現在月２回ペースでJT生命誌研究館のホームページに「進化研究を覗く」と題して、進化研究について考えたり論文を紹介したりする文章を書いている。昨年このサイトに「真核生物の進化」（http://www.brh.co.jp/communication/shinka/2014/post_000008.html）と「水平遺伝子伝搬」（http://www.brh.co.jp/communication/shinka/2014/post_000009.html）というタイトルで、種間（主に原核生物と真核生物の間）で行われる遺伝子の伝搬についての研究を紹介した。そのなかでミトコンドリアや葉緑体の内部共生説を唱えたリン・マーギュリスさんたちの論文が掲載されるまでに５年以上かかった苦労話や、逆に今では産総研の深津さんたちのアズキマメゾウムシに寄生するボルバッキア遺伝子の水平伝達についての研究に見られるように、水平伝達を一つの手段として進化を考えるようになっていることを紹介した。ただ水平伝達についての研究は、個別のエピソードで止まっていることが多く、本当に種の分化と維持に関わるのかはっきりしているわけではない。今日紹介するデュッセルドルフ大学からの研究は、原核生物、アルケア、真核生物のゲノムを横断的に比べて水平伝達とその維持について調べた研究で今日発行になったNatureに掲載された。タイトルは「Endosymbiotic origin and differential loss of eukaryotic gene （内部共生に由来する真核生物の遺伝子とその種特異的喪失）」だ。このグループは、水平伝達の論文が当たり前になった現状に疑いを持ったのだろう。個別のイベントとして水平伝達があるにしても、それが進化を支える重要な要素として存在するかどうかはわからない。もしそうなら、原核生物から人間まで全ての生物の持つ遺伝子を比べることで、起源を同じにする遺伝子が多くの種に維持されているのが見つかるはずだと考え、５５種類の真核生物、１８４７種の原核生物、１３４種類のアルケアに存在するタンパクのアミノ酸配列を比べ、その相同性から起源や系統関係を調べている。要するに、森を見ないで木だけを見ている研究が見落としたことを、森全体を見ることで明らかにしようという作戦だ。結果は明瞭で、1)水平伝達が明確で、進化の過程で維持し続けられていることが明らかな遺伝子は全て、シアノバクテリアに由来する葉緑体と、アルケアに由来するミトコンドリアが取り込まれた一度だけのエピソードに由来していること,2)この時取り込んだ遺伝子の多くは、オルガネラからゲノムに導入されたが、種ごとに異なる遺伝子を失ってきていること,そして、３）確かにその後も水平遺伝子伝達が起こったものの、ほとんど維持されている痕跡がないこと、を示している。これらの結果から、水平伝達で遺伝子を取り込む種が進化上の優位性を獲得することはなく、ほとんどが滅びてしまっていること。したがって、現在起こっているような水平伝達のほとんどは、進化を推し進める要素にはならないと結論している。なかなか示唆に富む面白い仕事だが、この研究では全く実験は行われていない。大勢に流されず、独自の疑問を持ち、利用可能になっている膨大なゲノムデータを新しい観点から眺め直し、重要な結論を導き出すという、頭のいい研究の典型と言えるだろう。すなわち、若手研究者だけでなく、全く分野外の一般人にも、新しい考えを検証するチャンスが常に転がっている時代がここにあるということだ。集合知の時代が始まった。

エピジェネティック機構の阻害を介する抗がん剤として期待が高まっている薬剤に、BETブロモドメインとヒストンのアセチル化リジンとの結合阻害剤がある。この薬剤が標的にしている分子はBRD3やBRD4だが、これら分子はブロモドメインでアセチル化ヒストンに結合すると同時に、他の部位で様々な分子と相互作用することで、直接・間接に転写を調節する分子だ。多くの会社で薬剤が開発され、白血病をはじめとして様々なガンに対して治験段階にある。この治験から副作用などが明らかになると思われるが、今日紹介するBRD4の脳細胞での機能を調べた研究は、この副作用を予想するためのキーポイントを示してくれるという意味で重要な研究だと思う。ロックフェラー大学のエピジェネティック研究の大御所David Allisの研究室からの論文でNature Neuroscienceに掲載された。タイトルは「BET protein Brd4 activates transcription in neurons and BET inhibitor Jq1 blocks memory in mice (BETタンパクの一つBrd4は神経細胞の転写を活性化し、その阻害剤はマウスの記憶を抑制する)」だ。大御所の研究室からの論文にふさわしい極めて包括的な研究で、Brd４の神経細胞での機能を転写から行動解析まで、多くの技術を動員して解析している。データは膨大で詳細を全て省いて結論だけを紹介する。まずこれまで神経細胞でのBrd４の機能は全く明らかにされていなかった。この研究によって、Brd4は神経刺激によりカゼインキナーゼによるリン酸化を介して活性化され、神経刺激後すぐ誘導される様々な転写因子の誘導に関わっている。この機能を、阻害剤Jq１で抑制すると、広範な遺伝子領域で転写が抑制され、その中にはグルタミン酸受容体などの神経伝達に関わる受容体も含まれる。その結果として、短期的な神経刺激を強固にして長期記憶にする過程が障害されることを突き止めている。一方で、Jq１投与により様々な神経活動調節分子の転写が低下することに注目して、てんかん発作を誘発する刺激に対する抵抗性を調べると、マウスの発作を著名に抑制できることも示している。これらの結果から、抗がん剤としてブロモドメイン分子の阻害剤を使うときの副作用として、記憶障害が起こる可能性が高いことを警告している。そして、できれば脳血管関門を通らないような薬剤の開発を目指すべきであると具体的なアドバイスをしている。実際、眠くならない抗ヒスタミン剤はこうして開発されており、重要な示唆と言える。一方、脳内へ移行できる阻害剤は、てんかん発作を抑制するのに利用できることも示唆している。これまでの抗てんかん薬は直接神経伝達に作用している場合が多いが、新しいメカニズムの薬としてブロモドメイン阻害剤はちがう効果を持ちうることから、臨床研究を行ってもいいのではと示唆している。さすが大御所と思わせる論文のまとめ方だ。いずれにせよ、現在進行中の治験から多くのデータがあがってくるはずだ。また、治験に携わる人たちも、大御所の警告を頭に置いて患者さんを注意深く調べて欲しい。

ちょうど1年前、ALS患者さんへの連帯を訴え、寄付を集める目的で氷の入ったバケツの水をかぶる映像がユーチューブやフェースブックを駆け巡った。なんと２億２千万ドル以上の寄付が集まったそうだが、素晴らしい着想の運動だと思う。こうして集められた寄付金はすでに様々な研究室に配られたようだが、助成を受けたグループの一つ、ジョンホプキンス大学から最近Scienceに掲載された論文が氷バケツ運動の成果を示す例として、ワシントンポストに取り上げられた。AASJでの活動を一緒に行っている藤本さんから、ワシントンポストの記事が送られてきて、この論文を紹介して欲しいとリクエストがあったので、急遽取り上げることにした。論文のタイトルは「TDP-43 repression of nonconserved cryptic exons is compromised in ALS-FTD(ALSと前頭側頭型認知症ではTDP-43の隠れたエクソンを抑制する機能が障害されている)」だ。私もよく知らなかったが、TDP-43分子の折りたたみがうまくいかず、細胞質で重合沈殿する状態がALSや前頭側頭認知症に特徴的な分子病変として最近注目されてきたようだ。実にALSの９７％にこの病理が見つかり、TDP-43タンパク症と名付けられている。これまでの研究でTDP-43が転写されたばかりのRNAを切り張りするスプライシングに関わることがわかっていたが、この研究ではTDP-43をノックアウトしたES細胞で発現しているRNA配列を調べ、この分子がないとどんなスプライシング異常が起こるのか調べている。その結果、様々なRNAに余分な配列が挿入されていることが分かった。その原因を調べると、スプライシング機構が正しいエクソンだけ選んで、エクソンとまぎらわしい配列を持つ領域を選ばないよう抑えるのがTDP-43の役割であることを突き止めた。すなわち、TDP-43の機能が失われると異常なスプライシングが増え、結果正常なタンパクができないため、細胞が死ぬことがわかった。そこで、同じような機能を持つ遺伝子を人工的に作成し、それをノックアウト細胞に導入すると、細胞死を防げることから、スプライシング異常が細胞死の原因であることを証明している。最後に、亡くなったALS患者さんの脳組織で発現しているRNAを調べ、患者さんでも同じスプライシング異常が起こっていることを確かめている。これらの結果から、ALS患者さんではなんらかのきっかけでTDP-43タンパクの折りたたみがうまくいかず、細胞質に沈殿する。これまでタンパクの沈殿自体が細胞死の原因としてきたが、TDP-43場合沈殿すると核内への移行が起こらずスプライシング異常が起こって、細胞の死因になっているという結論だ。ではこの研究でどれだけ喜べばいいのかだが、私はあまり喜べないと思う。この分子の機能を特定し、核内移行が阻害されることで細胞が死ぬという発見は重要だ。しかし、TDP-43タンパクの折りたたみ異常が起こる原因が特定されていない。また、実際にTDP-43が沈殿した神経細胞の細胞死を防げるかもわからない。おそらく、ALSを発症するモデル系の神経細胞に、この研究で使ったレスキュー遺伝子を導入して、ALSの進行を止めるという実験が重要で、時間さえかければそこまで十分できたはずだ。このことがわかって初めて患者さんも少しは微笑むことができるだろう。それでも、全身の神経に遺伝子を導入して病気を止めることはまだ現実的ではない。やはり進展とともに、問題点も合わせて正直に示すことが重要だと感じる。おそらく氷バケツ一周年ということで、ワシントンポストもなんとかいい話を伝えたかったのだろう。残念ながら今度は私がワシントンポストの記事に氷水をかけることになってしまった。

私がまだ学生の頃よく読まれたのが岩波書店の「ウイルスの狩人」という本だ。自分では増殖せず、普通の顕微鏡でも見えないウイルスの研究史を紹介した良書で、これを読んでウイルス研究に進んだ学生もいるのではないだろうか。この本でまず学ぶのが、ウイルスを増やすことの難しさで、その苦労話は読み応えがあった。この本が出版されてからすでに５０年が経ち、その間エイズ、ATL、エボラなど当時考えもしなかった多くのウイルスが現れてきたが、ウイルス培養の重要性と難しさは変わっていない。今日紹介するロックフェラー大学からの論文はC型肝炎ウイルスの培養の秘訣を明らかにした研究で８月１２日号のNatureに掲載されている。タイトルは「SEC14L2 enables pan-genotype HCV replication in cell culture （SEC14L2分子は細胞培養を用いたすべてのC型肝炎ウイルス増殖を可能にする）」だ。実は私も全く知らなかったが、この論文が出るまでC型肝炎ウイルスは、普通の肝細胞や肝がん細胞を用いて増殖させることができなかったようだ。実際にはJFH1と呼ばれる肝細胞だけで培養され、それを用いて研究が行われてきたようだ。この研究はJFH１でしかウイルスが増殖できないのは、この細胞だけが他の細胞にない遺伝子を発現しているか、あるいは逆に特定の遺伝子を欠損しているからではないかと考え、ウイルス増殖に必要な分子の探索を行った。この結果、細胞質内で脂肪と結合するSEC14L2分子を、ウイルス増殖に必要な分子として特定することができた。すなわちこの分子をウイルスが増殖できない細胞に強制発現させると、すべての細胞でウイルス増殖が可能になる。この分子の重要性を調べるため様々な感染実験を行っているが、決定的な最後の感染実験として患者さんの血清を培養に加えるだけで感染が起こり、ウイルスが増殖することを示している。最後に、ではなぜ脂肪結合分子がこれほどの効果を示すのか様々な可能性を調べて、一つの可能性として、この分子が細胞内でのビタミンE蓄積を促進することで、ウイルス増殖を抑制する脂肪が過酸化されるのを防ぐためではないかと結論している。実際、これまで培養肝細胞で増殖できるとして分離されてきたウイルスがすべて過酸化脂肪に対する抵抗性を持っていることも、この結論を支持している。C型肝炎治療はギリアドサイエンス社の根治薬が発売されたことで大きく前進した。しかし、新しい耐性ウイルスに備え、ウイルス自体の撲滅という最終ゴールを目指す必要がある。その意味で、ウイルスの培養が可能になったことは重要だ。「ウイルスの狩人」の話はまだまだ続く。

専門を問わずに論文を読んでいると、社会問題をなんとか科学にしようとしている人たちの努力に出会う。科学論文としては問題を感じるところもあるが、２１世紀に取り組まなければならない問題を科学として確立し、解決を見出そうとする強い意志が感じられる。自分の意見をそのまま主張するのは科学ではない。若い世代はフェースブックやツウィッターで自分の主張を述べて満足するのではなく、できれば自分の主張を科学してみる気概が欲しい。今日紹介する論文はその点では参考になる。最初は米国アカデミー紀要８月１３日号に掲載されたノースウェスタン大学からの論文で、タイトルは「Self-control forecasts better psychosocial outcome but faster epigenetic aging in low SES youth （社会的貧困層の若者では、自己統制は心理的社会的状況の改善をもたらすがエピジェネティックな老化を早める）」だ。アメリカの最大の問題は社会格差と貧困で、成長に対する最も大きなリスクになっている。この階層の若者を困難な状況から自力で離脱させるために自己統制を身につけさせる教育が進んでいるようだ。ところがこの教育で自己統制を身につけ、社会的にも貧困から抜け出た若者に心臓病の確立が高いことがわかってきた。この研究では、ジョージア州の貧困家庭に属する１７歳の若者２９２人をリクルートし、２２歳まで追跡している。このとき、様々なテストで自己統制を確立できているかどうかを調べ、自己統制ができたグループとできなかったグループの社会的、心理的状態を調べるとともに、白血球のメチル化DNAをゲノムレベルで測定し、2013年Molecular Cellに報告された方法を用いて、細胞の老化度を測定している。結果は心臓疾患についての研究を支持しており、たしかに成人した後の心理的、社会的状態は自己統制を身につけたグループの方が良い。しかし、血液細胞のDNAメチル化状態から計算される老化度は、社会経済的問題を自己統制で乗り越えたグループほど高いという結果だ。特に、克服した困難が大きいほど老化度が高い。鬱という精神症状に現れなくても、大きな困難を自ら克服するには身体的なストレスがあるという結果だ。この研究で驚くのは、２０１３年に報告された全ゲノムレベルのメチル化検査を社会問題研究にいち早く取り込んでいることで、その感受性の高さと、分野間の風通しの良さに感心した。もう一つのカナダ・ビクトリア大学が８月２１日号Scienceに発表した論文は、野生動物の絶滅に対する人間と野生の天敵のインパクトを比べた研究で、タイトルは「The unique ecology of human predators （人間の狩りが持つ特別な生態）」だ。この研究は人間と野生のハンターの狩りについて発表された論文を集め、世界各地で行われている狩りの成功率、獲物の死亡率、捕獲率について陸上野生動物と、魚について調べている。結果だが、もちろん人間の方が狩りの成功率と捕獲率が高いので、これが生態系を壊す要因になる。しかし、これより人間のハンターは大型肉食獣とクマなどの雑食獣を特に狙って殺している点、同様に魚も成長した大きな魚を標的にすることで、生態系を独特な仕方で壊している点が最も問題を引き起こすという結論だ。方法論を見ると、決まった考えに結論を導いているだけでは懸念のある論文だ。とはいえ、トップジャーナルに論文が出ることで、この分野は活性化されることは間違いがない。ポパーの言うように反論可能なのが科学だ。しかし、小規模な漁や狩りでもこの有様だ。人間のインパクトをどう抑えるのか、おそらく誰もアイデアはない。折しもOryxオンライン版にスマトラサイは一部で繁殖に成功しているが、絶滅は時間の問題だと警告する論文が出ていた。この点については、私は悲観論者で、おそらくなす術の見つからないうちに、見渡せば家畜とペットしかいない世になるように感じる。それでも諦めず社会問題を科学として取り組む若い人が増えることを期待したい。

他のガンと比べた時、膵臓癌の悪性度は群を抜いている。私が医師として働いていた時から今まで、治療成績はほとんど変わっていないのではないだろうか。発ガン過程だけを見ていると、rasなど他のガンとオーバーラップするところが多く、なぜ間質反応が強く、血管に乏しいのに、これほど悪性なのかよくわからなかった。最近、我が国の大隅さん達が発見したオートファジーと呼ばれる細胞内の分解機構を抑制すると膵臓癌の悪性度が低くなることが報告され始めた。一方、色素細胞や破骨細胞の発生に関わるとして研究されてきたMITF/TFE3系が、最近オートファジーに関わる分子の発現を調節する分子として脚光を浴びてきた。今日紹介するマサチューセッツ総合病院からの論文はこの二つの流れを合流させた研究で８月２０日号Natureに掲載された。タイトルは「Transcriptional control of autophagy-lysosome function drives pancreastic cancer metabolism （オートファジー・リソゾーム機能の転写調節が膵臓癌の代謝を動かしている）」だ。既に述べたように、膵臓癌ではオートファジーが更新し、リソゾーム活性が上がっていることが知られていた。そこで、この経路を動かすことがわかってきたMIT/TEFファミリー分子の発現を調べると、他のガンではほとんど上昇がないのに膵臓癌では高い（もちろんもともとこの系が働いているメラノーマでは高いが）。また膵臓癌では、これら転写因子はオートファジーに関わる多くの遺伝子上流に結合している。そこで、MITF/TEF3分子の発現を抑制すると、オートファジーは抑制され、さらに細胞の増殖も止まる。次になぜMIT/TEFファミリー分子の活性が高まっているのか調べている。もともとこの分子はTORC1という分子の作用で核内に移行できないよう調節されている。膵臓癌でも確かにTORC1が発現しているにもかかわらず、MIT/TEFファミリー分子が核内に移行してしまっている。この原因を探ると、核内移行に関わる輸送システム、インポーティンが上昇してこの分子を核内へと導いていることを明らかになった。これらの結果から、MIT/TEFファミリー分子の核内輸送異常によりオートファジーが上昇していることがわかった。次に、オートファジーが上昇するとなぜガンが活性化されるのかを調べるために、細胞内の代謝状態を調べると、分解が上昇した結果、細胞内のアミノ酸濃度が上昇していることを見つけ出した。さらにこの上昇には細胞周囲のたんぱく質を取り込んで分解する経路の上昇が寄与している。これらの結果から、膵臓癌では細胞内でのアミノ酸上昇をうまく緩衝する仕組みが働いて、オートファジーでアミノ酸を調達し、栄養の少ない場所でも代謝活性を維持するることで、その強さを維持していると結論している。上流から下流まで分子の具体的なネットワークを決定した研究で、これだけ長い回路が明確になると、ガン抑制の分子標的の開発も進むだろう。この研究は、独創的というより、これまで考えられてきた様々な経路を丹念に繋いで見せた点が評価できる。最近オミックスばやりで、オミックス解析をしてそれでおしまいという研究が増えてきた中で、分子間の相互作用を段階的につないでいくオーソドックスな研究は逆に新鮮に思えるほどだ。いずれにせよ、実際の膵臓癌でこの経路を標的にしたとき何が起こるのか、早く見てみたい。

今、我が国では安保法制を巡って憲法解釈議論が国民を２分している。しかし議論を聞いていると、憲法は国民が為政者の暴走を止めるための法であって、為政者の都合で解釈できる法でないことを政府はもとより多くの人がすっかり忘れているように思える。憲法とは何かがもっともよくわかったのが、６月１７日アメリカ最高裁がObergefell vs Hodges訴訟として争われてきた同性婚の法的平等性を認めないオハイオ州法は憲法違反であるとした判決だろう。争われたのはもちろん条文の解釈だが、「No union is more profound than marriage, for it embodies the highest ideals of love, fidelity, devotion, sacrifice and family （結婚より深いつながりはない。なぜなら結婚には愛、信頼、献身、犠牲、そして家族のもっとも高い理想が実現している）（拙訳）」で始まる美しい判決文は、憲法の精神を問い、アメリカが人権を第一とする法治国であることを高らかにうたっている。それからまだ２ヶ月しかたたないが、アメリカがこの判決により大きく動き始めたことが今週のThe New England Journal of MedicinとNatureを読んでいるとよくわかる。まずThe New England Journal of Medicinにはこの判決に関わる２編のPerspectiveが掲載されていた。一つは「Civil rights and health- beyond same-sex marriage（市民権と健康—同性婚を超えて）」で、この判決が同性婚を認めるかに止まらず、レスビアン、ゲイ、バイセクシャル、トランスジェンダー（性同一性障害）(まとめてLGBT)、それぞれの意思を尊重し法的平等性を守ることを意味すると捉え、これから起こるだろう幾つかの問題をリストしている。もともと通常婚は健康に良いことが様々な疫学研究からわかっている。しかし同性婚を憲法が認めても、社会の体制や理解は進んでいないため、結婚することでストレスが高まり、健康が損なわれる可能性が高い。これを実現するため、医療や公衆衛生も真剣に取り組むべきだとしている。例えば公衆トイレがその例だ。もし男の格好をしたレスビアンの人が女性トイレに入れば騒ぎになるだろう。また、２０を超える州でLGBTの人たちを解雇する自由が残っていることも職業差別につながる。さらに、アメリカ憲法は医師が宗教的信条などで医療を拒否する権利が認められており、結果として生殖補助医療から締め出されることもありうる。このような問題をリストした後、LGBTであるがゆえのストレスを取り除くためまだまだすることが多くあると締めくくっている。もう一編のPerspectiveは「Caring for our transgender troops-the negligible cost of transition-related care （軍のトランスジェンダー容認についての配慮：転換にかかる費用は大きくない）」だ。タイトルからわかるように今度は軍の話だ。６月の判決を受けて、７月にはカーター国防長官は伝統的に禁止してきた性同一性障害の兵士を認めることを決めた。ただ、これにより軍がトランスジェンダーの必要性に応じてホルモン注射や性転換手術を権利として認めることを意味すると踏み込んで、それに必要なコストを計算している。実際アメリカ軍には１２８００人の性同一障害の兵士がいるようだが、実際に特別な医療を要求するのは５０人程度で、現在の予算で対応できるとしている。すでにオーストラリア軍ではこの決定がなされているようで、この時の経験も根拠にしている。さらに、もし軍が性転換治療を認めると、治療を受けるために軍を志願する性同一障害の人が増える可能性についても議論しており、アメリカの一般保険がこのコストを認めるようになって、この問題は起こらないと結論している。ここまで議論が広がっているのを見るとただただ驚く。そして最後がNatureの「Most gay scientists are out in the lab(ほとんどの同性愛の科学者は研究室で同性愛であることを告白している)」という記事だ。これはThe Journal of Homosexualityという雑誌に発表された論文を紹介するもので、LGBTに対する理解の問題だ。実際の論文にアクセスできていないので、記事からしか判断するしかないが、研究室では他の職場と比べて自分の性について告白できる環境が整っている。しかし、研究室間で比べると、生命科学を含む女性の多い研究室でよりよく許容されているという結果だ。そして、LGBTが大学院生の教育に参加することは、より高い平等意識育成に重要だと締めくくっている。 　この３編の論文を読むと、憲法とは何かということがよくわかる。私は日本構想フォーラムでご一緒している前防衛大臣森本さんから、日本の防衛についての現実的議論を聞いており、憲法改正も含め議論を進めることの重要性はよく認識しているつもりだ。ただ、憲法を改正するにしても、政治や政策にとって何が必要かではなく、為政者の何が許され何を許さないのか、国民の立場からもっと明確にした憲法が必要だろう。驚くことに現憲法だけでなく明治憲法も我が国では一度も改正したことがない。これは為政者が憲法を縛りと考えていないからではないだろうか。また選挙制度を考えても、違憲判決を軽視するのが我が国では当たり前になっている。安保法制ではアメリカやオーストラリアが名指しで協力相手として記載されているが、私たちはまずアメリカやオーストラリアから憲法とは何か学ぶべき時だと思う。

ゲノムはただの遺伝子の集まりではなく、構造化していることで働きが維持されている。このことを最もよく理解できるのが前後軸や指の数や形を決めるのに関わるHox遺伝子だろう。例えばHoxA1からHoxA13の発現を調べると、人間では頭からお尻までゲノム上に並んでいる順番に従って順序正しい発現が見られる。この順番は左右相称動物が現れて以来ほとんどの動物で維持されていることから、構造自体が重要であることがわかる（これについては現在生命誌研究館のホームページに書いてあるので参照してほしい：http://www.brh.co.jp/communication/shinka/2015/post_000012.html）。一方最近Natureに発表されたタコのゲノムを見ると、Hox遺伝子は構造化されておらず、納得する。面白いことに同じ論文では、プロトカドヘリンと呼ばれる神経細胞のアイデンティティーを決めている分子をコードするゲノム領域がヒトやマウスと同じように構造化されて保存されていることを示しているが、この領域の解析を行った研究が上海交通大学から８月１０日号のCellに発表された。タイトルは「CRISPR inversion of CTCF sites alters genome topology and enhancer/promoter function (クリスパーを使ってCTCF結合部位を反転させるとゲノムのトポロジーが変化し、エンハンサーとプロモーターの機能が変化する)」だ。遺伝子の並び方も構造化の重要な方法だが、遺伝子の発現を調節するエンハンサーとプロモーターの関係を決めるための大規模な構造化について現在急速に研究が進んでおり、このホームページでも６月３日に珍しく図入りで紹介した（http://aasj.jp/date/2015/06/03）。この構造化を決める分子の主役がCTCFとコヒーシンという二つの分子だが、この研究は、この分子が方向性を持って結合することでDNAの折りたたみの方向性を指示してエンハンサーとプロモーターの距離を決めることで転写を調節していることを明らかにした。この研究の責任著者のWuさんはManiatis研究室でこの遺伝子を研究してきた研究者のようだが、これまでの研究で、２００近く存在するプロトカドヘリンのプロモーターの上流にあるCTCF結合部位と、それを調節するエンハンサーの近くに存在するCTCF結合部位の配列が逆さまに向き合っていることがわかっていた。プロトカドヘリンにはα、β,γの３種類が存在するが、エンハンサーとプロモーターのCTCF結合部位が逆向きに向き合っている場合だけ、プロモーターとエンハンサーが位置的に近くに引き寄せられることを示している。そこで、αカドヘリンを支配しているエンハンサー近くのCTCF結合部位を逆さまにしたところ、エンハンサーとプロモーターのトポロジカルな距離が遠くなり、転写の効率が低下する。同じルールがプロトカドヘリンだけでなく他の遺伝子にも当てはまるか調べるため、ゲノム全体のエンハンサーとプロモーターの関係についてデータベース解析を行うとともに、遠く離れたプロモーター、エンハンサーの関係が詳しく研究されているヘモグロビン遺伝子についてもCTCF結合部位をクリスパーで逆さまにするなど膨大な実験を行い、このCTCF+コヒーシン結合部位の方向性によりDNAの折りたたみの方向性が決まり、転写ユニットの幾何学的距離を決めていることを示している。詳細は全部省くが、膨大なデータをうまく整理しており、最終結論はシンプルで十分説得力がある。クリスパーを多用したゲノム編集、ゲノムのトポロジー解析、データベース解析など最新の技術を用いて重要な問題を解決する実力がうかがえる論文だった。現役時代にこれができただろうかと考えると、引退して良かったと思うほどだ。私にとっても、CTCFとコヒーシンの関係や意味、インシュレーターのメカニズムなど、ゲノムの構造化についての頭の整理を大きく進めることができた。Hoxもプロトカドヘリンもゲノムの構造化が最も明確な遺伝子だが、タコでHoxが構造化されず、プロトカドヘリンが構造化されている意味もよくわかった。異論はあるようだが、中国の生命科学の躍進を感じさせる論文だ。読んだ後この分野の我が国の現状について少し心配になるが、誰か知っている方がおられたら、ぜひこのページに書き込んでほしい。

この歳になると体のあちこちに異常が出てきて、経過観察のためお盆明けに内視鏡検査を含む健康診断を受けるのが恒例になっている。特に気になるのが、数年前から食道にあるバレット食道だ。バレット食道とは、食道の扁平上皮が一層の円柱上皮に変化する異常で、前癌状態と言われている。ただ、食道なので、これがあるから手術で予防的にとってしまうというわけにはいかない。もともと欧米人の一割がバレット食道にかかっていると言われる頻度の高い状態であまり気にしていなかったが、昨年６月に紹介したようにバレット食道細胞にはp53,SMAD以外のほぼ全ての遺伝子変異が存在しているという論文（http://aasj.jp/news/navigator/navi-news/1748）を読んでからはだいぶ気になる。今年も変わりなしと言われてホッとしたところだ。さて、今日紹介するジョンズホプキンス大学からの論文は食道で正常の細胞では動かないトランスポゾンが動き出し、ゲノムの他の場所に飛び込んでいることを示す論文で、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「LINE-1 expression and retrotransposition in Barrett’s esophagus and esophageal carcinoma （バレット症候群と食道癌ではLINE-1トランスポゾンが発現し転移する）」だ。LINE-1は私たちのゲノムにもっとも多く存在するトランスポゾンで、実にゲノム全体の２割超を占める。普通の細胞では染色体の構造を変えて飛び込んだLINE-1の動きを押さえ込んでいるが、多くのガンで再活性化することが知られている。この研究では、バレット食道５例と、バレットと食道癌が並存している５例のバイオプシー組織の遺伝子を調べ、正常組織と比べることでLINE-1の活性が起こっていないか調べている。結果は５例のバレット食道のうち４例で２０箇所の新しいLINE-1の転移が発見され、そのうちの半分はほとんどの細胞で見られる変異であることが分かった。このことから、バレット食道になってトランスポゾンが動いたと考えるより、正常細胞で突然LINE-1が活性化され、原因かどうかは不明だがバレット食道で選択的に増大していることがわかる。次に食道癌へ発展した患者５例で、正常部分、バレット食道部分、そしてガン部分を別々に取り出しLINE-1の変化を調べると、バレット食道からガンが発生したのがわかるグループ、両者の関係がはっきりしないグループ、そして正常細胞でLINE-1が動き始めたグループを特定できるが、症例数が少なくはっきりした結論が出ない。そこで、食道癌のサンプルの数を増やして調べ、食道癌のほとんどでLINE-1が活性化され、その中からガンが発生していることを確認している。LINE-1が動くためにはLINE-1がコードする遺伝子の発現が必要だが、確かにガンやバレット食道ではLINE-1にコードされたタンパクの発現が見られている。また、正常部分でも弱いながらも発現が見られ、異常が起こる前から食道では弱いながらもLINE-1が活性化されている可能性を示唆している。最後に、LINE-1が新たに組み込まれた場所に発ガン遺伝子が存在するか調べたところ、イントロンに新しく組み込まれた４８個のLINE-1のうち半数がガンに関連している遺伝子のイントロンで、LINE-1の転移が発ガンに寄与している可能性を示唆している。少し結果がゴタゴタしすぎた印象があるが、結論として正常細胞でLINE-1が弱いながらも活性化され、転移が起こると、その細胞が選択的に拡大し、バレット食道に発展する。バレット状態ではLINE-1の活動がさらに活発になり、場合によりガンになることもあるという結果だ。重要なことは、LINE-1以外にも私たちは多くのトランスポゾンを持っており、これらはLINE-1の活性を使って転移する。したがって、これ以外にも多くのトランスポゾンがバレットから食道癌への過程で動いている心配がある。もちろんトランスポゾンの変異だけでガンになるわけではないし、飛び込んだトランスポゾンを抑え込むメカニズムもある。しかし、数を増やして全ゲノム解析を進め、他のトランスポゾンが便乗していないか、トランスポゾンを抑え込む機構が正常に働いているのか調べる必要があるだろう。せっかく今年もほっとしたところなのに、心配になる論文を読んでしまった。

細胞が必要とする時にmRNAを転写するのに関わる遺伝子を転写因子と呼ぶが、直接DNAに結合して転写部位を支持する分子に加えて、転写のための分子間相互作用を増強するための多くの分子が参加する。これらを転写のコアクティベーターと呼ぶが、多くのガンでこのコアクティベーターが上昇しているのがわかっている。ただ、コアクティベーターは正常細胞でも重要な働きをしており、その機能を抑制すると正常細胞の活動も阻害されることが予想される。今日紹介するテキサス・ベーラーカレッジからの論文はコアクティベーターの一つSRCを抑制するのではなく活性化してガンを殺せないか調べた研究で、８月１０日号のCancer Cellに掲載された。タイトルは「Characterization of a steroid receptor coactivator small molecule stimulator that overstimulates cancer cells and leads to cell stresss and death (ガンを過刺激して細胞ストレスと細胞死を誘導するステロイド受容体コアクティベーター分子の刺激化合物の研究)」だ。この論文は、レチノイン酸受容体など核内受容体に結合する分子として単離されたSRC(ステロイド受容体コアクティベーター)の活性を刺激する化合物MCB-613の作用機序の研究と言える。もともとステロイドホルモン受容体のコアクティベーターであることから、SRCと乳ガンの関係はよく研究されており、半分以上の患者で発現が高く、また発現が高い場合予後がよくないことが知られている。さらに、乳腺でこの分子を発現させると乳ガンが発生することもわかっていた。このグループはこの分子の阻害剤も開発しているが、今回は刺激剤MCB-613がガンの増殖を抑制できるかどうか検討することから始めている。この分子がSRC特異的に作用することを確かめた後、様々なガン細胞株を処理すると、細胞内に小さな空胞が集まる特徴的な死に方をすることを確かめた。例えばアポトーシスやネクローシスといった一般的なガン細胞の死に方とは違って、核酸の切断などは見られない。この特徴からパラプトーシスと呼ばれる細胞内ストレスと呼ばれる細胞死がMCB-613で誘導されているのではないかと、詳しく調べて、確かにパラプトーシスが起こっていることを証明している。あとは、MCB-613により確かにSRCの活性が亢進して多くの遺伝子の転写が亢進するとともに、この分子がパラプトーシスを誘導していること、またSRCにより酸化ストレスが細胞に誘導され、これが更にSRCの活性を上げることで、正のサイクルが止められずに細胞が死ぬことなどを明らかにしている。これにはSRCのリン酸化が関与することなど詳しく調べられているが、詳細はいいだろう。コアクチベーターの発現が亢進しているガン細胞では、この活性を更に亢進させると酸化ストレスが上昇するとともに、多くのタンパクが翻訳されるERストレスも亢進して、細胞内に空胞ができ、パラプトーシスで死んでしまうというシナリオだ。分かりやすく言うと、ガンは自分の必要性に合わせて転写を亢進させているが、そこに油を注いで、制御不可能にしてやろうという戦略だ。その上で、マウスに注射したガン細胞の増殖をMCB-613が抑制することを示している。転写因子やコアクティベーターに対する薬剤の開発はもともと難しいが、ガンに特異的な転写因子にだけ焦点を当てず、ちょっと変わった視点からガン制圧の挑戦を続けている人たちがいることを知ることができる、面白い論文だと思う。まだまだガンにも弱みはある。