると、必ずパンスペルミア仮説、すなわち生命の起源となる有機化合物が、地球ではなく、宇宙に散らばる流星に運ばれて地球にやってきたとする考えを述べる人がいる。フランシス・クリックまでがこの説を支持しているとして、不思議と人気がある。ただ、私はこの考えが大嫌いだ。もちろん正しいか、正しくないかをおそらく検証することは難しいだろう。しかしこの説の最大の問題点は、地球以外の何処かで有機化合物ができたとして思考停止に陥る点だ。この説では結局問題は解決せず、では宇宙のどこで、どのようにその有機体が合成されたのかを答える必要があるからだ。結局地に足をつけて、多くの先達と同じ、地球上で有機体が作られる条件を探したほうがずっと生産的だ。2015-2016年にかけ、JT生命誌研究館のウェッブサイトに「無生物から生物が出来る(abiogenesis)ための条件」について、16回にもわたってさまざまな論文を紹介したが(http://www.brh.co.jp/communication/shinka/2015/post_000022.html  からhttp://www.brh.co.jp/communication/shinka/2016/post_000013.html)、これらの進歩を学ぶと、わざわざ宇宙に有機物の起源を求める必要など微塵もないことがわかる。

今日紹介するソルボンヌ大学からの論文も有機物は海底の熱水噴出孔で十分合成可能であることを示す論文でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「Abiotic synthesis of amino acids in the recesses of the oceanic lithosphere (海中の岩石圏のくぼみの中でアミノ酸は生命なしに合成できる)」だ。

最初に断っておくが、生命の関与しない有機物の合成はワクワクする話題だが、かなり有機合成の知識が必要で、私の様な素人にはよく分からないことも多いので、有機化学反応の詳細についてはすっ飛ばして紹介する。

これまでの研究で、有機化合物のabiogenesisには蛇紋岩を多く含む熱水噴出孔が重要と考えられており、この研究もそのような条件を持った海底からさらにボーリングで170m掘り進んだ地層を調べ、鉄を多く含んだサポナイトの中に紫外線を当てた時、自然蛍光を発する有機炭素を検出することに成功する。そして、それがトリプトファンとそれ由来の分解物であることを特定する。

あとは、これが生物由来の有機物でないことを注意深く有機化学的に調べ、実際トリプトファンが存在する場所にはほとんどバクテリアがはまり込む大きさの穴が存在しないこと、また生物が存在するなら発見されてもいい有機物が全く存在していないことなどから、これがabiogenesisによる有機物であることを確認している。

その上で、トリプトファンが発見される粘土鉱物の性状から、この環境が実際の工業的窒素化合物の有機合成で用いられる条件に類似していることを突き止めている。この条件から(ここは理解できていないが)、トリプトファンを合成した化学反応がFriedel-Crafts反応と呼ばれる芳香族酸を合成する反応だろうと推察している。

以上、実際に有機化学的に説明が可能な形で、地球上にアミノ酸が存在すること、またこのabiogenesis過程の名残を受け継ぐバクテリアが蛇紋岩化がおこる環境に存在することから、生命誕生に必要な有機化合物は蛇紋岩化が起こる熱水噴出孔で起ったと考えるのが最も自然だと結論している。

現役の頃はほとんど読むことがなかった生命誕生の条件を探る研究が、少しづつではあるが着実に進展していることを実感する素晴らしい発見だと思う。
カテゴリ:論文ウォッチ

11月13日 移民と腸内細菌叢 (11月1日号Cell掲載論文)

2018年11月13日
現在ヨーロッパ、米国での最も重要な政治課題は移民問題だろう。ドイツのお母さんとしてあれほど支持されたメルケルですら、移民受け入れに寛容な政策を嫌われて、次の選挙では首相の座を降りることになった。一方、トランプもイギリスのブレクジットを推進した政治家も、移民制限を主張することで支持を取り付けている。

こんな政治風潮に合わせたかのように、ミネソタ大学からアジアから米国に移民した人たちが、米国の生活に適応していく様を腸内細菌叢の変化から調べた論文が発表された。おそらく時事問題としての面白さも考慮してCellのエディターも掲載を決めたのではないだろうか。タイトルは「US Immigration Westernizes the Human Gut Microbiome (米国への移民は腸内細菌叢を西欧化する)」だ。

米国へ移住したら西欧化するなど、当たり前に思えるが、実際何が腸内細菌レベルでの西欧化に当たるのかを知ることは重要で、確かに興味は惹かれる。

研究では東南アジアの山岳民族モン族とカレン族の女性で、1)現在タイの山岳地帯に住んでいる、2)タイで生まれた後、米国へ移住した、そして3)アメリカで生まれた、と異なる3グループの便を、体重などの健康データとともに集めている。便については24時間前からの全食事についても記載している。全部で500人を超す人についての検査で、実際には大掛かりな研究だが、手法自体は特別なものはない。便の細菌叢も一部の実験を除いて16S rRNAを用いており、全く当たり前の手法だ。

移民という状況を選んだのは、この研究が最初だと思うが、都市文明に侵されないで生きている様々な民族の腸内細菌叢については研究が行われており、粗食にも関わらず、腸内細菌叢は多様で、健康的な細菌からできていることが知られている。したがって、移民という状況でも大体予想がつくが、結果は予想通りと言っていいだろう。

まとめると以下のようになる。
1) 移住によって、土着のカレン、モン族それぞれ特有の細菌種は失われる。またこれまでの研究と同じで、細菌叢の多様性も、土着の生活で最も高く、移住により多様性が失われるとともに、肥満も進む。この多様性の低下は、米国滞在期間が長いほど低下していく。
2) 土着の生活に特徴的な細菌はPrevotella属で、移住とともに西洋型を代表するBacteroidesに置き換わる。
3) 米国に移住することで、植物中心の食事が変化するが、これに応じて炭水化物を分解する酵素がほとんど失われる。中でも、東南アジア特有の食事に関連するglucoside hydrolaseなどはすぐ失われる。すなわち、腸内細菌叢は食生活に密接に結びついている。
4) ただ、食習慣だけで説明ができない文化の差と言えるような差が細菌叢に存在している。
5) このような西欧化は移住後9ヶ月後から始まる。
話はこれだけで、腸内細菌から見た西欧化とはどんなことか、興味を持って読んだが、特に驚くような話は残念ながらなかった。また移民問題に細菌叢から何かアドバイスができるというわけでもなさそうだ。ただはっきりしているのは、アメリカに移住すれば、腸内細菌叢で見たとき、カレン族もモン族も結局トランプと同じアメリカ人になることは確かそうだ。
カテゴリ:論文ウォッチ

11月12日 細胞内で転写因子を分解する(11月2日号Science掲載論文)

2018年11月12日
DNAに結合して遺伝子発現を調節する転写因子は、化合物による機能阻害が難しいため、さまざまな病気に関わる分子であることが明らかになっても、薬剤を開発することが難しい。しかし例外も存在し、それが以前胎児の四肢形成異常の原因となることがわかり社会問題になったサリドマイドとその類似物質だ。現在、これらの化合物はリンパ球の発生と維持に必須の分子イカロスやアイオロスにタンパク分解システムをリクルートして、分解させることがメカニズムとして明らかにされ、現在も多発性骨髄腫を始めいくつかの白血病の重要な治療薬になっている。

今日紹介するハーバード大学からの論文はサリドマイド類似物の作用機構をさらに深めて、多くの転写因子を分解できる薬剤の開発を目指した研究で11月2日号のScienceに掲載された。タイトルは「Defining the human C2H2 zinc finger degrome targeted by thalidomide analogs through CRBN (サリドマイド類似物がセレブロンを介して標的にする人間のC2H2チンクフィンガー分解分子構造の解析)」だ。

サリドマイド類似物はセレブロンという分子と結合して、イカロスなどのチンクフィンガータンパク質(ZFN)に結合する。以前紹介したように、この時、サリドマイド類似物に他のタンパク質と結合する化合物を結合させて分解してしまおうという戦略の薬剤開発が行われているが(http://aasj.jp/news/watch/3472)、この研究ではサリドマイド類似物とセレブロンの結合体がイカロスなどの一部のZFNに結合する仕組みを詳しく解析することで、標的にできるZFNのレパートリーを増やすという方向で研究を行なっている。

まずサリドマイド、レナリドマイド、ポマリドマイドの3種類のサリドマイド類似物により分解されるZFN分子をスクリーニングし、11種類のZFを特定し、最終的にその中の6種類の異なるZFNがいずれの化合物によっても完全に分解されることを確認している。

次に、特定された分子の共通の構造、および3次元構造解析を行い、標的になるZFは予想以上に多様なセレブロンーサリドマイド類似物結合部位を持っていることがわかる。そこで、この多様な結合部位を分子間でシャッフルして調べ、この結合部位の特定のアミノ酸の組み合わせがあるときだけ分解システムをリクルートできることが分かった。

そこで、こうして特定したセレブロンーサリドマイド類似体と結合できるアミノ酸の組み合わせを持つZFNがさらに50−150種類データベースの検索から見つかる。その中からいくつかのZFNをピックアップして生化学的に調べると、約8割の確率で予測されていることも明らかになった。すなわち、まだまだ多くのZFNを標的にすることが出来る。

さらに、合成した新しいサリドマイド類似物を用いてこうしたリストされてきたZFNの分解を調べると、標的になるZFNのレパートリーが変わることもわかり、それぞれのZFNごとの薬剤の開発も可能であることを示している。

以上の結果から、セレブロンとサリドマイド類似物という枠を守るだけでも、様々なZFNを標的にできることが明らかになり、現在行われている治療の副作用のメカニズム、およびイカロスなどとは異なるZFNを標的にした薬剤の開発が進む可能性がある。期待したい。
カテゴリ:論文ウォッチ

11月11日 肥満から肝硬変や肝臓ガンへ移行するメカニズム(11月29日発行予定Cell掲載論文)

2018年11月11日
私のようにアルコールを欠かさず結構メタボという人間はともかく、アルコールを嗜まないのに脂肪肝(NAFL)になり、それがNASHと呼ばれる慢性肝炎そして肝硬変に移行したり、あるいは肝がんへと発展する厄介な病気がある。研究者も多く、かなりそのメカニズムは明らかになっている。これまでの理解をまとめると、肥満に伴う肝臓細胞の代謝の高まりが脂肪の酸化、ERストレス、炎症、そして活性酸素の生産を高め、肝臓を障害し始める。もちろん、自然免疫の高まりに対応して免疫細胞の浸潤が進み始めると正真正銘のNASHになる。そして、肝臓細胞のロスを埋めようと再生が繰り返す中で、肝がんが発生する。すなわち、肝がんはNAFLからNASHに連続した病気と考えるのが普通だった。

ところが今日紹介するオーストラリア・モナーシュ大学からの論文はNASHと肝がんは共にNAFLに起因しているが、異なるメカニズムで発生することを示した論文で11月29日発行予定のCellに掲載されている。タイトルは「Obesity Drives STAT-1-Dependent NASH and STAT-3-Dependent HCC (肥満はSTAT-1依存的にNASHへと発展し、STAT-3依存的に肝ガンを発生させる)」だ。

基本的にこの研究は、マウスの疾患モデルで、遺伝子ノックアウトを組み合わせてNASHや肝ガンへと発展する際の分子機構を明らかにするという戦略で行われている。

この研究ではまず、脂肪肝になると肝臓内の脱リン酸化酵素(PTP)が酸化により不活性化されること、そしてその中のPTP1BとTCPTPは人間の脂肪肝でも上昇していることから、これが脂肪代謝から肝臓病へと発展する引き金だと特定する。これらの脱リン酸化酵素はサイトカインの下流シグナルとして有名なJAK/STAT経路を抑制することが知られているので、肝臓でのSTATの活性を調べると、NASHではPTPが酸化により抑えられる結果、STAT-1とSTAT-3が上昇していることを明らかにする。すなわち、酸化ストレス、PTP酸化、PTP抑制、そしてSTAT活性化のシグナル経路が浮き上がってきた。あとは、これら一つ一つの疾患との関係を調べていけばいいことになる。

まずTCPTPを肝臓細胞でノックアウトできるようにしたマウスで、高脂肪食を食べさせながらTCPTPをノックアウトすると、リンパ球の浸潤も伴うヒトのNASHとほとんど同じ肝病変ができる。さらに、肝ガンも同じ様に誘導される。従って、TCPTP機能抑制と高脂肪食が合わさると、NASHや肝ガンの引き金が入ることが確認された。一方、脂肪食だけではNASHや肝ガンまでは発展しないので、人間の場合何らかのきっかけでTCPTPの活性が低下することが引き金になる。

ここまではこれまでのシナリオを支持するように思えるが、この後STAT-1およびSTAT-3を別々にノックアウトする実験系で、STAT-1をノックアウトするとNASHが、STAT-3をノックアウトすると肝ガンの発生を別々に予防出来ることを示し、これまでの通説だった、肝ガンの発生にはNASHとリンパ球の浸潤を伴う慢性炎症が必要であるというシナリオを完全に覆した。すなわち、TCPTPという入口が同じなため、一体化して見えていたNASHと肝ガンも別のプロセスとして考えたほうがいいという結論だ。

特に新しいテクノロジーを使っているわけでもなく、古典的な研究だが、当たり前として疑われなかったシナリオを書き直した面白い研究だと思う。脱リン酸化酵素の活性を上げるか、STATの活性を下げる工夫をすることで、治療可能性に繋がって欲しい。
カテゴリ:論文ウォッチ

11月10日:自閉症スペクトラムの音楽療法(Translational Psychiatry 8:231 掲載論文)

2018年11月10日
自閉症スペクトラム(ASD)の主症状は、社会性の障害、言語障害、そして反復行動とされている。もちろんこれに異を唱えるわけではないが、言語障害については、発話や会話の障害と、表現能力とに分けて考える必要 がある。 というのも、 読まれたことがある人も多いと思うが、 東田直樹さんの有名な著作「自閉症の僕が飛び跳ねる理由」や、彼が22歳で発表した「飛び跳ねる理由」などを読むと、その表現力の豊かさに驚き、言語能力障害と診断するのが憚られる。これは東田さんだけの話ではない。米国の自閉症児Ido君の文章が集められている本「Ido in autismland」を読むと、英語を話さない私でも、素晴らしい表現力と想像力だと思う。特にこの本では、絵本を指差して読んでいる時、急にIdo君とのコミュニケーションを持つことができた感動的シーンや、Ido君が支援者へのスピーチで拍手喝采を得る感動的シーンが書かれているが、東田さんやIdo君が書いているように、表現しようにもコミュニケーションを阻害する抑制が強く働いているだけではないだろうか。だとすると、なんとかこの抑制を取り除く方法を開発する必要がある。

このための一つの方法として長く試みられているのが音楽を通じてコミュニケーションをたかめる治療法で、さまざまなプログラムが開発され、米国やヨーロッパでは数千人規模の音楽療法の専門家まで養成されている。ただその効果の評価をめぐっては、様々な研究結果が入り混じっているというのが現状で、例えば昨年8月にここで紹介した米国医師会雑誌に掲載された臨床試験研究では(http://aasj.jp/news/watch/7216)効果が認められないという結果に終わっている。

今日紹介するモントリオール大学からの論文も、111人のASD児を無作為化して音楽療法と、一般のASD治療プログラムに割り振ってその効果を確かめた研究でTranslational Psychiatryに掲載された。タイトルは「Music improves social communication and auditory–motor connectivity in children with autism (音楽はASD児の社会コミュニケーション能力を高め、聴覚野ー運動野の結合性を高める」だ。

この研究で用いられている音楽プログラムは他のプログラムと比べて大きく異なる点はない。ただ、全ての治療過程をビデオに収め、適切に行われたかどうかを調べている点とMRIによる脳イメージング検査を行って、より客観的評価を試みた点が新しいといえる。 だいたい10回の治療プログラムを受けた後でコミュニケーション、社会性、ボキャブラリー、家族内での生活の質、異常行動などを評価するとともに、MRIを用いて脳の機能的結合性をしらべている。

この研究の結果はポジティブで、コミュニケーションと家族内での生活の質は,、音楽治療によって改善している。さらに、これに対応して聴覚野と運動野の神経結合性が高まっており、脳自体の構造も変化したという結論だ。

すでに述べたように、同じような治験が行われ、さらに優れたプロトコル開発につなげていく必要があるが、MRIで調べられる脳の機能が、しかも学童期にあきらかに改善したという結果は今後の研究にとって重要だと思う。ASD児には音楽的才能のある子供が多い。このルートを利用するのは納得できる方法で、さらに多くのトライアンドエラーが科学的に重ねられる必要があると思う。これは私の個人的感触で、なんの根拠もないが、様々な論文を読んでいると、一歩づつASDの子供達のコミュニケーションを取り戻す方法が開発できているように感じる。
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11月9日 紫外線に2日おきにあたる方が、毎日あたるより黒くなる(11月1日Molecular Cell掲載論文)

2018年11月9日
面白い現象を見つけてそれを誰もが納得できる仕方で説明するのは、研究の醍醐味だろう。ただ、多くの場合論文の読者が最後まで納得できるエビデンスを示すのは簡単ではなく、中途半端に終わることも多い。

著者には申し訳ないが今日紹介するフランスのGustave Roussyガンセンターとイスラエル テルアビブ大学からの論文は、私にとっては肝心の最後がよくわからないという典型の論文になってしまった。タイトルは「UV protection timer controls linkage between stress and pigmentation skin protection systems (紫外線から皮膚を守るタイマーが皮膚の防御システムのストレスと色素沈着の連携をコントロールする)」だ。

この研究が対象とした現象は全く初耳だったし、面白い。マウスでも人間でも、紫外線照射を毎日1回、2日に一回、3日に一回、の頻度で照射し60日目に組織を調べると、なんと毎日照射した時より、2日に一回照射した方が色素沈着が強くなるという現象だ。そして、これは培養したメラノーマ細胞レベルでも再現できる。

こんなことがあるなど想像だにしなかったし、とても面白い現象だ。この謎を解くというのがこの論文の目的だ。細胞レベルの性質として特定できたので、謎は解けるかと最初は期待した。要するに、色素細胞の活性を調節する様々な分子の発現を異なる照射条件で比べれば解けるはずだ。

この研究では、1日一回と、2日に一回で、色素細胞の発生と活性を調節しているマスター分子MITFの発現のパターンが異なることを示している。

1) まず、UV照射(試験管内ではcAMPによる刺激で代えている)後、MITFの発現は外界の刺激とは全く無関係で周期的に変化する。
2) ただ、上がり下がりを繰り返しながらも発現はだいたい48時間で元のレベルに戻る。しかし、24時間目にもう一度照射すると、新しい周期が始まる。
3) MITFは短い間隔の周期で振動する他、その下流の遺伝子は、この細かい周期にはあまり影響されない分子が多い。
4) MITFの周期は、それを制御するHIF1やMir-148の周期的発現の結果としてほぼモデル化できる。
5) また、この2種類の分子をノックアウトすることで、MITFの周期を変化させ、その結果24時間、48時間照射による色素沈着の差も消失する。

などが結果だ。要するに、UV照射後のMITFは、短い周期と長い周期で変化し、長い周期で見ると48時間で元のレベルに戻るが、24時間目にもう一度照射すると、長い周期が24時間に変わる。一方、短い周期はそのまま維持されると考えていいだろう。

一見うまく説明できたように見えるが、ではなぜ48時間という長い周期の方が、色素の沈着が高まるのかについては、結局説明できていない。色素合成の阻害分子も含め、やはりもう少し精度の高い研究が必要だろうと思う。また、せっかく発見した、MITFの短い周期の振動の意味も明らかにされていない。そして、色素沈着は60日目で見ているのなら、MITFの発現変化も、60日間調べて欲しい気がした。その意味で、現象は面白いのに、フラストレーションの残る仕事だったと言わざるを得ない。

とはいえ、日焼けサロンのプロトコルは、48時間サイクルに変えた方が良いことは間違いない。
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11月8日 え!片頭痛にも抗体薬?(The Lancet オンライン版掲載論文)

2018年11月8日
オプジーボもそうだが、今や苦労して標的に結合する化合物を探すより、標的に対するモノクローナル抗体を作ったほうが、薬になるという風潮が蔓延しているように思う。抗体薬が細胞表面の分子に対してしか効果がないということがわかっていても、現在も多くの抗体薬がFDAの認可を受けようと臨床治験が行われている。抗体の持つ標的に対する特異性を考えると、開発の確率から考えても、細胞表面分子なら抗体薬というのはうなづけるが、しかし限られた医療費で今後効果が示された抗体薬を本当に万人平等に使うことができるのかいつも心配になる。

とりわけ今日紹介するロンドン大学からの論文はなんと偏頭痛まで抗体薬を用いて治そうとした治験論文でThe Lancetオンライン版に掲載された。タイトルは「Efficacy and tolerability of erenumab in patients with episodic migraine in whom two-to-four previous preventive treatments were unsuccessful: a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 3b study (これまで2−4種類の方法でも治療できなかった反復性の偏頭痛に対するerenumab効果と安全性)」だ。

私自身はほとんど頭痛で困ったという経験はなく、ましてや偏頭痛が反復することなど全く経験したことがない。しかし、この論文を読むと、かなり多くの人が片頭痛で苦しんでおり、偏頭痛は労働を阻害する2番目の要因になっているようだ。それにもかかわらず、現在行われている片頭痛の治療は対症療法だけで、それも効かないケースが当たり前という有様なようだ。これまでの研究で、偏頭痛の原因の一つとして、37個のアミノ酸からなるポリペプチドCGRPの関与が示されていた。

この論文はこのCGRPに対するモノクローナル抗体を用いてこれまで薬剤が全く効果を示さなかった片頭痛を治そうとした治験研究で、2−4種類の治療を試したが全く効果が見られなかった人を集め無作為化して、抗体(erenumab)か偽薬を月に1回、3ヶ月間注射し、偏頭痛の頻度が50%以上低下した患者さんの割合を調べている。驚くのは、12週間でも14%近くの偽薬を用いたグループで効果がある点だ。偏頭痛の難しさがよくわかる。ただ、偽薬とくらべた時、erenumab投与群では30%の患者さんが偏頭痛の頻度が50%以上改善している。一方、この治療による副作用は、3ヶ月という範囲ではほとんど何もない。

この抗体薬を用いても7割の人の偏頭痛は改善しないのだが、それでも3割の人の偏頭痛はたしかに解消して、生活の質も上がったとすると、治験としては効果があったという結論になるだろう。しかし薬価がいくらになるのか分からないが、偏頭痛にまで抗体薬が進出しているのを見ると、ちょっと複雑な気持ちになってしまうのは、偏頭痛持ちの人の気持ちがわからない私だけだろうか。
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11月7日 RNAのアデニン・メチル化が海馬の文脈依存性記憶を高める(Natureオンライン版掲載論文)

2018年11月7日
RNAのアデニンをメチル化する酵素Mettleが明らかになり、この分子をノックアウトする研究から、RNAメチル化が発生を始めさまざまな過程において重要な働きをしていることが続々明らかにされ、mRNAレベルでの微調整がいかに重要かがわかってきた。実際、私のブログでもRNAメチル化については6回も紹介している。

それでも新しい話が尽きることがないようで、今日は私たちの記憶にRNAメチル化がどのように関わるかを明らかにしたシカゴ大学からの論文を紹介する。タイトルは「m 6 A facilitates hippocampus-dependent learning and memory through YTHDF1(アデニンのメチル化はYTHDF1分子を介して海馬での学習と記憶を促進する)」だ。

メチル化RNAはさまざまな細胞過程に関わるが、最近の研究でYTHDF1分子と結合して、翻訳の促進に関わることが知られている。この研究の目的は、この翻訳促進機構が脳内でも働いていることを示すことで、そのためにYRHDF1遺伝子のノックアウトマウスを作成し、その脳機能を調べるところから研究を始めている。ある意味では、ノックアウトマウスの解析という至極古典的な研究だ。

もちろん、YTHDF1の発現は脳内、特に海馬の神経で高い発現が見られるが、ノックアウトマウスは正常に発生し、海馬の解剖学的構造も特に変化はない。しかし、文脈依存性記憶が強く障害されている。一方扁桃体が関わる音の刺激による恐怖記憶は犯されていない。これらの結果から、海馬が関わる学習と記憶はYTHDF1ノックアウトマウスでは選択的に障害されていることが明らかになった。

次にこの変化の生理学的背景を調べ、神経結合部のスパインが減少することによる長期記憶が低下していることがわかった。そして、これらの異常が全てYTHDF1欠損によることを、同じ遺伝子を海馬に導入する回復実験を行い、証明している。

そして最後に、これらの生理学的変化を、メチル化RNAおよびYTHDF1の機能と関連づけるため、まずYTHDF1に結合するメチル化RNAにはシナプスや記憶に関わる分子が濃縮しており、これらの分子は正常では神経刺激とともに合成が高まるが、YTHDF1ノックアウトマウスではこのような上昇は見られない。また、レポーターを用いた実験で、神経刺激後比較的遅い2−4時間でこのような上昇が見られることが明らかになった。以上のことから、メチル化されたRNAはYTHDF1と結合することでおそらく安定化し、この結果同じmRNAから合成されるタンパク質が増加することを示している。

以上、タンパク質の合成の本当のファインチューニングにもメチル化RNAが関わるという話だが、脳を維持するにはこれほど繊細なコントロールが必要かと思うと、脳を守ることの難しさが実感される。
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11月6日 腸内細菌がインシュリン抵抗性を誘導するメカニズム(11月1日号Cell掲載論文)

2018年11月6日
何度も繰り返すが、これまで細菌の種類が上がったり、下がったりと現象論に終始していた細菌叢研究は、現在急速に具体的な因果性を明らかにするための研究に転換している。例えば、これまでは2型糖尿病の細菌叢と、正常の人の細菌叢の比較で終わっていた研究が、細菌叢の違いが糖尿病につながるメカニズムを明らかにする研究へと転換しつつある。そのおかげで、細菌叢に対する具体的な介入方法も徐々に明らかになるのではと期待が持てるようになってきた。

今日紹介するスウェーデン ヨテボリ大学からの論文はまさにこのトレンドを代表する研究と言っていいだろう。2型糖尿病でのインシュリン抵抗性が2型糖尿病患者さんの細菌叢が分泌するイミダゾール・プロピオン酸によって誘導されるメカニズムを明らかにしている。タイトルは「Microbially Produced Imidazole Propionate Impairs Insulin Signaling through mTORC1(細菌叢により合成されるイミダゾール・プロピオン酸はmTORC1を介してインシュリンシグナルを阻害する)」だ。

この研究では、最初から2型糖尿病の患者さんの腸内細菌叢から分泌されるアミノ酸の代謝物が、糖尿病のインシュリン抵抗性を誘導するという仮説を持って、これをどう証明するかに焦点を当てて研究を行なっている。腸内細菌叢で分泌される分子はまず肝臓へ門脈を通って移行することがわかっているので、まず門脈で特に上昇しているアミノ酸代謝物を肥満で糖尿病の人と、正常で比べている。もちろん、門脈採血などは普通できないが、この研究では腹腔鏡下の手術の機会を利用して、採血を行っている。その結果、イミダゾール・プロピオン酸(ImP)が糖尿病の人と門脈て高いこと、そして、糖尿病の患者さんの細菌叢のみがヒスチジンを加えたときにImPを作ることを明らかにする。すなわち、糖尿病の細菌叢特異的なアミノ酸代謝物としてImPを特定する。この研究のハイライトは、この発見に尽きる。あとは動物実験で、ImPを注射した時、糖尿病を誘導できるかどうか順々に調べれば良い。

実際、ImPをマウスの注射すると、いわゆるインシュリンへの反応性が低下するインシュリン抵抗性が誘導される。すなわち、インシュリンのシグナルが阻害される。あとは、インシュリンシグナルが阻害される過程を探索し、

1) ImPの作用でp38γ分子の自己活性化が起こる。
2) 活性化されたP38γはp62をリン酸化する。
3) リン酸化されたp62はmTORC1を活性化する。
4) mTORC1はS6K1をリン酸化により活性化する。

5) リン酸化S6K1はインシュリン受容体下流のIRSをリン酸化して、分解する。

という、シグナルカスケードの結果、インシュリンシグナルを阻害することがわかる。 そして何よりも重要なのは、多くの細菌の代謝経路を調べ、ヒスチジンがImPへと代謝される中間過程ウロカニン酸からImPを作れる経路を持つ細菌で2型糖尿病の細菌叢に濃縮されている種類を28種類特定できている点だ。そしてその例としてStreptococcus mutansとEggerthella lentaなどが挙げられている。詳細は省くが、このような細菌が高カロリー食により誘導される可能性についても考察しており、今後この過程をコントロールできれば、少なくともインシュリン抵抗性を改善できる可能性がある。

いずれにせよ、腸という大きな発酵タンクをどう調整するか、あるべき方向が徐々に見えてきている。
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11月5日 CDK9のガン標的分子としての可能性(11月15日号Cell掲載論文)

2018年11月5日
最近は癌治療というと免疫療法という話になり、分子標的の話は少なくなった気がするが、もちろん今も開発は進んでいる。薬剤開発というと、スクリーニングで効果が見られる化合物が見つかればいいと思ってしまうためか、メディアでも、「XXX過程に効果がある化合物が2種類見つかった」という報道をよく見かけるが、実はChemical Biologyといって、化合物から考えもしなかった新しい生化学過程が明らかになる可能性があり、それが最も面白い。

今日紹介するテンプル大学からの論文はその典型で、これまで誰も気づかなかった新しいガン化に関わる過程を教えてくれる面白い研究で、11月15日号のCellに掲載された。タイトルは「Targeting CDK9 Reactivates Epigenetically Silenced Genes in Cancer (CDK9を標的にすることでガンでエピジェネティックに抑制されている遺伝子を再活性することができる)」だ。

骨髄異形成症候群をはじめとする多くのガンで、遺伝子発現が強く抑えられることが癌の増殖に寄与していることがわかり、DNAメチル化阻害剤や、ヒストンアセチル化阻害剤など、エピジェネティック修飾に介入する化合物が実際に治療に用いられ、またさらなる開発が続いていることはこれまでも紹介してきた。このグループは、直腸癌細胞株を用いてDNAメチル化により抑制されるプロモーターに蛍光タンパク質遺伝子を結合させ、抑制が外れたら光が発する実験系で化合物スクリーニングを行っていた。この系では、当然DNAメチル化阻害剤や、ヒストン脱アセチル化阻害剤は効果があり、エピジェネティック抑制機構に関わる分子探索に最適化されている。

この中でヒットした化合物の中にアミノチアゾールを核とする化合物が5種類リストされてきたが、この構造はこれまでエピジェネティック過程の様々な阻害剤とは全く相同性がなく、検討を加えた結果、これが細胞増殖や、RNA鎖伸張など細胞の基本過程で重要な働きを持つリン酸化酵素CDKに対する阻害剤、その中でもCDK9に対する作用が強いことが明らかになった。詳細は省くが、この結果に基づき同じ構造を持つ化合物から最終的にCDK9抑制効果が最も強い化合物も特定している。 CDK9はRNAポリメラーゼのセリン2をリン酸化することでRNAの伸長に関わる重要な分子であることはこれまで知られていたが、エピジェネティックな過程に関わることは全く知られていない。そこで、この効果の生化学的背景を検討し、CDK9は染色体を調節する大きな分子複合体SWI/SNFの中のBRG1と呼ばれるATP-依存性DNAヘリカーゼを標的にしていることを明らかにしている。実際CDK9をノックダウンすると、全ゲノムに渡ってそれまで抑制されていた様々な遺伝子の発現が再活性化されることが明らかになった。これらの遺伝子は、DNAメチル化を抑制した時に再活性化される遺伝子とよく似ている。また、染色体構造をATAC-seqと呼ばれる方法で調べると、CDK9抑制で染色体構造が緩んでオープンになることが明らかになった。これらの結果から、CDK9はまず染色体をオープンにし、これにより遺伝子発現を再活性化する。この時、DNAメチル化を外すメカニズムも同時に活性化され、その結果DNAメチル化も抑えられるというシナリオを示唆している。すなわち、CDK9阻害は、エピジェネティック機構に二重に介入できることがわかる。

とするとガン治療に利用することが期待されるので、いくつかのメチル化阻害剤が効果があるガンで、CDK9も効果を持つことを確かめている。また、ゲノム全体で抑制が外れると、内因性のレトロウイルスなどが再活性化することが予想されるが、実際に行くつかのウイルスの転写が上昇する。これ自体は、少し心配な話だが、著者らは内因性ウイルスにより自然免疫が活性化するため、がんの治療にはいい方向に働くと結論している。

いずれにせよ、CDK阻害剤は今や様々ながんの治療薬として使われようとしているが、この思わぬ効果を相加的に使えると、いい標的薬が可能になるかも知れない。特に骨髄異形成症候群や、骨髄移植ができない顆粒球性白血病の治療に、メチル化阻害剤と併用する可能性などは、結果を早く知りたいところだ。
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