1977年、Carl Wooseらがアルケアと呼ばれる古細菌類を発見して以来、地球上の生物は、原核生物、アルケア、そして真核生物に分類されるようになった（これについては私がJT生命誌研究館ホームページに昨年書いた「３種類の生物区分の誕生」をぜひ読んでほしい( https://www.brh.co.jp/communication/shinka/2014/post_000007.html )。ゲノムの比較から、アルケアが真核生物により近く、また真核生物にしかないと考えられていた細胞骨格分子等の分子の原始型がアルケアの一部に見つかることから、アルケアの研究は真核生物進化を理解するために最も重要な分野だと考えられるようになった。しかし、これまで発見されたアルケアは真核生物とはまだまだ遠く離れており、真核生物への中間段階にあるアルケアはすでに地球から失われたのではないかと考えられてきた。今日紹介するスウェーデン ウプサラ大学からの論文は、このミッシングリンクの存在をゲノムレベルで明らかにした研究でNature オンライン版に掲載された。タイトルは「Complex archea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes （原核生物と真核生物の間の溝を埋める複雑なアルケア）」だ。研究では、このミッシングリンクを求めて深海、特に熱水床に近い海底を探索するうち、北極海の３０００メートルの深さに２mの厚さで堆積した沈殿物の中から、新しいアルケアの存在を示す１６SリボゾームRNA遺伝子を発見した。同じ場所の沈殿の中に含まれるDNAから遺伝子ライブラリーを作成し、約５Mベースの長さの仮想アルケアのゲノムを再構成して、含まれる５３８１個の遺伝子の中に、原核生物と真核生物をつなぐ分子が見つからないか検討した。この結果、この種は原核生物とアルケア、そして真核生物に近い遺伝子が寄せ集まったゲノムを持っており、これまで考えられていたように、原核生物とアルケアの間で活発な遺伝子交換が行われていることをうかがわせた。ただ、これまで発見されたアルケアとは異なり、実に３％を越す遺伝子が、真核生物特異的とされてきた分子をコードしていた。その中には、細胞骨格に関わるアクチンやゲルゾリン、細胞骨格の動きや、小胞体の輸送制御に関わるGTPase、そして細胞内の小胞体の輸送に関わる様々な分子が含まれていた。さらに個々の遺伝子の解析から、この種が多様化した一つの系統を形成していることも分かった。以上の結果から、細胞移動機能やファゴサイトーシス機能を備え、細胞内には小胞体が存在する全く新しいアルケアが存在していたことになる。ただこの論文では余計な想像を拝して、この世紀の大発見について淡々と報告するといったスタイルを取っている。しかし、これほど真核生物特異的分子が満載だと興奮は抑えられないはずだ。更に詳しい解析が待たれる。ただ一つ重要な問題がある。それは、全ての結果は再構成されたゲノムから想像されるもので、実際の生きたアルケアもあるいは死んだアルケアも細胞体の形が全くわかっていないことだ。従って、なんとか生きた形でこのアルケア系統を分離することが次の課題になるだろう。そのためにはゲノムの詳細な解析も必要なはずだ。いずれにせよ、ゲノムから生物を構想し、それが正しいかどうか実際の生物を培養して確かめるという面白い研究がスタートした。進化研究にとっては予想外の大きな贈り物になった。

アラブの春でも小保方問題でも、現代社会分析に、フェースブックやツイッターの分析は欠かせなくなっている。例えばフェースブックは、自分の意見を自由に一方的に述べることのできるメディアだが（もちろん受けを狙いたい向きはおのずと意見が調整されるが）、ツイッターは最初からフォローを狙うため自分の意見をマジョリティーに近づけるモーメントを持つ。いずれにせよ重要なことは、ソーシャルネットが社会の意見や傾向の形成に大きな役割を果たすようになり、本来使命が違うはずの大手メディア(NHK)ですらヤラセを捏造ではなく編集過剰と言い逃れしてしまう時代の我が国の社会分析に、ソーシャルメディアに蓄積されたビッグデータの解析は欠かせない。ぜひやってみたいと思っていたが、Scienceにフェースブックに残るデータを分析している論文がフェースブックとミシガン大学の共同で発表された。タイトルは「Exposure to ideologyically diverse news and opinion on Facebook （フェースブック上のイデオロギー的ニュースや意見への接触度）」だ。我が国では少ないと思うが、アメリカのフェースブックでは、９％のユーザーが自分のイデオロギー上の立場（保守主義か自由主義か）を表明しているようだ。この研究ではこれに基づいて、フェースブックユーザーを保守、中間、自由主義派に分類し、それぞれがフェースブック上でどのような意見をクリックして読んでいるかを調べている。例えば保守の人はFoxNewsを好むし、自由主義の人はHuffingtonpostを好む。実際に閲覧した記事を一定の基準で保守度、自由主義度の点数をつけ、それを元に自称のイデオロギーと比べると、確かに保守と自由主義がきれいに２分していることが示され、フェースブックプロファイルの記載が概ね信じられることがわかる。次に、保守の人がフェースブック友達として自由主義の人とどのぐらいつながっているかを調べると、保守も、自由主義も２０％ぐらいの異なるイデオロギーの人ともリンクしている。またそれぞれは、同じ程度の数の中間派の人ともリンクしている。最後に、一方のイデオロギーをもつ人が、他のイデオロギーの情報をクリックする頻度を調べている。重要なのは、フェースブックはお仲間のお勧めだけでなく、ニュースフィードとして一定のアルゴリズムでユーザーのネットワークに集まるニュースを提供している。これにより、保守の人も自由主義の人とリンクしている限り、逆の考えのニュースが提供される。このような状況で、それぞれのユーザーがどの程度反対のイデオロギーのお勧めに気を止めるかを調べると、自由主義者は保守主義者のお勧めを読む頻度が２４％に対して、保守主義者は自由主義者のお勧めを３５％の頻度で読んでいるという結果だ。誤解を恐れずに行ってしまうと、自由主義者の方が反対の意見に耳を貸さないようだ。話はこれだけだが、１０００万を超す情報をこのように分析できることは素晴らしい。今後も、レビューを受ける科学的研究としてこのような調査を発表して欲しいと思う。ただ、この論文にもフェースブックの研究者が著者になっているように、フェースブック上のデータを利用するためには、まずフェースブックから許可をもらう必要がある。一番問題は、フェースブックがこれを独占することだ。あるいは、一部の人だけに分析が許されることだ。ソーシャルネットの科学的分析で、間違いなく新しい社会学が可能なら、我が国のフェースブックも独立の組織を設立し、一定の条件で思想信条に関わらず誰もがこのような科学的分析ができるようにするのが社会的責務ではないだろうか。ともかく、誰かがこれを独占することだけは阻止すべきだ。可能なら、私も是非分析をしてみたい。

昨日に続き、今日紹介するのはアデニンメチル化の機能をショウジョウバエやミドリムシで調べた研究だ。まずショウジョウバエでの機能を調べた中国科学アカデミーからの論文から紹介する。タイトルは「N5-methyladenine DNA modification in Drosophila（ショウジョウバエでのN６デニンメチル化だ）」。この研究もショウジョウバエDNAのメチル化はシトシンメチル化ではなくアデニンメチル化が中心で、発生段階でダイナミックに変化することの確認から始めている。次にメチル化に関わる分子を探し、それまでCG２０８３と呼ばれた分子が脱メチル化酵素の役割を持つことを突き止めた。また脱メチル化酵素は発生が進むと急上昇し、１０時間を過ぎると急下降することから、発生過程で正確に調節されている分子であることがわかった。次にCRISPR/Cas9を使ってこの遺伝子をノックアウトし、それを量や構造を変えた遺伝子でレスキューする実験や、あるいはこの分子を強制発現させる実験から、脱メチル化酵素の発現量を正確にコントロールすることが、発生の進展に必須であることを示している。最後に生殖細胞の発生過程での脱メチル化酵素の機能を調べ、脱メチル化酵素の卵子での発現は低レベルだが、卵子形成を促進する効果があり、この促進効果に脱メチル化によるトランスポゾンの発現を誘導が関わっているところまで突き止めた。もともとシトシンのメチル化が哺乳動物ではトランスポゾンの抑制に重要な働きをしていることと比べると、アデニンメチル化はトランスポゾンの発現調節に関わっているが、シトシンメチル化とは逆で、転写を促進しているという発見は、両方の形式を持つ細菌から真核生物への進化で何が起こったのか重要な課題が生まれたと思う。この間をつなぐ研究と言えるのがシカゴ大学からのミドリムシのアデニンメチル化の論文でタイトルは「N6-methyldeoxyadenosine marks active transcription start sites in chlamydomonas （N６メチル化アデニンはクラミドモナスの転写活性化の開始部位を標識している）」だ。ミドリムシでのアデニンメチル化はこれまでも研究されており、昼と夜でメチル化の量が変化し、細胞の増殖に関わることが知られていた。この研究は、メチル化部位、メチル化の量などを正確に調べるための様々な方法を開発し、ゲノム全体にわたってメチル化のパターンを調べている。結果、メチル化は転写開始部位の前後５００bpに集中していること、ApT部位でメチル化が起こるがこれを誘導するモチーフは複数あること、そしてDNAの基本単位であるヌクレオソームの間のリンカー部位に集中していることを明らかにした。以上のことから、ミドリムシのメチル化アデニンはヌクレオソーム単位を標識し、これによって転写開始を促進しているのではないかと結論している。今回紹介した線虫やショウジョウバエでも同じようなパターンがあるのか、それとも異なっているのか、確認が進んでいるだろう。面白いのはミドリムシには細菌と同じでシトシンメチル化も共存し、遺伝子発現の抑制に関わっていることだ。ミドリムシは多細胞体制へと移行する直前を代表しているので、その後の多細胞体制を比べていくことでアデニンメチル化が中心になる多細胞体制がどう進化したのかが明らかになると期待できる。なかなか興味ある分野が開けてきたと思う。

DNA メチル化＝シトシンのメチル化、と決めてしまうほどシトシンのメチル化は研究されてきたが、実はアデニンもウイルスから昆虫まで多くの生物でメチル化されていることがわかっていた。細菌ではその機能解析も進み、DNA複製時のミスマッチ修復や転写に関わることが報告されていたが、真核生物でアデニンのメチル化が何をしているのかほとんど研究されていなかった。５月７日号のCellにはハーバード大学から線虫、シカゴ大学からミドリムシ、そして中国科学アカデミーからショウジョウバエのアデニンメチル化に関する論文が３報並んで報告されていた。せっかくなので、２回に分けて全てを紹介しよう。最初の論文はシカゴ大学からでタイトルは「DNA methylation on N6-adenin in c.elegance （線虫でのN６−アデニンメチル化）」だ。この研究はまずどのタイプのメチル化が線虫のゲノムに存在しているのかを調べている。簡単そうだが、線虫は通常大腸菌で飼われており、またアデニンのメチル化はRNAに広く存在しているので、それらを除外して線虫ゲノムのアデニンメチル化だけを検出できるよう色々工夫している。その結果線虫ゲノムにはシトシンのメチル化はないが、広くアデニン残基がメチル化されていることを明らかにした。次に様々な突然変異体の解析から、F09F7.7として知られていた分子がメチル化アデニンを脱メチル化する酵素で、一方C18A3.1として知られていた遺伝子がアデニンのメチル化酵素であると特定した。面白いことに、脱メチル化酵素が欠損すると代を重ねるごとにメチル化が上昇し、４代目には完全に不妊になることが分かった。この不妊は、メチル化酵素を欠損させることで阻止することができる。このことから、メチル化は世代を超えて伝わること、またメチル化・脱メチル化のバランスをとって生殖系列でのメチル化レベルを一定に保つことが、生殖機能に重要なことがわかる。最後に、アデニンメチル化と遺伝子発現制御との関係を調べるため、メチル化に影響を及ぼす他の分子を探索し、spr5と呼ばれるH3K4ヒストンメチル化酵素が欠損するとアデニンメチル化が上昇することを突き止めた。このことは、ヒストンを介したエピジェネティック調節とアデニンメチル化を介するエピジェネティック調節機構が協調して遺伝子発現を調節していることがわかる。ただ、残念ながら世代を超えて進むこのエピジェネティックな調節機構の破綻が、なぜ生殖細胞の破綻に繋がるのかについて明確な答えは示されていない。明日紹介する残りの論文で示された高い遺伝子発現を誘導する遺伝子の標識機能、あるいはトランスポゾンの転写の標識機能などとの関わりで、再検討していくことが重要だろう。明日は、残りの論文２つを紹介しよう。 この内容は澤さんから以下の訂正を指摘されています。 線虫の脱メチル化酵素NMAD-1が欠損すると4世代目で不妊になるとありますが、これはspr-5との二重変異体です。spr-5単独では20世代くらいで不妊ですが、さらなるNMAD-1変異で表現形がヒストンメチル化異常含めて増強されるようです。脱メチル化酵素の変異体自身はstock centerにホモ変異体で入手できますので、おそらく不妊にならないと思います。spr-5変異で世代が進むと不妊になる原因は、様々な遺伝子発現異常でしょうが、特に精子形成遺伝子の発現が低下することと相関するそうです。http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19379696

今TPP交渉が妥結直前で、農協もグローバライゼーションでいよいよ危機に瀕してきた。しかし２１世紀に入ってから穀物の国際価格は２倍も上昇しているのに、我が国のカロリーベースの食料自給率はすでに５０％を切っている。高齢化、少子化、膨大な公的負債などから考えても、急速な円安で食糧輸入が不可能になり食糧危機が起こってもおかしくない。おそらくそんな危機を経験して初めて構造改革ができるのだろう。ちょっとこじつけの出だしだったが、生物の進化も同じような危機をバネに進化してきた。その一つが「窒素危機」と呼ばれる危機で、これをバネに自ら窒素を固定するニトロゲナーゼを進化させた。もともと生命が誕生した３８億年前、生命が利用できる窒素源はNO2で、大気中の窒素とCO2が稲妻のエネルギーで生成されたと考えられている。ただ、生命が誕生した３８億年から２５億年前までの始生代には持続的にCO2が減少し、その結果NO2の生成が２桁減ったと考えられている。この結果、当時の生命は「窒素危機」と呼ばれる絶滅の危機に瀕するが、その中から大気中の窒素を固定するためのニトロゲナーゼを進化させた生命が発生し、生命は全体として窒素自給体制を完成させ現在に至っている。今日紹介するワシントン大学からの論文は、このニトロゲナーゼの進化についての研究で４月３０日号のNatureに掲載されている。タイトルは「Isotopic evidence for biological nitrogen fixation by molybdenum-nitrogenase from 3.2Gyr （３２億年前にモリブデン型ニトロゲナーゼによる窒素固定が行われていたことのアイソトープによる証明）」だ。私にとっても全く初耳のことだが、これまでゲノム解読された原核生物、古細菌類の１５％がニトロゲナーゼを持っている。即ちこの細菌が私たちの窒素源になっている。ほとんどのニトロゲナーゼはモリブデンを活性に必要としているが、他にもバナジウム、鉄を活性中心に持つ酵素も存在している。今日紹介する研究では、最初の窒素固定に関わるニトロゲナーゼのタイプを特定しようと試みている。もちろん、そんな時代の遺伝子が残っているはずもなく、また現存のニトロゲナーゼ配列の系統的比較もここまで古い話になると推定が困難になる。代わりにこの研究では、生物が沈殿したケロージェンを含む岩石の中のN14,N15(窒素同位元素)を測定し、固定された窒素のパターンを調べることで、窒素固定に関わったニトロゲナーゼのタイプを特定できることを示した上で、３２億年前の岩石中のケロージェンに残る固定された窒素がほとんど生物由来で、モリブデン型のニトロゲナーゼに由来していることを示している。この結果から、最初のニトロゲナーゼはモリブデン型の祖先型で、バナジウム型や鉄型ではないと結論している。よく読んでみると、この結論を引き出すためには、当時の大気状態を含む様々な条件等について多くの推論を重ねており、次は全く異なるシナリオが提出される懸念はぬぐえない。ただ、金属の触媒作用を利用する酵素の基本特性を探る中で、生物と無生物の接点が見える可能性は実感できた。モリブデンの周りに窒素を求めて古細菌が集まっていたのが目に浮かぶ。

連休中外国に出かけ、現在帰国の途にある。当てにしていた飛行機内でのWiFiが使えず、ホームページへのアップロードが１０時を過ぎてしまった。いずれにせよ今日中にアップロード出来てホッとしている。というのも、今日は「論文ウォッチ」にとって特別の日だ。昨年の５月８日から1日も欠かさず論文を紹介して来て、ちょうど今日が１年目にあたる。もちろん途中で穴が開いたとしても、読んでいただいている皆さんにとっては別に大したことではないだろう。でも、1日も欠かさず毎日論文一報を紹介しようと思い立った私は、大きな達成感を味わっている。 　　毎日休まず論文を紹介しようと思い立ったのは昨年の３月で、４月１日を期して、目標達成に向けて日々の生活サイクルまで変化させて書き始めたのだが、一ヶ月ほど続けた５月４日あえなく頓挫してしまった。別に病に臥せったというわけではなく、実際には連休を利用して参加したボルネオ・ジャングルトレッキングツアーで泊まった宿のインターネット接続がうまくいかず、原稿は書いたが３日間ホームページにアップすることが出来なかったのが理由だ。もちろんボルネオまで出かけるからには、宿でインターネットにアクセスできるかも問い合わせていたのだが、行って見るとホテルのLANは使い物にならず計画は頓挫した。気を取り直して、帰国後５月８日から再度挑戦を始め、今度は穴を開けることなく、少し遅れたが本日昼前、目出度く１年目の記事をアップロード出来た。とはいえこの前置きは全く私の自己満足で、今日もこれまで通り淡々と論文を紹介する。 　１年３６５日論文を紹介し続けると、生命科学分野のホットトピックスについてはだいたい把握できる。中でもガン免疫療法についての最近の論文を読むと、これまでやってみないと結果がわからなかったガンの免疫療法が、結果を論理的に予想できる治療へと確かな一歩を踏み出したことを実感する。今日紹介するスタンフォード大学からの論文も同じようにガンに対するキラーT細胞の誘導が目的だが、臨床応用も近いと思わせる独自の方法を提案した研究でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「Allogeneic IgG combined with dendritic cell stimuli induce antitumour T-cell immunity （遺伝的系統の異なる個体からのIgGと樹状細胞の刺激を組み合わせることでT細胞免疫を誘導できる）」だ。 　　さて、いくら悪性のガンでも、遺伝的に異なる系統に移植すると完全に排除される。このことから、キラーT細胞がしっかり誘導できればガンを根治できることがわかる。これを実現するため、１）正常とガンを区別できるガン特異的ペプチドを特定し、２）樹状細胞とともに免疫して、３）ガン特異的キラーT細胞を誘導するのが現在の研究の主流だ。特に最近、このコンセプトが正しく、キラーT細胞を使ってガンを根治できることを示す論文が相次いで発表され、メラノーマについては臨床研究まで始まった。たしかにこの方向は究極のプレシジョンメディシンで、結果を予測できる論理的な治療法だが、プロトコルが複雑で、普及には時間がかかる。もう少し簡単なキラー誘導方法がないか検討したのがこの研究で、まず宿主とは系統が異なるため、拒絶されることがはっきりしているガン細胞に対する免疫が成立する過程を詳細に分析し、ガン細胞拒絶のための条件を探している。その結果、他系統のガンに宿主のIgGが結合し、ガン細胞表面で抗原抗体複合物が形成されることが、ガン免疫成立のカギであることを突き止めた。そして、抗原抗体複合体が樹状細胞を活性化してガン細胞の取り込みを促進し、結果として樹状細胞が多くのガン特異抗原をT細胞に提示できるようになり、ガン特異的免疫が成立することを明らかにした。次に樹状細胞を活性化するための条件を検討した結果、ガンの増殖部位にガンに結合するIgGと樹状細胞を刺激するTNFα+CD40Lを注射するだけでガンを完全に除去できることを示している。最後に、こうして活性化された樹状細胞を他の担ガン宿主に移植するとガンが消滅することを確認し、活性化樹状細胞が誘導できると多くのガン細胞が樹状細胞に取り込まれ、ガン特異的免疫が成立することを示した。また、架橋剤を使って抗原と無関係にIgGをガン細胞に結合させる方法でも樹状細胞を活性化できることを示している。これらの結果から、IgGによる樹状細胞活性化のために、必ずしもガン表面に抗体が結合できる抗原が存在する必要はなく、樹状細胞を活性化することが、キラーT細胞を誘導のための最も重要な要因であることがわかる。これは、実際に臨床応用するとき役に立つ情報だ。この研究はまだ動物モデルの前臨床段階だが、人への応用を視野に入れて、人のガン表面上の抗原抗体複合物が樹状細胞を活性化し、T細胞免疫を誘導することを最後に示している。 　様々な実験が行われているが、適切に活性化した樹状細胞にガン細胞を処理させれば、自己のガンに対しても強い免疫反応を誘導できるという結論だ。重要なのは、このプロトコルは明日にでもヒトに応用できる点だ。健康保険は使えないが、樹状細胞によるガンの免疫療法は我が国でもずいぶん普及し、この治療を専門に提供している施設の数も多い。しかしこれまでの方法は、原理は正しいが、うまくいくかどうかはやってみないとわからなかった。その意味で、現在普及している樹状細胞治療を少し変えるだけで、より確実な方法へと技術をステップアップさせられるなら、期待は大きい。

おそらくほとんどの読者は、白内障だけでなく黒内症があると聞くと驚かれるだろう。通常黒内症とは、全身性の病気が原因で視野が失われる状態を意味しており、高血圧や糖尿病による視力障害もこの中に含まれる。逆に、目だけに起こる異常による視力障害、例えば黄班変性症や色素性網膜炎などはこれに該当しない。この中に、遺伝的原因で視覚が障害される黒内症の一つが先天性Leber黒内症で、網膜色素細胞で発現しているRPE65遺伝子の突然変異が病気の原因であることがわかっている。今日紹介するロンドン大学からの論文はレーバー黒内症の遺伝子治療臨床研究で、５月４日発行のThe New England Journal of Medicineに掲載された。タイトルは「Long-term effect of gene therapy on Leber’s congenital amaurosis （先天的Leber黒内症の遺伝子治療の長期効果）」だ。視細胞は光を感じるロドプシンの活性を維持するためにレチナールのリサイクルが必要だが、RPE65分子は網膜色素細胞に発現し、レチナールをリサイクルする分子だ。従って、この分子の突然変異の結果起こる症状は、ビタミンA欠乏で起こる鳥目と同じだが、機能低下にとどまらず時間が経つと視細胞が失われていく。幸い眼球はもともとアデノウイルスベクターを使った遺伝子導入に適した組織で、この疾患は最初から遺伝子治療の重要な標的として研究され、２００８年には幾つかのグループが遺伝子治療が有効であることを示している。今日紹介する論文はその延長で、３年という長期の効果を報告したものだ。結論だが、RPE65遺伝子を運ばせたアデノウイルスベクターを直接に中心窩近くの網膜内に投与することで、５０％の患者さんで光感受性が上昇し、薄暗い場所での視力が回復している。また、この回復は投与後徐々に進み、６−１２ヶ月でピークに達し、その後はまた低下することが確認された。一見期待できる結果だが、患者さんに使ってみて初めて多くの問題も明らかになっている。まず２５％の患者さんで網膜の炎症が副作用として現れ、２例では炎症による視力の低下が起こっている。安全な遺伝子治療実現には、免疫反応を起こさないベクターの開発が急務になる。さらに、今回使われたウイルス力価による治療では、かなりの時間暗闇で慣らさないと視力回復効果がない。今後なんとか副作用を抑えたベクターを開発し、もっと高力価のウイルスを使う必要があるだろう。今回の研究で最も期待に反していた結果は、視細胞の変性が進んだ１７−２５歳の患者さんで遺伝子治療の効果が最も著銘に見られ、、まだ変性の進んでいないもっと若い患者さんでは大きな効果が見られなかった点だろう。おそらくリサイクルできるレチナール量の回復が不十分なため、変性が進んで視細胞の数が減ったことで、リサイクルされたレチナールが細胞に行き渡るようになり、細胞数の減少という災いが幸いしているようだ。また、１年を過ぎると効果が落ちることから、細胞の変性を食い止めるところまでは至っていないことがわかった。以上のことから、副作用のない高力価ウィウルスベクターの調整が今後最も重要な課題であることは間違いない。とはいえ、このように数多くの問題を抱えながらも、一定の治療効果が示されたことは、この治療法のコンセプトが正しかったことを示している。このように、確かに遺伝子治療は幾つかの疾患で実用段階に来たが、本当の普及には、医師、研究者、患者が一体となって取り組まなければならない多くのハードルはあるようだ。

なんども紹介してきたが今考古学分野が面白い。石器などの遺物と骨格による解剖学的解析を組み合わせて、当時の出来事を推察するのがこれまでの考古学だったが、そこにゲノムとして記録されていた情報が加わった。文字の記録がない時代の歴史を有史以前、すなわち記録のない時代と区別してきたが、ゲノムを高次の記録のない時代についての記録された情報として利用できることが明らかになってきた。そのおかげで現代人の祖先（anatomically modern human解剖学的現代人：AMHと呼ぶ）が、いつどこでネアンデルタール人と交雑したのかかなり正確に推察されている。しかし考古学と生物学が別個に研究されるのではなく、両方の協力や統合が必要になる。今日紹介するイタリア・ボーローニャ大学からの論文はこの典型で、Scienceオンライン版に掲載された。タイトルは「The makers of the Protoaurignacian and implication of Neandertal extinction (原始オーリニャック文化の担い手から考えるネアンデルタール人消滅)」だ。ネアンデルタール人の文化はムスティエ文化となずけられ、その後現れる私たちの先祖の形成したオーリニャック文化から、石器の形状などで区別されている。ただ昨年８月このホームページでも紹介したが（　http://aasj.jp/news/watch/2061　）、この二つの中間段階にある原始オーリニャック文化については、私たちの先祖の文化と決めつけていいのか異論があった。昨年紹介したのは、石器の詳しい年代分析から、ウルッツァ文化やシャテルペロン文化のような原始オーリニャック文化は、私たちの先祖の形成した文化であることを結論した論文だった。このように意見が分かれる最大の理由は、石器が発見された場所から解剖学的特徴がはっきりした人骨が発見できず、文化の担い手を解剖学的に特定できなかったからだ。この研究では、私たちの先祖かネアンデルタールか議論が続いてきたイタリア各地の原始オーリニアック文化で発見された歯の化石を解剖学及びゲノムレベルで調べることで、誰が文化の担い手だったか特定しようとしている。まず出土した歯のエナメル質の厚さを精密にネアンデルタールの歯と比較し、原始オーリニャック石器とともに出土した歯が私たちの先祖の歯に近いと結論している。この結論を、記録としてのゲノム情報を用いてさらに確実にしようと、ミトコンドリアゲノムを完全に解読し、このゲノムが約４５０００年前の私たち先祖のものであることを決定した。この時代は北イタリアにもネアンデルタールが生存していた時代と重なるため、おそらくより精度の劣る石器しか使っていなかったネアンデルタール人は、刃の鋭さを再調整した優れた石器を持つ原始オーリニャック文化に滅ぼされることになったのではと結論している。ゲノムという記録された情報が時代と系列を明らかにすることで歴史の理解に大きな貢献をしていることを示す典型的論文だと思う。今後も目を離さず紹介していきたいと思っている。

私の学生時代は、発生学にシュペーマンの伝統が脈々と生きており、実験動物もアフリカツメガエル(Xenopus )の独壇場だった。しかし今やXenopusを用いた研究は地盤沈下が激しく、発生学の専門誌Developmentでもエディター仲間に一人Xenopusを使った研究者がいたが、Xenopusの論文はかなり少数派だった。この理由は、Xenopusの持つ実験上の優位性が失われ、この実験システムでないと研究できないテーマが激減したためだと思う。Xenopusを用いる発生学の伝統が復活するためには、Xenopusに向いたしかも普遍的なテーマを探すことが必要になる。今日紹介するノースウェスタン大学からの研究はこれに成功した研究でScienceオンライン版に掲載された。タイトルは「Shared regulatory programs suggest retention of blastula-stage potential in neural crest cells（共通の調節プログラムの存在から、神経堤細胞の多分化能は胞胚期の多分化能が維持された結果であることを示唆している）」だ。この論文を理解するには神経堤細胞の多分化能について最低限の知識が必要だろう。神経堤は神経管の上部から発生し、神経や色素細胞へ分化する細胞だが、頭部の神経堤細胞はさらに骨や筋肉を含む多くの細胞系列へ分化する多分化能を持つことが知られている。多分化能といえばもちろんES細胞が由来する胞胚期の細胞の特徴だが、神経堤細胞は発生中期にできてくる細胞にもかかわらず、最も未熟な多能性細胞に匹敵する分化能力を持っている。このため分化能が一度制限された神経細胞が神経堤細胞へと分化する時多能性が新たに誘導されると考えられていた。この研究を行ったLaBonneさんたちはこの通説に反し、神経堤細胞の多分化能は胞胚期の多分可能に関わる分子ネットワークがそのまま維持され続けた結果ではないかとこの論文で提唱した。この仮説が正しければ、神経堤細胞も胞胚期の細胞と同じ多分化能の維持に関わる分子を発現しているはずで、この点の検討から研究を始めている。期待通り、山中４因子を含む多能性維持に関わる分子が両方の細胞で発現していることが確認された。次に、Xenopus胞胚期の多能性細胞を代表するアニマルキャップ細胞を分化させる時、神経堤が誘導される条件でだけ多分化能を持った細胞が誘導でき、この細胞から普通神経堤細胞からは分化しない内胚葉細胞まで分化してくることを発見した。すなわち、神経堤細胞は、ほぼ胞胚期の細胞と同じ多分化能を持っていることを示している。これが人為的な実験的条件がもたらした結果でないことを示すため、正常胚から神経堤細胞を取り出して培養し、胚内の神経堤細胞も条件さえ整えば内胚葉へ分化できることを示している。これらの結果から、LaBonnaさんたちは、神経堤細胞の多能性は、胞胚期の多能性維持機構の全部、あるいは一部が維持された結果だと結論している。論文は論理的で、実験もしっかりしている。ただ完全に納得したかと言われるとそうはいかない。研究はXenopusを用いた比較的古典的実験系だけで行われており、この説が正しいかどうか、あるいは全ての脊椎動物で同じことがいえるのかさらに検討が必要だと思う。特に多能性の分子ネットワークが維持され続けている途中段階の細胞を特定する必要があるだろう。同じような研究をマウスES細胞で行った（Cell 129,1377）本人としては、単一細胞レベルの追跡実験が必要だと思う。とはいえ、Xenopus研究の歴史で培われた全てのテクノロジーを重要な問題に集中させる方法には好感が持てる。興味があったので調べてみると、神経堤細胞分化の第一人者Bonner-Fraserさんのポスドクから独立した若手のようだ。今後Xenopusを用いる発生学のリーダーとして活躍を期待したいと思う。

喜んでダイエットに挑戦する人たちはともかく、私たちは空腹を不快と感じ、不快な空腹をもたらす条件を記憶に残し、次にはなるべく避けようとする。このような空腹の感覚は視床に存在するAgouti-related peptide (AGRP)を分泌する神経細胞の興奮と相関することがわかっている。今日紹介するバージニアのハワードヒューズ医学研究所からの論文は、マウスモデルを用いて、このAGRP神経細胞を刺激した時、空腹を感じるだけでなく、その状況についての記憶を促進する刺激としても働いているかどうかを調べた論文で、Natureオンンライン版に掲載された。タイトルは「Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal （空腹や渇きに関わる神経は負の経験としてシグナルを送ることができる）」だ。この論文ではまず、匂いだけが違っている２種類の食べ物を自由に食べさせる条件で、光遺伝学を用いて片方の匂いとAGRPニューロンの刺激を結合させると、その匂いの食べ物が避けられることを確認し、AGRPニューロンの刺激で空腹感を与えると、その時の匂いを忌避すべき条件として記憶することを示している。次に逆の実験を行っている。即ち、こAGRPニューロンの興奮を阻害できるように遺伝子操作したマウスを、食べ物を与えず空腹感を感じる条件に置き、即ち普通ならAGRPニューロンが活性化される条件で、AGRPニューロンの興奮を阻害するとともに、同じ匂いを経験させる。すると今度は阻害により空腹が去ったと勘違いし、ニューロン興奮を阻害した時嗅いだ匂いを好むようになる。これらの結果は、１）空腹の起こった条件は記憶される、２）この空腹感はAGRPニューロンの刺激の度合いで決まる、ことを明らかにした。この条件は決して嗅覚で感じる条件に限るものではなく、空腹を経験した（AGRPニューロンが興奮した）場所も記憶として残る。おそらくこのような記憶は動物が食物を探す時重要な役割を果たすだろう。最後に他の条件反射との関連を調べるため、レバーを押すと食べ物が得られることを教えたマウスのAGRPニューロンを刺激すると、レバーを押す回数が減ることを示している。即ち、レバーを押して食物を得たとしても,AGRPニューロンが刺激されると空腹感が残るため、レバーを押して食物を得る行動に熱が入らなくなるということだ。さて、行動学的解析についての解釈が正しいとすると、食物を摂取することで、空腹によるAGRPニューロンの興奮が消失するはずだ。これを調べるため、AGRPニューロンの興奮を生きたままモニターできるように細工したマウスを使って確かめている。結果は予想通りで、空腹時におこるAGRPニューロンの興奮は、接触行為自体ではなく、栄養を摂取した時だけ抑制されることを示している。そして最後の仕上げとして、同じ記憶を渇きで興奮する神経の刺激でも誘導されることも示して論文は終わっている。空腹をなるべく経験しないように、動物にとって必須の脳機能を明らかにした重要な研究だ。このように、光遺伝学や、化学物質を使って特定のニューロンを刺激したり、抑制する実験が可能になり、これまで明らかになっていなかった様々な行動の背景にある神経ネットワークがどんどん明らかにされていく。しかし対象とする行動だけ変えて、同じパターンの研究が続くとすこし飽きが来る。このブームの次に何が来るのか。より複雑化した行動へ挑戦していくのか、霊長類などより人間に近い動物へと移っていくのか？素人の私から見ると、人間にしか見られない性質が細胞レベルで語れるようになるのは、まだ新しいブレークスルーが必要な気がする。それまで生きていられるか、すこし不安だ。