5月17日 老化免疫細胞は他臓器の老化を促す(5月12日 Nature オンライン掲載論文)
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5月17日 老化免疫細胞は他臓器の老化を促す(5月12日 Nature オンライン掲載論文)

2021年5月17日

老化研究により、体の全ての細胞でほぼ同じ老化のメカニズムが働いていることがわかってきた。だからといって、体の全ての細胞が同じ様に老いる訳ではない。例えば、皮膚のように紫外線などの照射により、DNA損傷が起こりやすい場所では老化が起こりやすい。

今日紹介するミネソタ大学からの論文はリンパ球などの免疫系細胞の老化は、自身だけでなく、他の臓器の細胞老化を促進するという、ちょっと恐ろしい研究で、5月12日Natureにオンライン出版された。タイトルは「An aged immune system drives senescence and ageing of solid organs(老化した免疫システムは固形臓器の老化と加齢を促進する)」だ。

研究自体は、典型的な遺伝モデルを用いた老化研究で、コケイン症候群の原因遺伝子の一つで、UVやDNA鎖をクロスリンクする様な薬剤によるDNA障害に関わるとされるERCC1遺伝子を血液系で欠損させたマウスを用いて、老化モデルとしている。これまでの研究で、ERCC1が欠損すると、おそらく自然に起こるDNA鎖同士のクロスリンクが修復できないため、p53の活性化が起こることで、細胞周期が阻害され、細胞老化、そして個体全体の老化が進むと考えられている。

このグループも、初めは血液細胞が老化するモデルを作成して研究しようとしていたのだと思う。血液だけでERCC1が欠損すると、5ヶ月でリンパ球を含む白血球数が低下し、様々な血液細胞で細胞周期の抑制を示すp21などの発現が高まり、また抗原に対する細胞性免疫機能や、抗体反応も強く低下することを示している。同じ変化は、2年以上飼育した正常老化マウスでも見られることから、ERCC1欠損により、老化が時間的に強く促進されていることがわかる。

これだけならなんのことはない研究だが、血液系だけで老化が進んでいると考えられるこのマウスの様々な臓器の細胞でのp21やp16の発現を調べると、驚くことに、血液ほどではないにせよ、細胞老化が高まっていることに気づく。老化で上昇する様々なサイトカインのうち、IL-1βやGDF-15、MCP-1などが上昇していることから、おそらく免疫系の細胞老化が、様々なサイトカインを通して、他の臓器の老化を促進するのではと着想した。

そこで、8-10か月齢のERCC1を血液で欠損させたマウス脾臓細胞、あるいは2年齢の正常マウス脾臓を若いマウスに注射すると、どちらの場合も、他の臓器のp16の発現が高まり、実際の寿命も短くなることを示している。この実験の結果、ERCC1欠損血液細胞だけでなく、正常血液細胞も老化すると、移植により他の臓器の老化を誘導できる(実際にはERCC1欠損血液細胞以上の効果がある)が明らかになり、通常の老化でも免疫細胞を若返らせることで、全体の老化を遅らせる可能性が示唆された。

これを確かめるため、今度は全身でERCC1が欠損したマウスに正常脾臓細胞を移植する実験を行い、若い細胞の移植ですぐにp16が正常化する臓器が存在することを示している。すなわち、全てではないが、臓器の一部は、老化した免疫細胞から分泌される様々な因子の影響で細胞周期が阻害され、細胞老化に陥っていることを示している。

最後に、ERCC1欠損による免疫系の機能低下と、老化促進作用は、現在老化抑制に使われているmTOR阻害剤ラパマイシンでかなり改善し、血液のp16,p21の発現が抑制されるとともに、MCP-1やTNFの分泌が抑えられることも示している。

結果は以上で、免疫系の細胞の老化が、体全体の老化を促進する作用があると言う結論は、本当なら、新しいアンチエージング法の開発や、逆に老化が急速に進む腎硬化症などの理解にも重要だ。ただ、正直実験のプロトコルや、結果の示し方が少しわかりにくく、そのためか論文サブミットから掲載までに2年以上かかっている。また、老化には炎症が関わっていることは疑う人はいない事実で、炎症とこの研究とがどう違うのかも明確にする必要があるだろう。今後、モデルマウスではなく、若いマウスと老化マウスとの間で、詰めていく必要があると思う。

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5月16日 2000年前の人間の腸内細菌叢 (5月12日号 Nature オンライン掲載論文)

2021年5月16日

古代の遺跡から、化石と言っていいのか、糞便が石の様に固まった糞石が得られ、古代人が何を食べていたかについて重要な情報を提供してくれる。当然糞便には細菌叢が存在し、最新の古代DNA分析技術をもってすれば、古代の人間の細菌叢を分析できるかもしれない。とはいえ、骨の中に残る細胞DNAとは異なり、我々の体のほとんどのDNAと同じで、糞便のDNAも環境の分解力により、土に還るのではないかと思っていた。

しかし最近紹介した様に、土に還ることで、場合によっては環境の鉱物に吸着してDNAが守られることもある様で(https://aasj.jp/news/watch/15388)、ともかく糞石DNAの分析にチャレンジすることは意味がある。そう考えて、2017年ぐらいから、保存のいい古代の糞便遺物を解析する研究が進んでいた様だ。

今日紹介する糖尿病研究で有名なジョスリン研究所からの論文は、2000年前後のアメリカ原住民の糞便遺物(米国とメキシコより出土)からDNAを取り出し、当時の人間の細菌叢を再構成したと言う面白い研究で、どこまでできるのだろうと興味をもって読んでみた。タイトルは「Reconstruction of ancient microbial genomes from the human gut(古代人の腸内細菌叢を再構成する)」だ。

タイトルを見ただけで、だれでも気になるのは、人間の糞便由来の細菌叢であることを、本当に決めることができるかだ。人間自身のDNAなら、ハイブリダイゼーションで濃縮もできるし、古代DNAを現代のDNAから区別することもできる。しかし、細菌となると、無限の可能性から、動物の腸内細菌であること、そして最後に人間の腸内細菌であることを証明する必要がある。こんなこと本当にできるのか?

研究方法を読んでみると、腸内細菌叢は独自の進化を遂げており、古代の細菌叢ゲノムも、現代人の腸内細菌叢を指標に、他の細菌から選別できると言う仮説に立っている。これにより、現代人細菌叢ゲノムを手本に、人間由来と思われる細菌DNAを選び、最後に現在の家畜に存在する細菌叢も指標として用いて、最終的に人間の腸内細菌叢由来DNAライブラリーを選び出している。この方法が妥当かについては私の知識を超えているので、あまり詮索せず、当時の人間の細菌叢のDNAライブラリーが再構築されたとしておく。

さて結果だが、腸内細菌叢全体の構成、存在した細菌の全ゲノムレベルの再構成、そしてゲノムが再構成できた細菌の進化についての詳しい解析、に分けて示されている。

  • まず細菌叢の構成については、現代人の細菌叢とほぼ同じ細菌成分が特定できる(これは方法論から考えると当然と思えるが)。さらに、読めた回数からそれぞれの細菌の頻度を計算しており」これを用いて細菌構成を計算すると、古代人の細菌叢は、工業化された地域に住む人たちの細菌叢より、田舎に住む人の細菌叢に似ていることを示している。具体的には、田舎の人に多いFirmicutesは多く、都会の人に多いBacteroidetesは少ないといった具合だが、なんとなく説得されてしまう。
  • 古代人だけで多い細菌種もいくつかある。ただ、なぜこれらの細菌が現在マイノリティーになったのか理解するためには、他の時代の細菌叢を調べ、細菌叢の地理と歴史を再構成する必要があるだろう。
  • 現代の腸内細菌叢をお手本とせず、読めた配列からできるだけ完全な細菌のゲノムを再構成することにもチャレンジし、厳しい条件で配列を選別することで、古代人糞便由来のほぼ完全な細菌ゲノムを181種類決定することに成功している。これらの多くは現代人腸内細菌叢に存在する種に属しており、腸内で独自の進化が続いていたことを示す。
  • その中の1種類の細菌を用いて、人類進化と腸内細菌進化の関係を調べると、なんと細菌の方も、人類が出アフリカを果たした時に一致して進化をはじめ、またホモサピエンスがアメリカに進出したのと同時に、アメリカ原住民特異的系統が出現している。
  • 一方、再構成できた181種類の細菌ゲノムのうち、61種類は、種レベルでこれまで現代人の解析からは発見されていない古代のみに存在した細菌であることがわかった。すなわち、人間の歴史とともに大きな選択圧にさらされていることも示している。
  • この様な選択圧を調べるため、機能的見地から古代人の腸内細菌を比べると、例えば抗生物質に対する耐性に関わる遺伝子は古代人細菌叢にはほとんど存在しない。一方、古代人や田舎の人の細菌叢はデンプンを分解する遺伝子が存在しているが、都会人になると減少している。すなわち、人間の様々な歴史的変化により、腸内細菌が強く選択されることを示している。

以上が結果で、2000年と言う古代ゲノム解析からは比較的新しい時代とはいえ、よくまあここまで解析できたなと言う印象だ。ただ、結果は完全に想定内で、細菌叢の進化は、私たち自身の進化の繁栄だとでもまとめておこう。

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5月14日 アンチセンスRNAを経口投与できる(5月12日 Science Translational Medicine 掲載論文)

2021年5月15日

様々なモダリティーの新型コロナワクチンの中で、RNAワクチンが、スピード、量産性、そして効果で他を凌駕したことは誰もが認めるところだ。実際、我が国では現在までファイザー/ビオンテックのワクチンだけが接種されており、ようやく17日から始まる新しいワクチンもモデルナのRNAワクチンだ。これまで何度も紹介してきた様に、これらのワクチンにはRNAによる自然免疫を抑えるためのテクノロジーが用いられ、免疫と副反応の間の絶妙のバランスをとっている。

この様にRNAを異なる目的に合わせて化学的に修飾する技術は、現在大きな進展を見せている。しかし、流石に経口投与可能なアンチセンスRNAが可能だとは思わなかった。今日紹介するアストラゼネカ社の研究所からの論文は、肝臓細胞を標的にする場合なら、アンチセンスRNAを経口投与することも可能であることを示した目から鱗の驚くべき研究で、製薬企業では、素人には考えも及ばない様々な試みが行われていることを実感した。タイトルは「An oral antisense oligonucleotide for PCSK9 inhibition(PCSK9阻害のための経口投与可能なアンチセンスオリゴヌクレオチド)」だ。」

タイトルにあるPCSK9は、LDL受容体に結合して分解を早める分子で、これを抑えることでLDLコレステロールの処理力を高めることができることから、新しい高脂結晶治療標的として注目されている。現在、モノクローナル抗体を用いてPCSK9を抑える方法が先行しているが、以前紹介した様にアンチセンスRNAを用いて肝臓でのPCSK9 mRNA を抑える方法の開発も、大手の製薬会社を中心に研究が進んでいる(https://aasj.jp/news/watch/1135)。

このとき紹介したアンチセンスRNAは、新型コロナウイルスに対するmRNAワクチンと同じで脂肪のナノ粒子に包んで静脈投与する方法だったが、アストラゼネカ社は、化学的に安定化させたアンチセンスRNAに、GalNacを結合させて、選択的に肝臓に取り込まれる様にする方法で、静脈ではなく、皮下投与でPCSK9のmRNAを抑えるアンチセンスRNA薬AZD8233を開発していた。

今日紹介する研究は、これまでのAZD8233研究を通して、その体内での安定性に自信を持った結果、ひょっとしたら経口投与も可能ではないだろうかと着想し、今可能性を追求したもので、具体的にはAZD8233を安定に小腸まで到達し、腸上皮を通って門脈に移行できる様、Sodium Caprateと混ぜた錠剤を開発し、これをテストしている。

研究は単純で、ラット、犬、サルを用いて、実際にAZD8233が経口投与で肝臓へと到達でき,PCSK9の分泌を抑え、最終的にLDLコレステロールの値を低下させるか検討し、全ての動物でAZD8233が期待通り門脈を通って肝臓に到達し、PCSK9の分泌をおさえ、結果として血中のLDLコレステロールを低下させることを示している。

ともかくうまくいったと言うこと自体が驚きだが、例えばサルを用いた実験で、毎日28mgのAZD8233を投与すると、LDLコレステロールが60%低下するのを見ると、ついにRNAテクノロジーも、経口投与可能なところまで到達したかと言う感慨が深い。

もちろん皮下投与と比べると、必要な量も多く、おそらく価格も眼玉が飛び出るのではないだろうか。しかし、RNA テクノロジーが着実に進んでおり、その氷山の一角にRNAワクチンがあることを理解できる論文だと思う。

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5月14日 手書きモーションの脳活動を解読して、字を書いてくれる脳コンピュータインターフェース(5月12日 Nature オンライン掲載論文)

2021年5月14日

様々な原因で四肢の麻痺が進むと、他の人とのコミュニケーションが取れなくなる。この問題を解決する切り札が、脳コンピュータインターフェース技術で、ある行動を意図した時興奮する脳活動を解読し、どの字を書こうと意図したのか、PC上に書くことができる。おそらく多くの方が、例えばALS患者さんが脳内でPCのキーボードを操作してコミュニケーションしている情景を一度はご覧になったのではないだろうか。

この技術は、それぞれの文字の脳内表象がどう形成されているかといった、脳科学的検討はすっ飛ばして、文字を表出する時に一定の領域で見られる活動を、文字と対応させる一種のAI技術で、どのような脳活動を、文字と対応させるのかで競っている。これまで、目で見えるPCの画面上でカーソルを動かす動作や、言葉を話すときの運動皮質の活動を読み取って文字に変える技術が報告されている。すなわち、表象した文字を表出する運動野の活動を解読する手法が主流になっている。

私のような素人は、運動野の活動を解読するなら、単純な動きほど解読できるように感じるが、話すときの運動野活動を使う方が、より単純と考えられるカーソルの動きに対応する運動野活動を使うより成功を収めているのは、面白い。

今日紹介するスタンフォード大学からの論文は、同じように複雑な動きが必要と思われる文字を手書きする運動に関わる皮質の活動を解読して、自然なスピードで文章が書けるようにした研究で、5月12日号Natureにオンライン掲載された。タイトルは、「High-performance brain-to-text communication via handwriting (手書き動作を介して脳活動を高いパーフォーマンスでテキストに変える技術)」だ。

この研究は、AIで区別させるには複雑であっても、違いがはっきりする方が良いと決めて、字を書くことを脳内で意図した時に、手指を動かす運動野の活動を、文字と対応させて、PCに学習させている。脳内に埋め込んだ1000個程度の電極が並んだクラスター電極で読み取り、それがコンピュータ上で文字として現れる様になっている。

具体的な方法やソフトなどについては、私自身機械学習として理解できているだけだ。面白いのは、最終的な文字に変換するだけでなく、実際に頭の中で書いた文字の形も読み取れる様にしており、この形を見るのが面白い。また、線を欠かせた時と、字を書かせたときの軌跡を調べることができる。この結果、単純な線を書こうと意図するより、複雑な文字を描こうと意図したときの脳活動の方が、文字の区別という点では優れており、しかも速いことを示している。

特に文字を書くとき、それぞれの文字に費やす時間的な差異は解読目的に大きな情報になることも示している。そしてその結果として、1分に90文字という、驚異的なスピードでコミュニケーションすることを達成している。他にも、脳活動として区別がしやすい文字の形まで提案できているのも、頭の中で描いている文字の軌跡が把握できているからだろう。

あとは、電極を留置することに関する問題の解決だが、これがクリアされれば、四肢麻痺の人たちと自由に筆談が可能になる日は近いと思う。

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5月13日 チェルノブイリ事故被爆の次世代への影響(4月22日 Science オンライン掲載論文)

2021年5月13日

昨日に続いて、米国国立衛生研究所が中心に行ったチェルノブイリ事故による放射線暴露の影響についての研究で、今日の焦点は、両親の被曝は生まれてくる子供に影響があるのかという問題だ。

昨日紹介した甲状腺ガンで見られるゲノム変異は、原子炉の爆発で飛び散った放射線ヨードを吸収した甲状腺が直接受けた放射線照射の結果で、内部被曝と呼ばれている。これに対し、爆発時の放射線暴露、あるいは事故処理時に受ける放射線による被曝は外部被曝で、今日紹介する論文は、原子炉の事故処理に当たった人や事故時強い放射線を浴びた人たちのへの放射線の影響を、被曝した人たちから生まれた子供に見られるゲノム変異を指標に調べた研究だ。タイトルは「Lack of transgenerational effects of ionizing radiation exposure from the Chernobyl accident(チェルノブイリ事故の放射線の影響は、次世代の子供には見られない)」だ。

この研究では0-4Gy(平均0.36Gy)の照射を受けた父親、あるいは0-0.55Gy(平均0.019Gy)の照射を受けたと推定される母親から生まれた子供の血液を調べ、親には認められない子供独自のde novo変異がどの程度あるか調べることで、両親の生殖細胞ゲノムへの放射線の影響を推定している(胎内被曝とは異なることに注意)。

DNAが放射線により切断され、その修復過程で様々な変異が発生することは、昨日紹介した内部被曝の論文からも明らかだが、トータルで0.5Gyといった低線量の持続的被曝の影響を調べるのは難しい。

事実、知り合いの長崎大学医学部の宮崎先生たちは、爆心から1kmで被曝し、その後明確に急性放射線障害を示した父親から生まれた3人の子供と両親について全ゲノム解析を行い、子供だけに検出できるde novo変異は、若干の増加傾向はあるが、統計的には被曝していない平均値と違いがないという結果を報告している(Horai et al, J. Human Genetics 63:357-363, 2018)。すなわち、正常発生後という選択がかかっているとしても、予想外に放射線照射の精子や卵子への影響は少ないことを示している。

宮崎さんたちの研究で解析していたのは3人だったが、今日紹介する論文ではなんと130人の被曝2世と、両親の全ゲノム解析を行い、子供だけに見られるde novo変位の数とタイプについて探索している。

結果は次のようにまとめられる。

  • 1度に2−4Gyという線量で行われる動物実験と異なり、原発事故で見られる被曝状況では、どのタイプの変異についても、放射線照射によりde novo変異が増加しているということはない。
  • また、蓄積被曝線量とde novo変異の数も相関がない。
  • 一方、同じ子供で父親の年齢とde novo変異の数を比べると、年齢が高くなるほど変異数が増える。
  • 両親の喫煙もde novoの変異とは強く相関しない。

これは宮崎さんたちの長崎原爆による被爆者の結果と一致しており、結論的には全身被曝で、放射線による障害が出たとしても、次世代の子供のde novoの変異数には影響がないという結論になる。

ただ、この結果は放射線障害が存在しないことを示しているのではない。昨日見たように、放射線は量依存的にDNAを切断する。従って、特定の遺伝子に限って、放射線照射の影響を見ると、放射線にさらされると確率的に必ず変異は上昇する。ただ、私たちの細胞は毎日分裂し、mRNAに転写される。この時に生じるストレスによる変異は、放射線被曝による変異数を遥かに凌駕しており、放射線効果が薄まっているだけのことだ。

2日にわたって、チェルノブイリ原発事故のゲノムへの影響に関する研究を紹介したが、不幸な事故を人類の遺産として守るためには、地道な科学的蓄積が必要なことがよくわかる論文だった。

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5月12日 チェルノブイリ事故後に発生した甲状腺ガンのゲノム解析(4月22日 Science オンライン掲載論文)

2021年5月12日

チェルノブイリ原発事故が起きたのは1986年で、放射線が人体に及ぼす影響についての研究は、35年たった今も続けられている。重要なのは、例えば甲状腺ガンの発生頻度が高まるといった疫学的結果を、細胞や動物をモデルとして明らかになってきた放射線障害のメカニズムとリンクさせることで、特に大規模ゲノム研究が可能になった今、放射線の人体への影響について理解が深まると期待される。

この期待に応え、2編の論文が4月22日のScienceに米国国立衛生研究所から発表された。今日、明日とそれぞれの論文を紹介することにした。今日紹介する論文は事故後、特に児童で発生が急上昇した440例の甲状腺ガンサンプルの前ゲノム解析を行った研究で、タイトルは「Radiation-related genomic profile of papillary thyroid cancer after the Chernobyl accident(チェルノブイリ事故後、甲状腺乳頭ガン発生に関与した放射線によるゲノム変化のプロファイル)」だ。

この研究では、放射線障害を受けた時、どのようなメカニズムで遺伝子変異が起こるのか、そしてそれがどのようにガンを誘導するのか、について明らかにすることだ。

放射線暴露とは無関係に発生する甲状腺ガンのゲノムについては既にデータベースができており、突然変異の数は極めて少ないこと、さらにガンのドライバーとしてはほとんどがMAPキナーゼ経路の遺伝子の異常活性によることがわかっている。

今回解析した440例については、被曝した場所などから、推定の被曝量を計算し、これまで影響がないとされている100mGy以下、100−200mGy、200−500mGy、そして500mGy以上に分けて、変異と被曝量の相関が取れるようにした上で、440例のガンサンプルとともに、同時に採取した血液サンプルや、正常組織のについて、全ゲノム解析を、高いカバー率で行っている。これほどの解析が行えるようになるとは、事故当時想像だにできなかった。

結果は次のようにまとめることができる。

  • まず放射線量と相関する変異の種類だが、挿入や欠失、および構造的変異と呼ばれる、大きな変化が多い。
  • 挿入、欠失のタイプを調べるとID8と呼ばれる、DNA切断の後におこる非相同末端結合により生じたタイプの挿入欠失が多く、相同組み換えや、マイクロ相同性を利用する代替末端結合の関与はほとんどない。
  • 被曝とは関係のない甲状腺ガンと同じで、ガンのドライバーについてはMAPキナーゼシグナル経路に集中している。
  • 遺伝的変位以外のエピジェネティック過程に、被曝による影響は全くない。
  • 発ガンのドライバーの活性化を誘導する変異には、はっきりと放射線による影響が認められ、なんと41%が遺伝子融合によりドライバーが活性化される。また、このような融合の起こる頻度は、放射線量と創刊している。

以上の結果から、甲状腺に大量の放射性ヨードを取り込むことで起こった、ランダムなDNA切断を修復する過程で、挿入欠失、構造変異などが多発し、この変化がたまたまMAPキナーゼシグナル回路に関わる遺伝子をヒットしたとき、ガン化のスイッチが入り、後様々な遺伝子変異が重なって、潜伏期間ののちに癌が発症するというシナリオが示された。

考えてみると、広島や長崎の原爆被爆後、8年ぐらいに、Bcr―Ablの融合遺伝子による慢性骨髄性白血病のピークが来たことも、同じように理解できると思う。

このように大規模ゲノム検査により集まる知識は、不幸な事故によるとはいえ世界遺産として長く維持される知識だ。その意味で、我が国の被爆者についても、このような大規模ゲノム研究が行われ、世界遺産として維持されることを期待している。

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5月11日 赤血球増殖刺激を飲み薬で可能にする(4月29日 The New England Journal of Medicine 掲載論文)

2021年5月11日

赤血球の増血はエリスロポイエチン(Ep)が必要で、おそらく骨髄がまだ存在せず造血が腎臓で行われていた魚類の名残だろう、我々のEpは腎臓で作られる。このため、慢性の炎症により腎臓の実質が障害される慢性腎疾患(CKD)では、Epの分泌量が低下し、時に輸血が必要な貧血が起こってしまう。特に透析では失血も重なり、以前は深刻な問題だった。

幸い、組み換えEpが臨床応用されて以降、この貧血の問題は解決されたが、今度は赤血球が増えすぎて心血管障害が起こらないよう、注意を払う必要がある。臨床に用いられるEpの方も着実に進化を遂げており、最近の分解されにくいEpは、2ー4週間に一回皮下注射や静脈注射で貧血をコントロールできるようになっている。

このように安定していた治療法の中に割って入ったのがAkebia Therapeuticsにより開発された、低酸素を感知して転写を誘導するHIF分子の安定化させる化合物Vadadustatで、EpもHIFの支配を受けているため、HIFが安定化されることで、Epの分泌が上がる。

今日紹介する2編のVadadustat国際治験グループからの論文は、透析を受けていないCKD患者さんと透析を必要とするCKD患者さんそれぞれの、貧血治療効果と副作用について、新しい経口剤Vadadustatと現在すでに用いられている長期効果型Ep、Darbepoietinを比べた研究で、4月29日号のThe New England Journal of Medicineに掲載された。

2編続いて掲載されており、最初の論文は透析は受けていないCKD患者さん1751人についての治験、後の論文は透析を受けているCKD患者さん3923人についての治験になっている。基本的には同じ結果なので、透析を受けている患者さんについての治験論文を紹介する。タイトルは「Safety and Efficacy of Vadadustat for Anemia in Patients Undergoing Dialysis (透析を受けている患者さんの貧血に対するVadadustatの安全性と効果)」だ。

Akebiaはボストンにあるベンチャー企業だが、薬剤は大塚製薬に導出するようで、スポンサーとして大塚製薬も名を連ねている。参加各国でリクルートされた3923人の透析患者さんを無作為化して、Vadadustat群とDarbepoietin群に分け、40ー50週間経過を観察し、赤血球数を高めることによる心臓血管障害の発生頻度、および血中ヘモグロビン濃度の維持効果について両者を比較している。

結果は、死亡を含む有害事象の発生については、両者全く変化なし。一方、ヘモグロビンの目標値達成については、投与初期の効果は、Darbepoietinの方が改善スピードが速いが、半年目以降はほぼ同等だった。

以上が結果で、一応効果も副作用もEpとほぼ同じと言っていいのだろう。おそらく、Akebia/大塚もこのような結果を望んでいたと思う。

Epをきっかけとして、サイトカインのクローニングが続いた時期に現役時代を過ごした人間としては、組み換え分子そのものではなく、それを誘導する化合物でEpと同じ効果を得たという結果は感慨深い。

この結果から、炎症により障害された腎臓では、HIFが働いていない状態になっており、HIFを安定化させる、すなわち低酸素状態にすることで、Epの転写が誘導されることがよく理解できた。

臨床的に見ると、毎日投与の経口剤ということで、状態を見ながらのさじ加減は楽かもしれない。ただ、Darbepoietinのように月一回で済むとなると、定期的に通院しているCDK患者さんにとっては、病院で投与してもらえること自体は苦にならないだろうし、安心かもしれない。そう考えると、CKD貧血治療剤としてEpを駆逐する力は弱い印象を持った。

さらに、Vadadustatは、腎臓だけでなく、全身の細胞を一種の低酸素状態に置くことになる。したがって、Epは誘導されても、他の作用が心配になる。52週間投与して、ほぼ問題がないということだが、注意が必要だろう。例えば、ガンの幹細胞を活性化させることはないのかなど、気になる問題は多い。

CKDという切り口では、最終判断は難しいが、しかし全身の細胞でHIFが低いレベルで安定化したら何が起こるのか、興味の尽きない薬剤だと思う。ぜひ、今回参加した患者さんのさらに詳しい追跡が望まれる。

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5月10日 Cavernoma (海綿状血管腫)の薬剤治療(4月28日号 Nature オンライン掲載論文)

2021年5月10日

海綿状血管腫は血管が異常増殖して、海綿状の血管の塊を形成する病気で、一種の奇形と考えられたこともあったが、家族性のcavernomaで、遺伝子の欠損が見られる3種類の遺伝子が特定され、腫瘍性増殖として考えられるようになってきた。問題になるのは脳に発生するcavernomaで、出血の心配だけでなく、てんかんなどのリスクになる。現在、手術以外にほとんど治療法がないが、脳幹を含め様々な領域に多発する場合も多く、手術ができないことも多い。

今日紹介するフィラデルフィア大学からの論文は、動物実験と人間での検証を行き来して、cavernoma発生の分子メカニズムを、腫瘍発生の観点から明らかにした研究で、この病気に新しい治療法を提示できた点で重要な貢献だと思う。タイトルは「PIK3CA and CCM mutations fuel cavernomas through a cancer-like mechanism(PIK3CAとCCMの変異がガンと同じメカニズムでcavernomaを増殖させる)」で、4月28日Nature にオンライン出版された。

多くのcavernomaは単発性に起こるが、紹介したように、遺伝子変異が特定された家族性のcavernomaも存在する。こうして発見された遺伝子はKRIT1、CCM2,、PDCD10で、いずれも細胞内シグナル伝達に関わることがわかっており、マウスの研究からいずれもMEKK3-KLF2/4シグナル経路に関わることがわかっていた。しかし、これら遺伝子変異を導入したマウスでは、血管の拡張などは見られても、cavernomaは発生しない。

この研究では、ほとんどcavernomaの発生しない血管特異的KRIT1KOマウスでも、精巣だけにはcavernomaが発生するという現象に注目し、精巣の血管内皮の高い増殖性がcavernoma発生を後押ししているのではと考え、それまで血管内皮増殖を誘導することが知られていたPIK3CA遺伝子変異をKRIT1の変異と組みあわせるとcavernomaが発生するのではと着想する。要するに、KRIT1がガン抑制遺伝子で、これが欠損しても、ガンのドライバー遺伝子が活性化しないと腫瘍はできないという発想だ。

この可能性を確かめるため、tamoxifenで遺伝子をonにする方法を用いて、両方の遺伝子変異を生後すぐに導入すると、脳内血管全体にcavernomaを発生させられることがわかった。さらに、アデノ随伴ウイルスベクターを用いて脳局所だけで両方の遺伝子を活性化させると、臨床例に近いcavernomaが発生することも明らかにしている。

以上の結果は、家族性でない孤発性のcavernomaは、一般のガンと一緒で、局所の血管内皮で、CCM遺伝子欠損とPIK3CAの活性化変異が積み重なった時に起こる病気である可能性を示唆している。

そこで、家族性と孤発性のcavernoma手術サンプルのゲノムを調べると、期待通りPIK3CAの変異がほぼ8割に見られ、CCM遺伝子の欠損も3割で見られることを確認している。また、単一細胞の核を取り出し遺伝子配列を調べ、変異が確認できる血管内皮では、CCMとPIK3CAの変異が重なっていることを確認している。

次に、CCMおよびPIK3CAそれぞれのシグナル伝達経路について検討し、PIK3CAの下流でmTORが活性化され、一方MCC遺伝子が欠損するとMEKK3の抑制が外れ、KLF32/4活性が誘導され、最終的にcavernomaに発展することを明らかにする。

最後に、PIK3CAシグナル経路のmTOR活性をRapamycinで阻害する実験を行い、例えばアデノ随伴ウイルスベクターでKRIT1、PIK3Cを活性化して発生するcavernomaの発生を抑制できることを明らかにしている。

結果は以上で、cavernomaが発見された後でも同じように効果があるか、rapamycin以外の阻害剤の探索など、知りたいことは多くあるが、cavernomaに対する外科以外の治療開発が着実に進んでいることを示している。

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5月9日 オレゴンメドウマウスの性染色体のゲノム解析(5月7日号 Science 掲載論文)

2021年5月9日

この論文を読むまで全く知らなかったが、性染色体がオスでは2本、雌では1本という不思議なオレゴンメドウマウスというトゲネズミがいることを知った。しかも、私も一度だけお会いすることができたが、シティーホープの大野乾先生によって研究され、生殖と性決定に関する一つのモデルが提案されていたようだ。

同じような不思議な性染色体を持つネズミにわが国のアマミトゲネズミがある。JSTさきがけプロジェクトで一緒だった本多君から、オスもメスもX0型だというのを聞いていたが、この場合、生殖細胞発生過程とゲノムを解読して、まず解決すべき疑問は、Y染色体上のオスを決める遺伝子がどこに散らばったかという問題とともに、X染色体上の性に関わらない遺伝子同士の減数分裂時の相同組み換えをどう保証するかという問題だ。

オレゴンメドウマウス(OM)も、たしかに性染色体の構造だけで面白いと言えるのだが、本当の面白さは性生殖の機能がどう果たされているのかをゲノム解読により理解して初めて明らかになる。

今日紹介するカリフォルニア大学リバーサイド校からの論文は、long readを組み合わせた性染色体のゲノム解析から、OMの驚くべき性染色体進化の過程を明らかにした論文で5月7日号のScienceに掲載された。タイトルは「Sex chromosome transformation and the origin of a male-specific X chromosome in the creeping vole(オレゴンメドウマウスの性染色体の変容と雄特異的X染色体の起源)」だ。

大野先生は、オスに見られるX染色体に似ているが少し短い染色体をY染色体と考えていた。当然大野先生は発生時期の染色体解析を行なっており、なんと生殖細胞では雌はXXで、卵子ができる時に一本が失われること、すなわち相同組み換えはしっかり保証されていることを示している。さらに驚くのは、雄の生殖細胞で、体細胞にはXYが揃っているのに、生殖細胞ではYしか存在しない。

まずこの研究では、OMのメス型のX染色体は、なんとY染色体がそっくり融合してできたXY合体染色体で、当然SRYも含め全てのオスを決める遺伝子が載っていること、そして大野先生がY染色体と読んだ遺伝子は、XYが融合してできたメス型の染色体から、一部のY遺伝子が欠損した染色体であることを明らかにしている。

すなわち、雄の減数分裂時にXY融合遺伝子が形成され、そこからOMの生殖系が再構築されたことを示している。ただ、2種類の染色体の構成過程は単純なXY融合だけでは片付けられない複雑なもので、しかもヘテロクロマチンを誘導する繰り返し配列やトランスポゾンが複雑に存在して、雄決定のための遺伝子が全てXに存在しても、性決定が可能なよう保証されている。ただ、実際のオスとメスがどうできるかを、このゲノム構造と対応させるのはこれからの問題だろう。

ただ、XY融合でできたとはいえ、オスを決める側と(Xp)、メス(Xm)を決める側が存在するので、少なくともゲノム上での差が存在するはずだ。最初多くのオス遺伝子が不活化されているのではと考えて調べたようだが、この可能性は否定された。一方、SRY遺伝子のコピー数が、オス側で数倍に達していることを発見している。すなわち、all or noneではなく、SRYの量が性を決めている可能性が示唆された。

次に、オス側のXpは相同組み換えが起こっていないと考えられるので、相同組み換えがないと抑えが効かないコピー数の変異を調べると、期待通りXpのみでコピー数の変異が多く見られる。また遺伝子自体のSNPもXp側で40倍多い。すなわちYと同じように選択のために相同組み替えが起こらず、おそらくSRY以外は淘汰される運命にあるかも知られない。

そして最後の問題は、オスの体細胞ではX染色体部分が2本存在し、メスでは一本しか存在しないこと、すなわち我々人間でX染色体不活性化と呼ばれる現象は、オスで起こる必要がある点だ。実際、X染色体不活性化に関わるXistRNAの発現はオスにしか見られず、他の哺乳動物と逆のことが起こっている。ただ、Xと言っても、明らかにXpとXmは異なるので、人間のようにランダムに不活化が起こるのではなく、メス由来のXmをそのままに、オス由来のXpのみが不活化されるようにできている。しかも、Xistの転写活性を下げることで、これを可能にしている。

もっともっと面白い話があったかもしれないが、不思議さと面白さが入り乱れて、頭の整理がつかないほど複雑だ。性や性染色体の進化を研究するための大きな基盤ができたと思う。ともかく興奮する論文だ。

おそらく、X0型のアマミトゲネズミもゲノムと生殖細胞発生過程が明らかになれば、大きな興奮を生むこと間違い無い。結果が分かるのを首を長くして待っている。

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5月8日 ほぼ完全なボノボゲノムの解読(5月5日 Nature オンライン掲載論文)

2021年5月8日

人間に最も近いヒト亜科(hominid)はチンパンジーとボノボだが、チンパンジーに見られる殺し合いに至る競争が起こらないことや、例えば、性交渉をメスが主導するなど、行動面では大きく異なる。その意味で少し単純かもしれないが、ボノボに人間の道徳のルーツを求める人すら存在する。したがって、これからも人間とボノボ、チンパンジーの比較研究はますます重要になるだろう。

このための第一歩はゲノム研究で、hominidについてはほぼ完全なゲノム解読が終わっているが、ボノボだけは完全ではなかったようだ。今日紹介するワシントン大学からの論文は1分子DNA sequencerを使ったlong readによる解析をもとに、重複や欠損など大きな変化も含めてほぼ完全にボノボゲノムを解読した研究で、5月5日号のNatureに掲載された。タイトルは「A high-quality bonobo genome refines the analysis of hominid evolution (高い正確度で解読したボノボゲノムはhominidの進化をさらに精緻にする)」だ。

まず99.99%レベルの完全なゲノムを構築できたことを確認し、hominid同士で比べると、同じ遺伝子を有していても、エクソン構造が違っていたり、変異に対する選択圧が違っていたりと、多くの違いが発見される。最初チンパンジーのゲノムが解読されたとき、hominidはほとんど一緒というイメージが宣伝されたが、その後は、意味や機能について調べきれなほど違いは存在するという印象の方が強くなっている。今後、この差の意味を理解することは、人間の特質理解に欠かせない。例えば言語に関わると研究されているFOXP2遺伝子でも、チンパンジーへの進化過程で強く選択を受けていることがわかる。

Long readによりゲノムを解読することで、重複、欠損などの大きな変化も正確に特定することができる。チンパンジーとボノボのように極めて近縁の種を比較することで、例えば転写開始に関わる分子の一つIElF4A3では、共通祖先で起こった重複の結果、独自にgene conversionが起こり、新しい遺伝子が形成される様子がよくわかる。他にも、チンパンジーには存在しない逆位が17個もボノボには存在している。さらに、ゲノムの挿入や欠損については、ボノボ特異的に定着している領域がそれぞれ3604、1965個特定できる。おそらくほとんどは中立の変異だろうが、この差の意味を特定するとなると大変だ。

このように、ほぼ完全なゲノムが解読されても、すぐにいろんなことがわかるわけではない。何十人、何百人もの科学者がそれぞれのテーマの研究過程でこのようなデータを参照していくことで、徐々にゲノムから形質が繋がっていくのだろう。

そのため、この研究で特に力を入れて解析しているのが、Incomplete lineage sortingという現象だ。基本的には、種が別れる前に存在した多様性が種分化時に別々の種に分布するようになったり、種分離以降の交雑などで起こる遺伝子伝播により、個々の遺伝子での系統樹が異なることを意味する。

この研究では76%のゲノムをカバーして、10Kbごとに系統樹を書くことで、包括的にILSを調べている。この結果、なんと全ゲノムの2.5%づつが、チンパンジーに、あるいはボノボに偏り、例えば通常指標に用いられる遺伝子で作成した種分離の系統樹から外れることを明らかにしている。しかも、このようなincomplete lineage sortingを示す領域は固まって存在しており、強く選択されていることが明らかになった。

結果は以上で、ここの領域についての研究はこれからだが、ボノボの参加で、暴力や道徳までゲノム科学のメスが入るのではと期待される。

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