2月9日 ミクログリアによる忘れる機構(2月7日号 Science 掲載論文)
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2月9日 ミクログリアによる忘れる機構(2月7日号 Science 掲載論文)

2020年2月9日

以前シナプスを整理する剪定が補体により行われており、補体成分C4が上昇している統合失調症では剪定が高まっていることを示した論文を紹介した(https://aasj.jp/news/watch/4790 )。この時は不思議なこともあるものだと思っていたが、その後例えば高齢者になると脳内で補体成分が高まり、またその一つをノックアウトしたマウスは物忘れが起きにくいなどといった論文が発表されると、かなり確かな話になってきたように思う。

今日紹介する中国・浙江大学からの論文はこの過程にミクログリアが関わることを示した研究で2月7日号のScienceに掲載された。タイトルは「Microglia mediate forgetting via complementdependent synaptic elimination(ミクログリアは補体依存的シナプス除去を介して忘却に関わる)」だ。

「忘却とは忘れ去ることなり」などと書くと歳が知れるが、忘れ得ない悲しさを描いた「君の名は」は我々の親の世代の大ヒットで、それが私たちの記憶にも植えつけられている。この研究はこの忘れ得るためのメカニズムにミクログリアが関わっていると着想し、恐怖記憶があると立ちすくむという反応を指標に、立ちすくみが消失する過程でミクログリアの活動を落として調べている。

結果は予想通りで、ミクログリア選択的に除去する遺伝的方法や、ミクログリアの活動を支えるCSF1受容体を阻害すると、記憶が長く続く。すなわち忘れ去ることができない。また、実際の神経活動でみると、記憶の呼び起こしで活動する記憶痕跡細胞の数が増えている。さらに、シナプスの構成要素がミクログリアに取り込まれている。

以上のことから、忘却にはミクログリアが関与するシナプス除去が必要であることが明らかになった。ではミクログリアは何をしているのか?それを確かめるため、ミノサイクリンを用いてミクログリアの貪食を止めると、シナプス分子のミクログリアへの移行が低下する。

以上のことからミクログリアは何らかの機構で破壊されたシナプスを貪食することで、忘却に関わると結論している。これがこの研究のハイライトで、あとはこれまでわかっているシナプス剪定とミクログリアの関わりを詳しく確かめている。

その結果、シナプスの剪定には補体が関与するが、最初のトリガーとなるC1qはミクログリアが分泌すること、このトリガーには神経活動が関わっていること、神経増殖依存性のシナプス形成も、非依存的形成も、ともにミクログリアによるシナプス剪定に関わることを、様々な遺伝学的ツールを駆使して明らかにしている。

正直、ミクログリアのC1qがシナプス選定のトリガーになり、これによりシナプスが破壊される過程でまた、ミクログリアの貪食で最終的後始末がされていること以外は、これまでシナプス剪定と忘却について知られていることを、ミクログリアに関連づけていく研究だが、時間と金のかかった大変な仕事だ。

先日ミクログリアが神経細胞体と相互作用して健康を維持する話を紹介したが、ミクログリアの機能の多彩さがよく理解できた(https://aasj.jp/news/watch/12336)。

カテゴリ:論文ウォッチ

2月8日 将来予想の神経機構(2月6日号 Cell 掲載論文)

2020年2月8日

動物の行動研究というと、刺激に対して反応する脳細胞の活動を調べることと同義だが、動物であっても脳内ではいくつかの可能性を考えながら行動が選ばれているのは間違いない。このこれまでの経験に基づいて未来を予想する脳のメカニズムを動物で研究するのは容易でない。

今日紹介するカリフォルニア大学サンフランシスコ校からの論文はみなさんにおなじみの場所を記憶する細胞の活動を用いて、行動が決まるまえにこれらの細胞の活動を組織化している脳のリズムについて明らかにした研究で2月6日号のCellに掲載された。タイトルは「Constant Sub-second Cycling between Representations of Possible Futures in the Hippocampus (可能な未来を表象する海馬細胞同士の秒以下の単位で進む持続的サイクル)」だ。

この研究でもGPS細胞として有名な海馬の場所細胞を用いている。すでにおなじみのように、右か左かを選ぶ迷路の場合、右を選んだ後活性化する細胞と、左を選んだ時に活性化する細胞に別れる。ただ、迷路全体を自由に動いているときに海馬の活動を細胞レベル、集団レベルで記録し、これをミリ秒単位の時間軸にプロットすると、驚くことに125msを単位とする時間サイクルの中で、右側と左側を表象する細胞が交互に興奮していることに気づく。

もっと驚くのは、細胞の集団レベルで見ても、8Hzサイクルの中で右細胞と左細胞が交互に興奮しながらラットは進み、最後にどちらかが選ばれると右なり左なりの細胞だけが持続的に興奮するようになる。

この研究のハイライトはこの発見で、要するに行動が決まるまでは、どこかからくる8Hzの脳のサイクルに合わせて、右左と交互にスイッチが入り、右の細胞は全てが同じフェーズで活動し、左の細胞は全て異なるフェーズで興奮している。さらにいうと、「どちらにしようかな」と、右左と考えがコロコロ変わりながら、最後に行動が選ばれるというプロセスが明らかになった。

詳細は省くが、頭の動きや、動きの方向性など、それに関わる神経活動は全てこの8Hzのサイクルによって組織化されている。すなわち、選ばなかった行動も、未来の可能性として細胞レベルで頭の中で表象され、しかも表象の提示はランダムでないという結果で、感動する。

神経集団で見てもこのサイクルは捕まるので、脳波計なら人間でも研究は可能だろう。もともと8Hzはθ波として抽出されており(人間の場合このサイクルが8H稼働かはわからないが)研究も可能な気がする。とくに、この全体のリズムを決めるサイクルがどこから出てくるのか、興味が尽きない。

カテゴリ:論文ウォッチ

2月7日 小児の喘息は予防できるか(2月5日号 Science Translational Medicine 掲載論文)

2020年2月7日

最近の小児アレルギー研究の最大の成果は、アトピー性皮膚炎の多くが皮膚のバリアーの機能不全で起こることがわかり、生後油性の保湿成分を塗ってバリアー機能を回復させることが一般に行われ、アトピー性皮膚炎の発症が劇的に減ったことだろう。このように、小児期の免疫反応を変化させて将来のアレルギーマーチを防ぐことは重要な課題だ。

今日紹介するコペンハーゲン大学からの論文は生後18ヶ月目の末梢血で調べられる免疫機能を詳細に調べ、この結果と喘息の発症との相関を調べ、発達期に可能な予防手段を探すための研究で2月5日号のScience Translational Medicineに掲載された。タイトルは「Distinct immune phenotypes in infants developing asthma during childhood (小児期の喘息へ発展する幼児の免疫形質)」だ。

デンマークはコホート研究が極めて盛んな国だが、この研究は子供を追跡して、喘息が発生する条件を探るためのコホートで、2010年に始まっている。子どもの発達で18ヶ月目というのは、内外の環境の変化を受けてT細胞が成熟する時期で、この研究ではこの時の免疫機能を詳細に調べ、反応性で1−7までのタイプに分けている。検査も徹底しており、末梢血中の細胞の種類や量だけでなく、ウイルス、細菌感染などを想定して、自然免疫に関わるTLRを別々に刺激し、その時に出てくるサイトカインを調べる念の入れようだ。この何百にも及ぶ検査を、500人を超す子供で調べたということ自体おどろく。末梢血で調べられるほとんどの免疫機能検査を行ったといっていいだろう。

その結果まずわかったのは、子供たちの免疫機能を、TLR刺激によるサイトカインの分泌から7タイプに分けられることを明らかにしている。すなわち、ウイルス感染や、細菌感染などの印がこの検査に反映され、子供達の免疫システムの違いを生んでいるということがわかる。例えば、ウイルスなどの細胞内刺激に反応しやすい子供は、TLR7/8やTLR3に反応するし、一方バクテリアに反応しやすい子供はTLR4やNODに強く反応することになる。

ではこの18ヶ月目の免疫のサブタイプと喘息の発症は相関するのか?

この研究では小児期に一過性に起こる喘息と、発症後持続する喘息に分けて調べている。このコホートでは一過性、持続性を合わせてなんと16%が喘息を発症し、7%は持続性の喘息になっている。このように小児の喘息の頻度は極めて高い。

このなかで、TLR7/8に対する反応が異常で、特に好中球からの炎症性サイトカイン産生が高まっている子供は、一過性の喘息にはなるが、持続はしない。しかし、これにより強くT細胞の反応(TH2反応)によるIL-5やIL-13の産生亢進が合併すると、今度は持続性の喘息になることがわかった。

最後に、ではこのTH2反応と相関する出来事はあるかと調べると、喘息の発生しなかった子供と比べ1ヶ月までに気道感染症状が出た患者さんで喘息発症が高いことを明らかにしている。

データをよくみると、もちろん全ての喘息に当てはまるのではなく、相関があるというレベルの結果だが、しかし10%程度の子供の喘息発症を、気道感染を防ぐことで抑えることができるとすると、大きな数字だ。

要するにここまで様々な項目による分類が進むと、今後様々な免疫の発症につながるホストの条件もますます明らかになるように感じる。特に目新しい検査をしているわけではないが、徹底して行うことで新たなことが見えてくるという典型だと思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

2月6日 パーキンソン病とiPS (1月27日 Nature Medicine オンライン掲載論文)

2020年2月6日

昨日ニュースで現在京大の高橋淳さんらによって進められているパーキンソン病にiPS由来ドーパミン産生細胞移植治験の経過が順調で、最初予定して患者さん7例全員に移植が行われることを知った(https://www3.nhk.or.jp/news/html/20200205/k10012272871000.html)。現役時代、再生医学の実現化ハイウェイプロジェクトを、当時文科省ライフサイエンス科の石井康彦さんと始めた時(https://www.lifescience.mext.go.jp/files/pdf/n1045_03.pdf)、パーキンソン病の人が自動車を運転して病院から帰れたらこのプロジェクトは100点と決めていた。もっというと、ヒトES細胞が樹立されて再生医学のミレニアムプロジェクトを始めたときから、パーキンソン病の移植治療は最初のゴールと考えていた。もちろん、治験が終わり有効性がわかるまで、軽々に結論は出せないが、患者さんとともに期待している。

ちなみにこのときiPSを用いた再生治療を行うと手を挙げてくれた4プロジェクトは高橋政代さんを皮切りに、臨床研究までこぎつけた。当初の計画より、2−3年は遅れたと思うが、それでもiPSから安全に移植可能な細胞ができればよしとするゴールは達成できたと、当時を思い出しながら満足している。

このプロジェクトはあくまでも治療にiPSを使うための研究を支援したが、iPSのもう一つの重要な柱は、疾患iPSを用いて新しいメカニズムを明らかにし、治療標的を開発することだ。今日紹介するロサンジェルスにあるSedor-Cinai再生医学研究所からの論文はiPSを用いて若年性パーキンソン病研究メカニズム研究で1月27日Nature Medicineにオンライン出版された。タイトルは「iPSC modeling of young-onset Parkinson’s disease reveals a molecular signature of disease and novel therapeutic candidates (若年発症パーキンソン病のiPSモデルは病気の分子的特質を明らかに新しい治療法を示す)」だ。

ParkinやPinkといったミトコンドリアのオートファジーに関わる分子の変異がパーキンソン病の一つの原因であることがわかってから、パーキンソン病での細胞死にミトコンドリアとその分解が関わることがわかってきたが、細胞死の最初の原因になるのはシヌクレインの蓄積になる。従って、ミトコンドリアとともに、シヌクレインの分解を高めることはパーキンソン病の進行を遅らせる切り札になる。

この研究では若年発症性のパーキンソン病PD患者さんからiPSを樹立、ドーパミン神経へ分化させた後、同じように調整した正常人や高齢発症のPDと比べ、若年発症のPD由来iPSのみでシヌクレインの蓄積が起こることを発見する。一方、iPSのままではこのようなことは起こらない。すなわち、ドーパミン神経でのシヌクレインの分解が低下していると考えられるので、その原因を調べると、プロテオソームやオートファジーによるタンパク分解ではなく、リソゾームに取り込まれた後のタンパク分解が低下していることを明らかにする。

そこで、リソゾームの活性をあげるPKC刺激剤を細胞に添加すると、分解が促進する。このメカニズムを化合物を変えたり、濃度を変化させてさらに追求し、おそらくリソゾームを活性化するだけでなく、プロテアソームのタンパク分解システムも活性化することで、シヌクレインの蓄積を抑えることを明らかにしている。

以上の結果から、遺伝性がはっきりしない、しかし進行の早い若年発症のPDをリソゾーム病として位置付け、治療する可能性が出てきた。この研究でも、これがわかって、21人の若年発症PDで新たに同じ方法で調べると、1例を除いて全てがリソゾームの機能低下によるシヌクレインの蓄積が起こっていることを示しており、期待が持てる。

外野から見ていると最近iPSの分野が騒がしいが、そこでうごめく個人の思惑を全て消し去ってみると、着実に臨床へのあゆみが進んでいると思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

2月5日 ミクログリアが神経細胞を保護するメカニズム(1月31日 Science 掲載論文)

2020年2月5日

ミクログリアというと、変性した神経細胞を貪食して炎症を促進するイメージがあるが、逆にアミロイドプラークを除去してアルツハイマー病の進行を止めるなど良い側面もあり、2面性を持つ。。

今日紹介するハンガリーの実験医学研究所からの論文は、神経細胞の代謝状態をモニターして守る働きがあることを示した論文で1月31日号のScienceに掲載された。タイトルは「Microglia monitor and protect neuronal function through specialized somatic purinergic junctions(特別なプリン作動接合を使ってマイクログリアは神経細胞機能をモニターし守る)」だ。

この研究はほとんどビデオモニターも含んだ形態学を中心に進められる。ただ、じっと形を見てもシナリオは浮かんでこない。それまでの様々なデータを頭に入れて、一つの仮説を立て形態学で確かめることになる。その意味で、この研究で示された結論は最初から著者らの頭の中にあったようにすら思える。

そこで今日は、実験を割愛してミクログリアと神経細胞の相互作用の方法と目的について明らかにされた結論から述べる。

この研究はミクログリアが突起を伸ばして神経細胞の細胞体と直接相互作用しているという形態学的観察から始まっていると思うが、

  • この細胞同士の接触を媒介するのが分泌されたATPを感知するミクログリア側の受容体P2Y12 で、これが神経細胞からでたATPで活性化されると接触が長期間維持される。
  • この安定な相互作用は、神経細胞隊のミトコンドリアの集まっている場所で形成される。すなわち、ATPはミトコンドリアの活動の指標として使われ、これによってミクログリアの神経活動がモニターされる。
  • P2Y12の機能を阻害すると、ミクログリアの突起と神経細胞の相互作用が抑えられるが、同時に卒中を誘導して神経細胞変性を誘導すると、変性が強くなることから、この接触が何らかの形で神経細胞を守っていることがわかる。
  • ミクログリアと神経細胞隊の接触自体は、神経細胞の小胞体と膜の融合に関わるKv2.1陽性サイトで起こり、この小胞はミトコンドリアに由来して、シナプス小胞のようにATPを運ぶ。

もう一度まとめると、ミトコンドリアは細胞の活動や細胞死に深く関わるが、この活動はミトコンドリア由来の小胞が膜に輸送されてきた場所でミクログリアによりチェックされ、主にミクログリアのATP受容体を介する活性化により、神経細胞との接触の程度を調節し、細胞を守っているという結論になる。

この結論を、主に免疫染色とビデオ、電鍵、電験トモグラフなど様々なテクノロジーを駆使して確かめている。たとえば、P2Yを抑制すると相互作用時間が低下するとか、ミトコンドリア、小胞体、P2Yなどがひとかたまりになってシナプス用構造を作るなどを示す実験だが、やはり実際の写真を見てもらったほうが早いだろう。

形態学とは何かがよくわかる研究だと思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

2月4日 新しいスーパーエンハンサー阻害剤(1月31日 Nature オンライン掲載論文)

2020年2月4日

最近の創薬業界を見ていると、自社開発より有望な製薬ベンチャーを見つけ出して買収した方がずっと早いといった印象があるが、事実我が国の大手製薬の売り上げの中で、ベンチャー企業から導入した薬剤はかなり多いのではないだろうか。いずれにせよ、創薬ベンチャーは焦点を絞って研究を行なっているため、そこから出る論文は面白いものが多い。

今日紹介するのは、ベンチャーとは言えないが、アボットから分社化した創薬開発企業Abbvieからの論文でBETの機能を抑制してスーパーエンハンサーを阻害する抗がん剤の開発で、1月31日号のNatureに掲載された。タイトルは「Selective inhibition of the BD2 bromodomain of BET proteins in prostate cancer(前立腺癌でBETのBD2ホメオドメインを選択的に抑制する)」だ。

BETはアセチル化ヒストンに結合して、転写複合体をオーガナイズする核となる分子で、スーパーエンハンサーの形成には必須であることがわかっている。

このため、Myc依存性の白血病や男性ホルモン受容体(AR)依存性の前立腺癌など、スーパーエンハンサーの維持を阻害して治療する可能性が期待されている。実際、臨床でも使われているが、スーパーエンハンサーに強く依存している巨核球や胃の上皮など強い副作用が必須で、なかなか普及しない。

この研究は、BETタンパク質にあるBD1、BD2ホメオドメインが別々の機能を持つことに着目し、BD2特異的に抑制する薬剤は副作用の問題を解決し、臨床にもっと使えるBET阻害剤が開発できるのではと着想し研究を行なっている。

すでに様々なBET阻害剤が開発しているので、この中からBD1よりBD2により強い結合を示す化合物を選んで、この化合物をスタートにBD1,2ホメオドメインの分子構造を手掛かりに化学的に改変する方法で、ABBV-744を開発している。どこにメチルフェニルエーテルを加えると、BD1への結合が低下するなどの詳しい過程が示されているが、さすが製薬企業と思えるメディシナル・ケミストリーの真骨頂だろう。

ただここは門外漢なので飛ばして進むと、こうして出来上がったABB-744を様々なガン細胞パネルで調べると、急性骨髄性白血病と、前立腺ガンが最も感受性が高いと特定された。すなわち、これら2種類のガン細胞はBD2により強く依存したスーパーエンハンサーを使っている可能性が高い。

そこで、スーパーエンハンサーでBETとARが複合体を作っていることがわかっている前立腺癌を選んで、ABBV-744がスーパーエンハンサーを解消してしまうことを確認している。重要なのは、BD2特異的に抑制した時、転写が低下する分子の数は、BD1,2両方抑制してしまう薬剤より、はるかに少ない点で、その分副作用を軽減する可能性がある。

最後に、前立腺癌を移植する実験系でABBV-744と他の薬剤を比べ、使った前立腺癌に関してはABBV-744が最も効果が高いこと、さらに血書版減少症、胃上皮の化生が低く抑えられることを示し、前立腺癌の薬剤としては使えるのではと結論している。

残念ながら、移植実験を見ると効果は完全ではない。これはスーパーエンハンサーの性質から考えると納得できる。従って、今後は他の薬剤と組み合わせて、この薬剤だけでは避けることのできない再発を抑える方法を解明する必要がある。ただ、BETタンパク質のことを勉強するには最適の論文だった。

カテゴリ:論文ウォッチ

化学戦争を乗り切るための遺伝子治療:考えてみると恐ろしい研究

2020年2月3日

化学兵器として使われるガスには様々な種類があるが、我が国で最も知られているのが、オウム真理教が無差別テロに使用したサリンをはじめとする有機リン化合物だろう。イラクではクルド人虐殺や湾岸戦争に使われたのではと疑われているが、実際のところ明確に戦争に使用されたという証拠は無いらしい。しかし、オウム真理教でも合成できるということは、密かに生産が行われており、戦争やテロに用いられる可能性は常に存在する。

これに対して、私のような平和ボケ人間は防毒マスク以外に避ける方法は無いと思ってしまうが、同じ生命科学でも、軍の研究者は私たちが思いもかけない対処法を考え付くようだ。今日紹介したいのは、米軍の化学防衛研究所からの論文で、有機リンを分解する酵素を肝臓に導入して神経ガスを耐え抜く身体を開発しようとした研究だ。タイトルは「Gene therapy delivering a paraoxonase 1 variant offers long-term prophylactic protection against nerve agents in mice(paraoxonase1変異遺伝子を導入する遺伝子治療によってマウスは神経ガスに対して抵抗性を獲得する)」で、なんと1月22日Science Translational Medicineに掲載されている。

有機リンガス兵器は呼吸器官から吸入した後血液中に溶け脳内でアセチルコリンエステラーゼを無毒化し、最終的に呼吸を支える筋肉が麻痺して死に至る。この研究の発想は単純で、有機リンを分解する酵素遺伝子をあらかじめ肝臓で発現さて、末梢血中で有機リンを分解させるというアイデアだ。

このグループはすでに無毒化分子としてparaxonase1を選び、機能を高めた変異分子IF11を開発している。この研究の目的は、この分子をコードする遺伝子を導入してガス攻撃に耐えるマウスを作れるかだ。様々な条件を検討した結果、アデノ随伴ウイルスを用いた遺伝子ベクター(導入のための運び屋)としてAAV8、遺伝子の発現を誘導するためにTGB遺伝子プロモーターを選び、これをマウスに注射している。

この方法だと、遺伝子は肝臓細胞に導入され、5ヶ月以上大量にparaoxonase1を合成し続ける。また注射するウイルスベクターの量に応じて血中のparaoxonase1の濃度を上げることも確認している。

あとは、この遺伝子を導入したマウスは、毒ガスに耐えるか調べるだけだが、予想通りだ。

有機リン化合物には様々な種類があり、処理効率(必要な血中のparaoxonase1濃度で代表されている)は異なるが、一定濃度さえ確保できれば全ての化合物に暴露しても、マウスはビクともしないで、普通の活動を続けることを示している。

実際には他にも様々な実験を行なっているが、詳細は省いていいだろう。要するに、ガスマスクなしに神経ガスをものともしない体を作ることができるという話だ。テロや戦争から身を守るために、ウイルスを予防的に注射する時代がこないことを祈りたい。

2月3日 卵巣の老化 (2月6日号 Cell 掲載論文)

2020年2月3日

精子と異なり、卵子は成熟してから新しくリクルートされることはなく、発生過程で作られた卵子を生理サイクルのたびに少しづつ使っていく。このため、卵巣の中では常に静止期の卵子とともに、活性化された後の卵成熟過程から、排卵後の卵胞まで、多くのステージが共存している。

今日紹介する北京の中国アカデミー動物学研究所からの論文は、single cell transcriptome解析を用いて卵巣の老化を探った研究で2月6日発行のCellに掲載された。タイトルは「Single-Cell Transcriptomic Atlas of Primate Ovarian Aging(サルの卵巣老化のsingle cell trascriptome解析)」だ。

この研究では人間の代わりにサルを用いて、閉経期前後の卵巣の老化について調べている。これまで卵巣のsingle cell trascriptomeに関する研究をあまり目にしたことがないが、恐らくこれは卵子の大きさが他の細胞と比べて大きいということに起因するかもしれない。このグループは、卵子と他の細胞をバラバラにした後、分けたあと、single cell trascriptomeを調べている。結果、卵子4種類に加えて、顆粒細胞や、間質細胞、血管、平滑筋、NK、マクロファージなどを分別することに成功している。

特に重要なのは、C1からC4までの卵子成熟で見られる大きな変化で、それぞれのステージで特徴的な遺伝子ネットワークが活動している様子がわかる。これは当然で、この間に複雑な減数分裂を成し遂げる必要がある。一方、未熟卵子は静止期を維持する必要がある。

意外だったのがミトコンドリアの活性が未熟な卵子で高いことで、じっとしていてもエネルギーが必要なのは、脳と同じなのかもしれない。その後成熟が始まるとまず翻訳が高まり、減数分裂体制へと入っていくのがわかる。

ただこのこと自体は、だいたいわかっていることで特に新しいことはない。この研究の主目的は、このような様々なステージ、種類の細胞が共存する卵巣で、老化はどう起こっているのか、細胞個別に調べることだ。single cell transcriptomeで老化を調べるという着想は、卵巣だから必要性がわかったとも言えるが、今後老化の分子プロセスを調べる時、これがが重要なテクノロジーになること示唆している。

まず卵子についての結果だが、全てのステージで遺伝子発現のパターンが変わる、すなわち老化は全てのステージではっきりと検出できる。ただ、同じ卵子でもそれぞれ上下する遺伝子の種類は違う。面白いのは、活性酸素を抑える経路の遺伝子の低下が最もはっきりするのがC2ステージで、今後閉経の生物学を考える上で重要だと思う。

同様に卵子活性化に重要な顆粒細胞でも老化に伴う変化が起こるが、卵子と違い最もはっきりしているのが、活性化酸素を抑える遺伝子の低下と、アポトーシスの経路に関わる遺伝子が上昇している。

人間の顆粒細胞でも調べているが、これは付け足しで、以上が結果の全てだと言える。結局予想通りの結果であまり驚きはないが、今後様々な老化予防策により、この基本構造がどう変わるか面白いテーマができたと思う。また、組織と細胞という永遠の問題を、老化というプロセスを対象にsingle cell trascriptome調べようとしたことは評価していいように思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

コロナウイルス感染拡大のシミュレーションからわかること

2020年2月2日

この前コロナウイルスの症例報告について紹介した時から1週間も経っていないが、今やメディアもコロナ報道一色になってきた。と言っても、結局人混みを避けよ、手洗いを徹底せよ以外に、なんの具体的指示は出しようがない。様々な会社が有効な薬剤の治験を進めていると思うが、多くの人は軽い症状で終わりそうなこの病気に、パニックに後押しされて予防投与が行われるような事態が来ないよう、医療側も薬剤や抗体薬などが開発された時のプロトコルについて、現在わかってきた感染者と発病者、発病者と重症者の正確な調査を元に用意する必要があると思う。

今必要なのは、ニュースよりできるだけ科学的な把握だろう。この時、将来の予測には冷静なシミュレーション研究が重要だ。その意味で、香港大学から1月31日The Lancetにオンライン発表された研究は、参考になると思う。

香港大学からThe Lancetに発表されたシミュレーション論文

シミュレーションには信頼おけるデータを集めることがまず大事だが、武漢内の発表に頼るのではなく、武漢以外の都市で発生した確実な発病者の数、実際の人の移動などから逆算する手法で計算するというスマートな方法を取っている。この時、伝染する強さを一人から2.68人、感染者数の倍加する時間を6.8日として計算すると、1月25日時点で武漢には75000人の感染者がいたと推定している。また、武漢と最も交流が多い順番に、重慶、北京、上海、広州、深圳へ、1月25日時点でそれぞれ、435人、98人、111人、80人の感染者が移動したと計算している。

その上で今後の予想を計算すると、特に感染力を落とす手立てを講じなかった場合は4月1日をピークとする大流行が起こると予想している。

これについてはいくつかのメディアでも紹介されているが、この研究の重要な点は、人の動きと感染力を抑える手段の影響を計算している点で、

  • この流行は各都市間の移動を50%ぐらい制限しても、ほとんど変化がなく、例えば他の都市での流行が一月ずれる程度で終わる。
  • しかし、もし感染性を50%減らすことができれば(隔離、早期の治療、今言われている手洗いなど様々な対策)、パンデミックのピークは起こらない。

をシミュレーションで示している。すなわち、現状では感染を抑え込む努力を限りなく進めることがパンデミックを防ぐ唯一の手段というわけだ。

もちろんインフルエンザで見られるような季節性があるか、感染源の動物は駆除できるか、など多くの不確定要素はあるが、まだ感染者の多くない我が国では、隔離と患者のトラッキング、感染しないための注意を繰り返して、ウイルスの感染性をなんとか50%落とすことで乗り切れるのではと思う。

2月2日 アフリカ人にもネアンデルタール人ゲノムが流入している(2月20日発行予定 Cell 掲載論文)

2020年2月2日

ネアンデルタールやデニソーワ人のゲノムが解析できるようになった最も大きなインパクトは、我々の先祖がデニソーワ人と交雑をし、その時生まれた子供たちから現在の私たちにゲノムの一部が伝わっているという発見だ。この時、ネアンデルタール人のゲノムはアフリカ人にはほとんど見つからないことも報告され、アフリカで生まれたホモ・サピエンスのうち、ユーラシアに移動したグループだけがネアンデルタール人と交雑したという歴史が定着した。

今日紹介するプリンストン大学からの論文はこれまで考えている以上にネアンデルタール人のゲノムがアフリカ人に流入し定着していることを示した論文で2月20日発行予定のCellに掲載された。タイトルは「Identifying and Interpreting Apparent Neanderthal Ancestry in African Individuals (アフリカ人に見られる明らかなネアンデルタール人の先祖を特定し解釈する)」だ。

現代人に残っているネアンデルタール人のゲノムを間違いなく特定するため、これまで用いられていたのは、アフリカ人にはネアンデルタール人ゲノムがほとんど存在しないという仮説にたって、ネアンデルタール人に存在して、アフリカ人に存在しない部分をまず選び出すという差分操作が行われていた。しかし、これは引き算することで、実際にはネアンデルタール由来でもアフリカ人にあるからということで除外することになる。

一方、一定の長さで配列の一致するかどうか比べることで、直接先祖かどうかを確かめる方法が存在し、親戚探しに使われている。この方法なら、今生きている個人のどの遺伝子がネアンデルタールの先祖と共通化を直接計算できるので、これを使えば上に述べた問題は解決できるはずだ。ただ、間違った断片をネアンデルタール人由来とする間違いを避けるため、直接先祖かどうなを確かめる方法は試みられていなかった。

この研究のハイライトは、推計学を用いたIBDmixを開発して、直接の先祖性を調べられるようにしたという点だ。特に似ている断片が長い場合はほとんど間違いがないレベルであることを示している。

このように直接先祖と共通の遺伝子を1000人ゲノムデータと比べることで、なんとネアンデルタール人のゲノムの3−4割を再構成できる。その上で、次に私たちがネアンデルタール人の先祖と共通の断片を持っているか調べると、アジア人やヨーロッパ人で約50Mb存在するのに対し、予想に反しアフリカ人でも18M b存在することを明らかにしている。これがこの論文の最も重要なメッセージで、今後この直接調べる方法で、他の人種や古代人を比べていくことでその真価はより明らかにされると思う。

その上で、ではアフリカ人とネアンデルタール人はどのように交流したのかをシミュレーションと実際のデータを比べて調べている。この時、合致する長さ、合致した断片の分布などすべてを、アフリカ人、ヨーロッパ人、東アジア人と詳しく比べて、アジア人とヨーロッパ人が分かれる前にホモ・サピエンスのゲノムがネアンデルタール人に流入し、それが現在共有されている部分と、アジア人とヨーロッパ人が分かれたあと、ヨーロッパ人がアフリカへ新たに持ち込んだネアンデルタール人ゲノムが存在することを示している。特に驚いたのが、現代人のゲノムがネアンデルタール人に入った時期が10-15万年前と計算されている点で、ネアンデルタール人はすでにアフリカにいないとしたら、ホモ・サピエンスはどこでどのように交流したのかぜひ知りたいところだ。

面白いのは、こうして新たに持ち込まれたネアンデルタール人のゲノムは、アフリカ人とヨーロッパ人で別々に淘汰圧にさらされることで、特に免疫系の遺伝子については、今後ますます面白い物語が聞ける気がする。

もともと数理に疎い私だが、直接先祖性を比べることの重要性はよくわかる。IBDmixの活躍に期待したい。昨日述べたようにアフリカ人のゲノム多様性は高い。その意味で、民族の関係を仮説なしに直接調べることの重要性は高い。

カテゴリ:論文ウォッチ