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5月14日 深海に適応した視覚進化(5月10日号Science掲載論文)

2019年5月14日

網膜で光を感じる最初の入り口は桿体細胞と錐体細胞からなる視細胞で、それぞれには異なる波長に反応する色素が存在している。通常の場合、桿体細胞には一種類の色素ロドプシン1が存在し、光の有無を高感度で検出できるが、色は認識できない。一方、錐体細胞には様々な波長に反応する異なる色素が数種類存在し、明るい光の中で様々な色を感じられるようになっている。

今日紹介するスイスバーゼル・動物学研究所からの論文は、ほとんど光がささない深海での視覚の進化を、特にロドプシン1(RH1)に焦点を絞って調べた研究で、久しぶりに一つの分子に絞った進化の論文を読んだという気持ちがした。タイトルは「Vision using multiple distinct rod opsins in deep-sea fishes (深海魚は複数の異なるロドプシンを進化させて使っている)」だ。

まず百種類の魚のゲノムを比較し、種とは別に深海に生息するように進化した魚では、まず海底まで届かない波長の長い光に反応する色素を失う。これは、どの種類でも同じように起こる。一方、他の短い波長に反応する色素はまちまちの変化が起こっており、ハダカイワシやステューレポルスでは緑に反応するRH2の数が増える。同時に、それぞれDH1のコピー数が増大している。すなわち、カメラと同じで、光吸収効率を高めて少ない光に反応できるよう進化したことになる。

中でも面白いのは、和名ナカムラギンメで、他の色素のコピー数は増えないが、なんとRH1については18コピーに増え、また同じ種の和名フチマルギンメではなんと38コピーと急速に増大している。

これも感度を高めるためと納得してしまうとそれまでで、著者らはこの遺伝子重複が、少しづつ異なる波長に反応する色素を生成し、その結果桿体細胞で波長の違い、すなわち色の違いを感じられるのではと着想し、ギンメのRH1遺伝子の配列を調べ、24種類の部位で反応する波長が変わるアミノ酸置換が起こっていること、またそれぞれの色素は網膜で発現していることを明らかにしている。また、ギンメではRH1でアミノ酸置換を起こす変異が他の種と比べて圧倒的に多く、深海での進化圧が強く関わっていることを示している。

話はこれだけで、本来なら行動や、あるいは一個の桿体細胞での色素発現様態など、もう少し深入りしたら面白いのにと思はないでもないが、まあ十分楽しめる論文だと思う。

魚の中にはアイスフィッシュのように、必要がなければヘモグロビンやミオグロビンまで失うと同時に、赤血球を作る仕組みも皆捨て去った種が存在する。その意味で、このような多様性は高等生命の生理について多くのことを教えてくれると思う。しかし、水族館で飼育されているギンメの色素遺伝子はそのまま存在しているのだろうか、興味がわく。

カテゴリ:論文ウォッチ

5月13日 線維筋痛症にメトフォルミンが効く (5月6日Plos One掲載論文)

2019年5月13日

Fibromyalgia (FM: 線維筋痛症)は、脳内での痛みの閾値が低下することで、他の人より小さな刺激でも強い痛みとして感じてしまう病気で、苦しんでいる人は多い。一番問題は、診断が確立しておらず、専門医の診断と自己診断が大きく食い違うことについては以前紹介した(http://aasj.jp/news/watch/9681)。このため、FMの診断を確定できなくとも、助けてくれる血液検査が求められていた。

今日紹介するテキサス大学ガルベストン校からの論文はFMの患者さんがいわゆるインシュリン抵抗性の状態にあり、メトフォルミンで痛みを軽減できるという、本当なら患者さんにとって画期的な研究で、5月6日号のPlos Oneに掲載された。タイトルは「Is insulin resistance the cause of fibromyalgia? A preliminary report (インシュリン抵抗性は線維筋痛症の原因か?:予備的報告)」だ。

このグループは、糖尿病による脳の微小循環障害を研究していたのだろう。その延長で、脳の痛みの閾値が下がるFMにも何らかの差があるのではないかと、様々な指標を検討していた。実際、これまでの研究でFMの人では糖尿病のリスクが高いことも知られている。

この結果出てきたのが糖尿病の診断に使われるHbA1cで、全体で見ると正常範囲に収まるように見えるが、年齢別にプロットすると、それぞれの年齢で正常よりだいたい0.6高いことに気がついた。

ほとんど詳しい検査が行われていないこと、および23人という小規模研究なので何とも言えないが、この傾向をインシュリン抵抗性による可能性が高いと結論している。

この上で、16人の患者さんに糖尿病に最も用いられるメトフォルミンを1日1000mg投与すると、なんと8人の患者さんで痛みが完全に軽減し、残りの患者さんも、通常の治療よりははるかに痛みが軽減したという結果だ。

話はこれだけで、治験としては全く不十分なため、トップジャーナルには掲載できないのだろうと思う。しかし、この可能性はかなり短期間に大規模治験で確認できる。またメトフォルミンは、現在では糖尿病の予防にすら使われる、薬の中では長期間服用することに関するデータがしっかりある薬剤で、副作用は少ない。したがって、二重盲検無作為化試験もすぐに計画できる。もし治験結果がポジティブなら、治療だけでなくFMのメカニズムも含めこの分野の画期的なブレークスルーになるように思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

5月12日 CRISPR/Cas 阻害剤の開発(5月2日号Cell掲載論文)

2019年5月12日

CRISPR/Casの研究も、徐々に成熟期を迎え、画期的な技術の開発にはかなり新しい発想の研究が要求されるようになっているが、一方技術の利用については人間への臨床応用も含め着実に身を結んでいると言える。ずっと前から言っているが、ノーベル賞はまちがいなく、またいつ受賞してもおかしくない。

こんな成熟度を反映して、Cas9とガイドRNAの結合を阻害する化学化合物の開発論文がハーバード大学から5月2日のCellに発表された。タイトルは「A High-Throughput Platform to Identify Small-Molecule Inhibitors of CRISPR-Cas9(CRISPR-Cas9を阻害する小分子化合物を特定するハイスループットプラットフォーム)」だ。

自分でCRISPR/Casを使っているわけではないので、Cas9の阻害剤が実際にどのぐらい必要なのか実感がないが、オフターゲットサイトへの活性や、さらに特異性を上げるためには活性を小分子化合物で調節できるようにすることは、この技術のさらなる発展に必須だというのが著者らの主張だ。

その上で、論文自体は現在の薬剤開発はどう行われるのかを知るための格好の論文になっているので、薬剤の開発過程の段階を追って紹介する。

この研究ではCas9とガイドRNAのPAM配列との結合を蛍光偏光法を用いて測定する方法を開発してる。様々な条件検討を行い最終的にPAMが12個繰り返すDNAを用いて安定した結合アッセイを確立している。

同時に、試験管内のスクリーニングで得られた化合物の活性を測定するための細胞システムを3種類用意している。例えばCas9が働いたとき蛍光が消えるような細胞を用いるアッセイを用意している。

このスクリーニングとアッセイ方法を確立した上で、まず約10万種類の化合物を試験管内の結合アッセイを用いてスクリーニングし、水溶性で活性の高い化合物BRD7087を突き止めている。また、細胞を用いた方法でも活性があること、細胞毒性がないことを確認している。

次に、いわゆるメディシナルケミストの独壇場とも言えるリード化合物を少しづつ変化させて更に利用しやすい化合物へと改良する過程を通して、最適化した化合物BRD0539を開発している。

その上で、結合メカニズムの解析を行っているが、この研究ではタンパク質と化合物の立体構造解析ではなく、化合物の方を少しづつ変えて結合状態を推定する比較的古典的な方法で決めている。このようなデータは、同じ化合物をさらに至適化するのに必要になる。

この研究では更に進んで、遺伝子ノックアウトだけではなくガイドで指定された場所で転写を活性化できるCas9を用いて阻害活性を調べ、このアッセイでは同じリード由来のBRD20322,BRD0048という化合物の方が活性が強いことを示している。

結果は以上で、なるほどご苦労さんと言った感じの研究だ。実際これらの化合物をどう使えばいいのかは、生物学者の発想にかかるだろう。ただ、転写を止めるというシステムは、可逆的なので、新しい遺伝子ON/OFFの系として広く使われるようになるのではと感じる。

いずれにせよ、化合物はこうして開発しますということを勉強するにはよく書けた論文だと思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

5月11日 バソプレシン系を標的にしたASD治療治験(5月8日号Science Translational Medicine 掲載論文)

2019年5月11日

自閉症スペクトラムの薬剤としてオキシトシンとともに期待されているのがバソプレシンだ。両者はともに9つのアミノ酸からできており、途中のシステインで同じような立体構造を取っている。またこれらが結合する受容体は複雑で、完全に特異性があるわけではない。

これまでの研究でオキシトシンと同じようにバソプレシンを鼻から投与する方法でASDの症状が一過性に改善すること、またASDの脳ではバソプレシンが低下しているという研究があったため、バソプレシンでASDを治療する治験が進んでいた。

今日紹介したい2編の論文は、一つはバソプレシンを経鼻的に投与する従来の方法についての治験、もう一編はなんとバソプレシンの受容体のうちのV1AR特異的な阻害剤を用いた治験で、ともに5月8日号のScience Translational Medicineに掲載された。タイトルは最初が「A randomized placebo-controlled pilot trial shows that intranasal vasopressin improves social deficits in children with autism(バソプレシンの無作為化盲検法による小規模治験は自閉症の児童に対して効果を示した)」で、もう一編は「A phase 2 clinical trial of a vasopressin V1a receptor antagonist shows improved adaptive behaviors in men with autism spectrum disorder(バソプレシン受容体V1aの阻害剤はASDの大人の適応行動を改善した)」だ。

詳細は省いて治験の概要と結果だけを紹介する。

最初の論文は最終的に条件を満たした30人の6−12歳の児童を無作為化し、両親にも気づかれない形で盲検化したバソプレシン経鼻薬を4週間投与、様々な指標での症状改善を調べている。詳細は全て省くが、社会性、反復行動、過度の不安など全てではっきりとした改善が認められ、また心配される血管や腎臓の副作用もないという素晴らしい結果だ。示されたデータを見ると、素人の私でも改善がはっきりしているのがわかる。また一つ重要な発見として、治療前のバソプレシン血中濃度が高い子供ほど効果がある。この理由は特定されていないが、今後の症例選択に役立つ可能性がある。

もう一編の論文は、アゴニストではなくVA1R 受容体の特異的阻害剤を用いている。なぜ阻害剤が効くのかについてはおそらく受容体が何種類もあり、それぞれの受容体の効果が異なるため、特定の一つを抑えることが、全体のバランスを変えることで効果が見られることがあるのだろう。

この治験では12週間阻害剤を内服させている。AVR1は当然抗利尿作用などもあるので、すぐに児童での治験は難しく、知能は正常でASD症状をもつ大人について、用量を変えて効果を確かめている。

付き添いの人の印象での改善度で見ると4mgまで全く効果がないが10mgでは効果が少しみられている。一方他の客観指標では、用量を増加させるとともに改善が見られ、全体としてはまだ有望だと結論している。副作用では不思議なことに、プラセボ群と比べても最も多い10mgを投与した群が少ないため、おそらく長期の使用にも耐えるだろうと結論している。

片方は刺激剤、もう片方は阻害剤が共に効果を示すという一見理解しにくい結果だが、これが正しいとするとVAIRは逆に自閉症症状を高める働きをしていることになり、オキシトシンを含め今後の治療法開発に大きなブレークスルーになるように思う。何れにせよVA1Rの阻害剤も児童での効果を慎重に調べるところから進めてほしいと思う。いずれにせよ、ASDの薬剤による治療も一歩一歩進んでいる。

カテゴリ:論文ウォッチ

5月10日 幼児期のポケモンゲームによる視覚認識の変化(Nature Human Behaviourオンライン掲載論文)

2019年5月10日

昨日に続いて、テレビゲームを医学に利用する論文を紹介する。昨日の論文はアルツハイマー病の診断にテレビゲームを使った例だが、今日は発達期に自然には存在しない特殊なキャラクター、ポケモンに熱中することで、視覚認識がどう変化し、また他の能力に影響が及ぶのか調べたスタンフォード大学からの論文で、Nature Human Behaviour オンライン版に掲載された。タイトルは「Extensive childhood experience with Pokémon suggests eccentricity drives organization of visual cortex(児童期に頻回にポケモンゲームを経験すると視覚皮質の構造を特殊化する)」だ。

私たちが、顔、景色、文字と言ったみたものをすぐにカテゴリー化して理解できるのは、脳の下面に存在するVTCと呼ばれる場所に、カテゴリーを含むさまざまな情報と見た対象を相関させてしまっているからで、これらの認識力は発生期および発達期に刺激に応じて形成されていく。しかし、顔や景色といったカテゴリーに反応する場所は、個体間の差がないため、発達期にVTCでの新しい回路がどう形成されるのかについては研究が難しい。しかし、おそらくこの時期の特殊な回路形成が、将来の例えば画家としての能力に関わるのだろうと想像できる。この面白い問題に児童期のテレビゲームの経験が使える可能性にチャレンジしたのがこの研究で、5歳から8歳までニンテンドウのポケモンゲームでいつも遊んでいる成人を集めて、ポケモンの経験がない成人と比べている。ポケモンという特殊なキャラクターに反応する脳回路が形成されているのか、そしてそれが他の回路に影響しているのかを検討している。

論文を読むまでは考えたこともなかったが、確かに素晴らしい着想だと思う。私自身はポケモンの経験はないが、しかし小さなゲームボーイの中で繰り広げられる同じシーンに世界中の子供たちが熱中した。すなわち新しい一種のテレビゲームが、意図せず発達期の大規模実験をやり遂げたことになる。

研究では、さまざまなカテゴリーの写真とともに、ポケモンの写真を見せた時のVTC各領域の反応を機能的MRIで調べ、その反応を解析している。結果は期待通り、ポケモンで遊んだ場合は、大人になってもポケモン特異的な回路が形成され維持できている。しかし、これが形成されることで他のカテゴリーに対する反応が大きく変化することはない。ちょうど文字を覚える時期なので、文字のカテゴリーに対する反応変化も気になるが、ポケモンで遊んだ影響はない。

その上で、ポケモンを私たちはどう認識しているのか、どの場所にできるのか、またその場所でどのようにポケモン特定き回路が形成されてきたのか(著者らは漫画や動物に反応する回路をベースに新しく作ったと考えている)詳しく調べているが、詳細は省く。要するに、ポケモン特異的回路が形成されて残っていることは確かだ。

この論文の真価は、多くのテレビゲームを、さまざまな時期の脳への共通の刺激実験として使えることに気づいた点だろう。これまで、このようなゲームは発達に悪影響があるとして結論ありきで調べられてきた。しかし、この研究ではっきりと回路の場所や特性が明らかになることで、今後さまざまな能力や行動への影響を、脳の反応をベースに調べることができる。おそらくポケモンに限らず、多くのポピュラーなゲームはこの目的で使うことができるだろう。ぜひ、美大の学生さんでも調べてみたいテーマだと思う。

以前ポケモンGOが世界中で大ブームになった。毎朝散歩するのを日課にしているが、朝早くから大の大人がスマフォを持ってウロウロしているのを見て全く新しい時代がきたのだと感じたが、新しく形成されたポケモン回路が大人になっても残っていることを確認して納得した。

カテゴリ:論文ウォッチ

5月9日 アルツハイマー病をモバイルゲームで早期診断する(米国アカデミー紀要オンライン掲載論文)

2019年5月9日

アルツハイマー病の診断は、記憶を中心に検査がおこなわれるが、同じく海馬が関わるのが、オキーフとモザー夫妻によるノーベル賞研究で、すなわちグリッド細胞に代表される自分の動きをナビゲーションする能力も、かなり初期から異常が出ることがわかっており、診断に使われるようになってきた。

これをうけて2016年、ドイツテレコムはスマフォやタブレットで2分間遊ぶことで、ナビゲーション能力を定量するゲームアプリSea Hero Questを開発して、ウェッブで公開、このゲームで遊んだスコアが、匿名化したあと、ドイツテレコムに集められるようにした。

今日紹介する英国ノーウィッチ医科大学からの論文は、アミロイドβの遺伝子変異でアルツハイマーリスクが極めて高い集団にこのゲームで遊んでもらい、このスコアをこれまで集まった27000人余りのビッグデータと比べてアルツハイマー病の早期診断が可能かどうか調べた研究で米国アカデミー紀要オンライン版に掲載された。タイトルは「Toward personalized cognitive diagnostics of at-genetic-risk Alzheimer’s disease (遺伝的にアルツハイマー病のリスクを持っている人の認知機能診断に向けた試み)」だ。

自分でゲームで遊んだわけではないので、ゲームの内容を完全に理解できているわけではないが、自分の乗った船を、前もって見せられた地図の指示に従って、最短距離で目的までナビゲートさせるゲームと、目的地に着いてから自分のこれまでの道筋を構想できる能力を調べるゲームで、最短ルートからどの程度ずれているのか、どのぐらいの時間がかかったのかなどを調べ、遺伝的アルツハイマー病リスクと相関するかどうか調べている。

結果は単純で、最短距離からのズレ、課題を終えるのにかかった時間、自分の道筋を統合して記憶する能力などを調べると、オープンなスペースで地図で目的地へとナビゲートする時、最短距離からのズレがアルツハイマー病の遺伝リスクの高い人で大きいことを発見している。

期待した通りナビゲーションゲームでアルツハイマー病を記憶などの症状がない時から診断できるという結論だが、結果としては拍子抜けするが、新しい時代の到来を感じさせる。すなわち、全く同じプラットフォームを、何万、何千万の人が同時に使って、低コストでデータを取る新しい疫学が可能になっている点だ。このコホートの経過観察はもちろん、他の病気や、発達にも使える。今後同じようなゲーム・プラットホームがアルツハイマー病だけでなく、様々な脳機能の検査として開発されると思う。

神戸の先端医療財団と仕事をしていた時、東北大学の川島さんが開発した任天堂の脳テストが大ヒットを飛ばしているのを聞いて、認知症の早期診断に使えるのではないかと、打診したことがあるが、その時は任天堂は遊びを提供する会社だからと断られたことがある。当時は、ナビゲーションのことは全く知らなかったが、ナビゲーションだけでなく、あらゆるゲームは点数が出る以上、人間の能力を反映することは間違い無いので、遊びが脳の記録にもなることはわが国でも受け入れられるようになるのではと期待する。

カテゴリ:論文ウォッチ

5月8日 免疫抑制剤テリフルミドが難治性てんかんに効く可能性(6月5日発行予定Neuron掲載論文)

2019年5月8日

てんかんは一過性の神経興奮なので、神経細胞へのイオンの流入を抑えるたとえばバルプロ酸、あるいは抑制性神経を高めて興奮を抑えるジアゼパム、さらにはシナプスでの伝達物質の分泌を抑制するレベチラセタムなどが用いられるが、それでも半分近くが難治性てんかんとして、これらの薬剤が効きにくい。

幸い最近になってカンナビノイド、電磁波、さらにはケトン食など、これまでとは違う作用機序の治療方法の開発が進んでいる。今日紹介するテルアビブ大学からの論文は、ミトコンドリアのカルシウムを調節することで神経の興奮閾値を下げるテリフルミドがてんかんにも使える可能性を示す論文で6月5日発行予定のNeuronに掲載された。タイトルは「Mitochondrial Regulation of the Hippocampal Firing Rate Set Point and Seizure Susceptibility (海馬の興奮頻度のセットポイントと発作の閾値をミトコンドリアを介して調節する)」だ。

この研究では、最初から神経の興奮が誘導される刺激のセットポイントを調節している一つの要因が神経の代謝にあると考え、この代謝を変化させこ神経興奮の閾値を高めて神経を興奮しにくくすることでてんかん発作を止めるという目標を立てて研究を行なっている。

まずてんかん患者さんの脳の遺伝子発現をデータベースから調べ、てんかんの人で発現が最も高まる代謝関連遺伝子の一つとして、ミトコンドリア膜に存在するDihydroorotate dehydrogenase(DHODH)を突き止める。さいわい、DHODHの機能阻害剤として、リュウマチや多発性硬化症にすでに用いられているテリフルミド(TERI )が存在しており、このTERIが神経の興奮頻度を強く抑えることを示している。また、shRNAでDHODHをノックダウンしても同じように興奮を抑制することを示し、この酵素を標的に神経興奮の閾値をあげられることを確認している。

次に、作用のメカニズムを解析し、

  • ミトコンドリアの機能の中心であるATP産生は変化させず、予備の呼吸機能のみ抑える。
  • DHOHはミトコンドリアのカルシウムを調節することで、刺激時のカルシウム濃度のバッファー機能を形成している。TERIによりこれが可逆的に抑えられることで興奮がおさえられる。
  • TERIは海馬の神経ネットワークを阻害することなく、神経自体の興奮性を下げる。
  • GABA刺激による抑制性ニューロンの作用は抑えない。

このように生理学的メカニズムを確認した後、最後に痙攣誘発剤による発作、および幼児期からはじまる難治性てんかんドラべ症候群モデルマウスのてんかんにTERIが効果があるかを調べている。痙攣誘発剤によるてんかんについては高い効果を示している。遺伝的なドラべてんかんモデルでは、発作の起こる回数を抑えることを確認している。

結果は以上で、すでに自己免疫病に使われている薬で難治性てんかんを抑える可能性があるという臨床応用可能性が高い結果だと思う。

しかしこの結果を見ると、神経のネットワークは抑えないと言っても、リュウマチや多発性硬化症でTERIを使うとき本当に神経症状はないのか気になる。

カテゴリ:論文ウォッチ

5月7日 アルツハイマー病のsingle cell transcriptome解析は期待はずれ(Natureオンライン掲載論文)

2019年5月7日

バーコードで単一細胞由来のmRNAをラベルして、各細胞の発現遺伝子を調べるsingle cell transcriptome 解析については何度も紹介しており、今、生命科学では最も熱いテクノロジーの一つだ。当然、アルツハイマー病のような複雑な脳の状態を調べる切り札になるのではと想像できる。

MITやハーバード大学の強みは、このような誰もが期待する研究についてはいち早くやり遂げる体制ができている点だろう。現役の頃から今までその印象は変わらない。今日紹介する論文もMITからで、アルツハイマー病患者さんの剖検時前頭皮質脳組織を採取し、48人の患者さんでsingle cell transcriptome解析を行っている。タイトルは「Single-cell transcriptomic analysis of Alzheimer’s disease (アルツハイマー病患者さんのsingle cell transcriptomic解析)」だ。

なんとなく急いでいたのか、全体的に雑な感じの論文で、48人の患者さんなのに全体で8万個の細胞を分析したというのは少し少ない感じがする。おそらく解剖の後凍結保存する過程で様々な死後変化が起こっており、また単一細胞の浮遊液を作るのも簡単でなかったのではと思う。もう少し方法を詰めて結果を出して欲しいと思う。

結局全く新しいメッセージは出てきていないように思う。神経細胞は興奮ニューロンも抑制ニューロンも正常と比べると、ほとんどの遺伝子の発現が低下している一方、アストロサイトやグリアでは多くの遺伝子の発現が上昇していると結論しているが、神経細胞のRNAが壊れやすいだけである可能性はないとは言えない。

それぞれの遺伝子の上がり下がりは細胞特異的だが、最も変化する遺伝子の機能を調べると、例えばミエリン化や軸索伸長など細胞同士が強調しているので、この変化は意味がある変化ではないかとも結論している。

次に、遺伝子発現の変化を症状やアミロイド沈着などとの相関を調べ、各細胞でアルツハイマーの症状・病理と関わる遺伝子群を1−10まで分離している。例えば、グリアでは炎症性分子の上昇がアミロイドの沈着と相関するし、M9はオリゴデンドロサイトのミエリン化遺伝子が症状と関わる。またこうしてアルツハイマーの症状病理と関わることがわかった遺伝子の一部は、ゲノム解析でのリスク遺伝子とオーバーラップする。このように結局特に新しい発見はない。

この方法の最大の利点は、病的な細胞が生まれるまでの経過を追いかけられる点だが、この研究でもそれぞれの細胞のサブセットが存在することは示せているが、残念ながら病理的細胞への経過は示せていない。

唯一新しい発見として、病気が進行するときの細胞レベルの変化が男女で大きく異なるという発見だ。例えば病期が進むと、オリゴデンドロサイトの転写が高まり修復過程がオンになるが、女性ではこれが認められない。また、興奮・抑制ニューロンともに転写は女性では病気の進行とともに低下が激しいが、男性では程度が低い。これらの変化を実際の病理と対応させ、アルツハイマー病で女性に強く皮質の白質の縮小が見られるのに男性では強くないことと関わると結論している。

結局最初期待したほどの大発見はなく、MITといえども論文を通すのに一年近くかかっているのも頷ける。少し批判的に書きすぎたが、ただ、この方向の研究は重要だ。特に、死後変化も加味して、情報を処理できるインフォーマティックスの確立は病理学を変えると思う。

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5月6日 白血球から漏れ出したヒストンH4が動脈硬化の引き金を引く(Natureオンライン版掲載論文)

2019年5月6日

動脈硬化を一種の炎症として捉えることが20世紀後半から行われるようになったが、細菌感染とは違うので、なぜ自分の組織の破壊という炎症のシグナルが動脈硬化で発生するのかよくわかっていない。

今日紹介するミュンヘン・ルードビッヒ・マクシミリアン大学からの論文は、この問題にチャレンジし、好中球のヒストンH4がその引き金であることを突き止めた研究でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「Externalized histone H4 orchestrates chronic inflammation by inducing lytic cell death(細胞外のヒストンH4が細胞を融解して炎症を組織化する)」だ。

この研究では、動脈硬化のプラーク内で細胞死が急速に起こって、プラークが不安定になる現象に着目し、この現象と関係する細胞浸潤をまず探索している。その結果、好中球がプラークの不安定性、および血管平滑筋の細胞死と強く関わることを確認する。次にモデルマウスを用いて、好中球数を減らす操作をすると、これを防止できること、逆に白血球が集まるように操作すると、悪化させることを示している。

以上の結果から、好中球と血管平滑筋との相互作用が動脈硬化の引き金になると仮説を立て、平滑筋に好中球を集めるメカニズムについて調べ、活性化された平滑筋が出すCCL7が好中球を集め、そこに好中球がトラップされることが平滑筋の細胞死を誘導することを明らかにしている。

この細胞学的な確認実験の後、ではなぜ好中球が集まると平滑筋の細胞死が誘導されるのかについて、好中球の集合に分泌される分子に対する抗体を用いて細胞死を抑制する実験を行い、なんとヒストンH4に対する抗体が、平滑筋の細胞死を防ぎ、プラークの安定性を高めることを発見する。

この発見が研究のハイライトで、圧巻はリコンビナントのヒストンH4を加えるだけで平滑筋細胞が障害されること、またこれにはヒストンH4の強い陽イオン性が陰イオンの膜と相互作用を起こすことが問題で、細胞表面の陰イオン性をオレイルアミンで抑えると細胞毒性は減じ、またコレステロール硫酸で処理すると障害性が高まることを示している。

そして原子間顕微鏡を用いてヒストンH4で処理した平滑筋膜には穴が空いており、これが細胞融解を誘導することを突き止める。最後に、ヒストンH4のこの穴を開ける作用の中心として働くN末端が細胞膜と接触するのを抑制するペプチドを特定し、これを注射すると平滑筋の細胞死が防げ、動脈硬化巣も安定化することを示している。

全く予想外のメカニズムで驚くが、これが正しいとすると、好中球だけでなく細胞が破壊されヒストンH4が漏れ出てきたら全て炎症の巣になるように思えるが、おそらく好中球にはH4をうまく使う能力がもともと備わっているのかもしれない。好中球特異的だとしても、動脈硬化以外でも同じようなことが起こるのか研究が進むのを期待する。

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5月5日 非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)の新しいメカニズム(5月2日号Cell掲載論文)

2019年5月5日

ウイルスやアルコールが原因ではない慢性脂肪性肝炎は、私が医学部を卒業する前から知られていたようだが、疾患単位としてはっきりしたのは、1980年で、事実、私が卒業して医師として働いていた7年間もほとんど聞いたことはなかった。しかし、現在でははかなり高い有病率で、慢性肝炎の中ではかなりの割合に達するはずだ。これほど重要な病気だが、はっきりした発症メカニズムはわかっていなかった。

今日紹介するバロセロナ生物医学研究所からの論文はこの原因がミトコンドリアと小胞体(ER)間のフォスファチディルセリン(PS)の受け渡しの異常によるとする新しいメカニズムと、それに基づく治療可能性を示した画期的な研究で5月2日号のCellに掲載された。タイトルは「Deficient Endoplasmic Reticulum-Mitochondrial Phosphatidylserine Transfer Causes Liver Disease (ERとミトコンドリアの間のPSの受け渡しの低下が肝疾患の原因になる)」だ。

これまでNASHの原因としてERストレスがあると考えられていたが、このグループはERで合成された脂肪がミトコンドリア(Mt)にうまく移行できないことがERストレス、脂肪代謝異常が合併したNASHの原因ではないかと着想し、MtとERの膜同士の融合を調節するMitofusin2(Mfn2)分子に着目した。

まずNASHの患者さんの肝臓生検標本でMfn2の発現を調べると、単純な脂肪肝の半分程度に低下している。また、メチオニン摂取で誘導するマウスNASHモデルでも低下していることを突き止めた。

次に、肝臓細胞だけでMfn2がノックアウトされるマウスを用いると、肝臓の慢性炎症がおこり、肝細胞の細胞死が高まり、肝硬変へと進行することがわかった。すなわち、Mfn2によるER/Mt膜のコンタクトがうまくいかないとNASHを発症することがわかった。また生化学的な検討から、Mfn2は、PSがER膜からMt膜へと移行し、そこで、Phospatidylethanolamin(PE)が合成され、またこのPEがER膜に戻ってPhosphatidylcholin(PC)が合成される過程にMnf2がPSS1,PSS2分子の調節を介して関わることを示している。実際、PSS1/PSS2の発現を肝臓へshRNAを導入するノックダウンで低下させると、Mnf2ノックアウトと同じ効果があることがわかった。すなわち、このphospholipid代謝異常がNASHを引き起こすことがわかる。以上の結果から、Mfn2により特にPSのERからMtへの移行が進むことで、phospholipidの密度の高いER/Mtコンタクトサイトが形成され、脂肪代謝とERストレスが調節されていると結論している。

この異常は、Mfn2遺伝子を組み込んだアデノウイルスベクター投与で解消し、NASHを治すことができるが、同じマウスの肝臓にBIP遺伝子を導入してER ストレスだけを抑えると、脂肪肝はそのままで、炎症や肝硬変の発症を防ぐことがわかる。

最後に、メチオニンを摂取させて起こすNASHモデルをMnf2遺伝子導入で治療する可能性を検討し、Mfn2を組み込んだアデノウイルス注射により、PSS1/PSS2の関わるPE、PCの合成が正常化し、肝硬変の進行を抑えられることを示している。

以上、まとめるとMfn2はPSのERからMtへの移行を促進することで、PE、PC 合成サイクルをまわし、fospholipidが濃縮したMt/ER膜領域を形成することで、脂肪代謝を調整し、ERストレスを防いでいる。しかし、Mfn2が低下するとこれがうまく働かなくなり、ERストレスと脂肪代謝異常が起こる。したがって、原因はともかくNASHの場合、Mfn2を肝臓に導入することによりNASH治療が可能になるというシナリオだ。

なかなか面白い仮説で、肝臓はアデノウイルスでの遺伝子治療が簡単な臓器なので、NASHにも原因に直接働きかける治療が可能になるかもしれないと期待している。

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