ヒト胚の発生過程は試験管内での実験が難しいことから、以外とわかっていないことが多い。皮肉なことに、生殖補助医療の進展で現実には膨大な数のヒト胚が培養されている。

今日紹介するペンシルバニア大学をはじめとする国際チームからの論文は、ヒト胚のF-アクチンと、核内DNAを可視化した上で、試験管内発生過程を追跡することで、これまで見落とされてきた過程を特定しようとした研究で、７月５日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Human embryo live imaging reveals nuclear DNA shedding during blastocyst expansion and biopsy（ヒト胚の生体イメージングにより胚盤胞の成長時とバイオプシー時に核DNAが高率に排出されることが明らかになった）」だ。

この研究では2細胞期にDNAを染める色素と、アクチンを染める色素を注入し、細胞分裂や核の動態と、分裂に伴う細胞骨格の再構成を追跡できる様にして、あとはヒト胚培養でハッチングが起こり、胚盤胞が形成されるまでの過程を克明に観察、時にマウスと比較しながら、新しい発見がないか調べている。色素注入胚はマウスで子宮に戻せば正常発生を遂げて、出産に至ることを確認して、この処理が発生に影響ないことも確かめている。

期待通り、これまであまり指摘されてこなかった様々なことがわかってきた。例えば、コンパクションはマウスでは栄養外胚葉と内部細胞塊が分かれる前の、胚の内外がで出来る過程だが、ヒトでは内外の分離が出来てから始まり、マウスの様にコンパクションが同期する傾向は低い。

またコンパクション時に見られる細胞分裂後の核の位置も、マウスでは娘細胞の核が離れて位置する傾向にあるが、ヒトでは分裂面に近いところに位置する。これは細胞骨格の動きがマウスとヒトでかなり違っていることを示しているが、このような変化の結果、ヒトでは栄養外胚葉と内部細胞塊を結合しているつながりがマウスより数多く見られる。

残念ながらこのような細胞質間のつながりの機能についてはよくわからないが、マウス胚での過程をそのままヒトに移すことが出来ないことは明らかで、今後今回新しく発見された現象の意義を解明する必要がある。

タイトルにある様に、この研究が最も注目したのが、栄養外胚葉形成後の成長期に、高い確率で核内から染色体が一部吐き出され、細胞質に残存していく現象だ。このような大きな染色体の変化は、分裂時に染色体が分離するときに起こるのだが、栄養外胚葉で見られるのは、核から直接染色体の一部が吐き出される現象で、分裂と関係がない。

細胞核は特別なケラチンで囲まれているが、この密度が低い場合に排出が起こりやすいこと、さらにこのケラチンの発現を抑えると、やはり染色体排出が高まることを明らかにし、ヒト胚栄養膜外胚葉で核のメカニカルな強度の変化が染色体の排出を促していることを明らかにしている。

以上のことから、メカニカルストレスを胚に与えることになる、着床前診断のための栄養膜外胚葉バイオプシーが染色体排出の原因になると考え、バイオプシー後の胚での染色体輩出率を調べると、バイオプシーなしの胚と比べて数倍に上昇していることを明らかにしている。

結果は以上で、生殖補助医療の成功率や安全性の向上という目的に絞って、まず胚を見るところから始め、見るだけでこれだけの問題を明らかに出来ることを示した点は大きく評価できる。

昨日に続いて今日も大規模言語モデルの論文になるが、Nature やScienceのような一般トップジャーナルでAIに関する論文の数が急速に増えてきた様に思える。それを反映して、今週号のScienceは、A machine-intelligent worldというタイトルでAIが特集され、様々な論文が発表されている。この最後に編集者が様々な専門家の意見をまとめた記事があり、Marvin Minskyが予言したSuper intelligenceを持つAI技術の課題がほぼ解決されるという時代が来たこととともに、1）Data contamination、2）答えの安定性、3）ハルシネーションの問題がリストされている。いずれにせよ、３年前に我々が新型コロナを経験したのと同じ様なインパクトのある波に科学と社会が直面していることは間違いない。

今日紹介するMITのDepartment of Economyからの論文は、ChatGPTの労働生産性と労働者への影響を調べた研究で、7月14日号Scienceに掲載された。タイトルは「Experimental evidence on the productivity effects of generative artificial intelligence（生成AIの労働生産性効果に関する実験的研究）」だ。

研究はウェッブの呼びかけに応じた４５３人に、申請書作成のような文章を作るデスクワークを行なってもらうときに、ChatGPTを使うグループと、使わないグループに分け、仕事の速さや質といった生産性を調べている。さらに、その後のフォローアップも２ヶ月間行なっている。

多くの会社で大規模言語モデルをどう使うか考えていると思うが、そのニーズに合わせてこんな実験をやってしまうとはさすがアメリカと思う。実験は今年の1月に始められており、ChatGPTが昨年１１月公開を考えると、極めてタイムリーだ。実際、ほとんどの参加者は、月収７万ドルに近いホワイトカラーだが、参加時点でChatGPTを使った経験はなく、存在についても聞いたことがあるという人がいる程度だった。

課題は一種のアルバイトのような形で提供され、基礎時給が１０ドル、仕事のできに合わせて１４ドルまで追加されるという、実践的な実験になっている。

基本的には、与えられた課題をChatGPTに作らせ、それを自分で添削して提出することになるが、このような仕事の場合、必要な時間は４割減少し、さらに専門家が判断した仕事の質は１割程度上昇する。まさに期待通り、ChatGPTを用いると労働生産性が上がる。

参加した被験者のこの課題についての能力は最初はばらついているが、ChatGPTを使うようになってから、課題をこなすごとに個人差もなくなっていく。

基本的に仕事の質は検証されれいるので、経営者から見たらめでたしめでたし、労働生産性の向上にChatGPTは大きく寄与することになる。

これだけなら世界中のオフィスで経験されていることだが、この研究では同じ仕事をChatGPTに行わせてみて、実際参加した人が、ChatGPTによる結果をどの程度訂正、編集しているかも調べている。すると、ほとんどの参加者がChatGPTからの結果に満足して、添削は最小限にとどまっていることもわかった。

最後に参加者にChatGPTの評価をしてもらうと、仕事が効率化されるので今後も使うというポジティブな評価をしている。その上で、今後仕事が奪われるという恐怖か、さらに楽になるというポジティブな評価かを調べると、楽天的で、ChatGPTのおかげで良くなるという評価が圧倒的に多かった。

また、一度使うと多くの人が自分の仕事に使っていることもフォローアップで確かめている。

結果は以上で、驚く内容では無いが、タイムリーに実験的にChatGPTのポテンシャルを確かめている点と、Science が掲載していることに驚いた。

自分が医学分野で活動していたこともあるが、大規模言語モデル（LLM）は患者さんと医学知識を近づけることが期待され、医学側でも医者に直接意見を聞く代わりになるかについて、様々な検証が始まっている。ただこの目的のためには、チャットボットで出てくる答えに科学的根拠があり、また致命的な間違いが起こらないことを確かめる必要がある。勿論、生身の医者ならもっと間違うという意見もあるが、同じLLMを数多くの人が用いる限り、それぞれのLLMに対して法的な検証と利用ガイドラインができるだけ早く制定される必要がある。

勿論これと平行してLLMをより完璧な医学チャットボットが可能なモデルに仕上げる努力が必要だ。今日紹介するグーグル研究所からの論文は、既存のLLMの医学知識レベルを高めるための Instruction prompt tuning を含む一連の方法を検証した研究で、7月12日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Large language models encode clinical knowledge（臨床的知識をエンコードした大規模言語モデル）」だ。

グーグルは、様々な領域での生成AIの基礎となる transformer/attention を開発し、ChatGPTと同じスケールの５４００億パラメーターを持つニューラルネット上に構築した LLM、PaLM を公開している。もちろん PaLM も医学的質問に答えることは出来るが、専門家から見たときにはなかなか完璧な正解とは行かない。そのため、様々な医学情報を学習させて、医学目的に対応できる様微調整をする必要がある。ただ、これを普通の事前学習と同じように行うと、５４００億パラメーター全てを変化させるという膨大な計算量が必要になる。そこで、グーグルはLLMを微調整するための Instruction fine-tuning の方法を開発し、医学医療についての質問と答えを集めたデータベースを用いて微調整した Flan-PaLM では、例えば PubMed を学習したGPTと比べて正確度で１７％上昇させることに成功している、

ただそれでも６７％の正確さにとどまるので、通常行われる医学ドメインに特化した強化学習を追加するのではなく、instruction prompt tuning を用いることで、元のパラメーターを変化させずに、パーフォーマンスが高まるか調べている。すなわち、この研究の主目的は医学ドメインの知識の質をプロンプト戦略が可能にするかの検証と言える。プロンプト戦略についての解説は省略する。

こうして出来たモデルが Med-PaLM で、Flan-PaLM では６０％台にとどまっていた正確性が９０％を超える様になっている。これについては複数の答えから正解を選ぶ米国医師国家試験で、平均点６０％を大きく上回り８５％の正解率であることが報告されている（https://blog.google/technology/health/ai-llm-medpalm-research-thecheckup/）。

この研究では、さらに間違ったことを言っていないかだけではなく、答えに必要な情報が全て述べられているか、答えが科学的根拠に裏付けられているか、医学的問題を起こす間違いを犯さないか、さらに一般の人へのわかりやすさなどを検証し、その全てで Med-PaLM はそれまでのLLMを凌駕していることを示している。しかし、臨床家が時間をかけて示す答えと比べると、かなり近いところに来たが、臨床家の方が勝っていることも示している。

面白いことに、一般の人の評価はJAMAの調査では ChatGPT の方に軍配が上がっていたが、Med-PaLM では、臨床家の方に軍配が上がっている。

以上が結果で、自然な会話が出来るという意味で、パラメーターや学習ワード数が何千億という規模は必須だが、それを医学の様な特定のドメンで微調整したいとき、パラメータを変化させない、すなわち計算量の少ない、しかし極めて効果の高い微調整方があることを示すとともに、患者さんが安心して使える、科学に基づいた医学チャットボットの実現は近いことを実感させてくれる。

様々な処理については私は素人だが、微調整のために、LLM の不確かさを認識させる方法が重要で、今後のさらなる研究が必要であることが述べられていたが、この分野の素人でもなるほどと納得した。

少しガンについての論文紹介が続くが、今日紹介したいメンフィスの St Jude子ども病院からの論文は、腫瘍内ではグルタミンが欠乏する結果、腫瘍免疫を維持する樹状細胞機能不全が起こっており、グルタミンの局所投与でこれを治療できることを示した研究で、７月５日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「SLC38A2 and glutamine signalling in cDC1s dictate anti-tumour immunity（DC1でのSLC38A2とグルタミンシグナルが抗腫瘍免疫を指示する）」だ。

グルタミンはアミノ酸の中でも多様な効果を持つアミノ酸で、TCAサイクルを介したエネルギー生産、活性酸素合成、さらにはエピジェネティックス調節だけでなく、アミノ酸や核酸合成、そしてリソゾーム形成調節を介したオートファジーにまで関わっている。従って、グルタミンがガン免疫に関わることは特に不思議はない。

しかし、この研究は、グルタミンをガン局所に投与するとガンの増殖が抑えられるという想像以上の効果がグルタミンにあることをまず示す。ガン局所にグルタミンを投与するなど、敵に塩を贈るようなものだと考えてしまうが、実際にはガンがグルタミンを取り込む結果、局所でグルタミン欠乏が起こっていること、そしてガン局所にグルタミンを補充してこの欠乏を止めるとガン免疫が高まり、たとえばPD1抗体によるチェックポイント治療効果が高まることを示した。

あとはこのメカニズムを解析し、まずグルタミン欠乏に弱い細胞を探索し、CD8活性に関わる１型樹状細胞（DC１）の機能がグルタミンに強く依存しており、グルタミン投与でDC1が活性化されると、CD8キラー細胞が局所で維持されることを明らかにする。

先に述べたように、グルタミンはさまざまな経路に関わっているので、DC1細胞内のどの経路がこの現象にかかわるかを調べている。詳細を全て省いてまとめてしまうと（実際、この研究過程が極めて複雑）次のようになる。

グルタミンを細胞内に取り込むトランスポーターは複数存在するが、DC1はSLC38A2に完全に依存しており、この分子を通して得られるグルタミン量が細胞内のセンサーに感知されることになる。

おそらくグルタミン欠乏によって他の効果も存在するとは思うが、DC1では栄養欠乏時にリソゾーム膜に結合し細胞内代謝調節の核であるmTOR分子のリソゾームへのリクルートを阻害する分子、folliculinとその結合蛋白FNIP2の結合が低下する。逆にグルタミンを補充すると、folliculin-FLNPが活性化して、リソゾームへのmTORリクルートが阻害される。mTOR活性が低下すると、TFEBと呼ばれるオートファジーを調節する転写因子のリン酸化が低下し、その結果核内移行によりオートファジーに関わる分子の転写が高まり、その結果DC1が活性化される。

以上がシナリオで、結構複雑な経路がグルタミンで活性化されることがわかる。しかしメカニズムはともかく（これがないと論文がアクセプトされないのだが）、この論文のハイライトは、グルタミンを腫瘍組織に補充するという単純な方法でガン免疫を高められるという発見だろう。おもしろい。

２１世紀に入ってガンのゲノム研究がすすむと、ガンのドライバー変異が続々発見され、それらに対して開発された標的薬が大きな効果を示すことがわかり、ゲノム研究によりガンが制圧できるのではという高揚した気分が生まれた。しかしその後の研究で、どれほど大きな効果が見られても、最終的に標的薬に耐性のガンクローンが現れることがわかり、今や標的薬だけで根治が可能と考える人はいなくなった。

今日紹介するハーバード大学からの論文は、非小細胞性肺ガンでさまざまな標的薬治療を受け、耐性になったガンのゲノムを調べ、一本鎖核酸のCをU/Tに変換するデアミナーゼAPOBECが、耐性変異誘導に一役買っていることを明らかにした研究で、７月５日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Therapy-induced APOBEC3A drives evolution of persistent cancer cells（治療により誘導されるAPOBEC3Aが持続的ガン細胞の進化を誘導する）」だ。

非小細胞性肺ガンは、ALKやEGFRなどのキナーゼ変異をドライバーにしていることが多く、この変異型分子に対する標的薬の治療を受けるが、効果は長続きしないケースが多く、ガンのコントロールができなくなる。この研究では、こうして発生した治療耐性ガンのゲノムを調べると、多くがAPOBECによる作用で起こった変異であることに気づく。

そこで試験管内でキナーゼ阻害を行い耐性発生前後の変異の方を調べると、APOBEC型の変異が増えることを確認している。すなわち、治療によりAPOBEC型変異が選択的に誘導されることがわかる。

メカニズムを探ると、なんとAPOBEC A3Aが標的薬にさらされることで、NfKBを解する経路で誘導され、DNA 合成時に複製中の核酸のCを脱アミノ化し、その結果DNA障害が起こりやすくなることで、APOBEC型変異が増えるとともに、さまざまな大きな構造変異が誘導されることがわかった。

そこで、APOBEC A3Aを今日発現させたり、あるいはノックアウトした細胞株を作成し、標的薬施処理する実験を行うと、A3Aが過剰発現した細胞株では耐性ガン細胞が出やすい一方、ノックアウトした細胞株では耐性ガンが出にくいことを明らかにし、APOBECが標的阻害剤耐性ガンの発生に重要な役割を演じていることを明らかにする。

以上が結果で、おそらく標的薬によりガン細胞の起こった一種のストレス反応が、APOBEC A3Aの誘導を介して、変異の誘導効率を上昇させているという恐ろしい話だ。

とはいえ、ここで示されたようにA3A誘導が大きな貢献をしているとすると、APOBECを阻害した上で標的薬治療を続ければ、耐性ガン細胞は出にくいと予想できるので、標的薬の効果を長続きさせる可能性示した大きな貢献だと思う。

何度も紹介している様に、ガンが発現する表面抗原に対する抗体をT細胞受容体の代わりに使ったキメラ抗原受容体T細胞（CAR-T）は、B細胞系の白血病に対して大きな効果を上げている。しかし、たとえば小児の白血病で特に顕著だが、注入したCAR-Tを何年も維持することは簡単ではない。

他にもガンの方から抗原が消えてしまう問題、さらにはまだ固形ガンに対しては確立された方法がないなど、最初の期待と比べると、まだまだ満足できるレベルに達していないといえる。

今日紹介するMITからの論文は、CAR-Tの刺激を、ガン細胞だけではなく、ワクチンの形でリンパ節でCAR-Tをさらに刺激することで、CAR-T自身を活性化するだけでなく、他のガン抗原に対する免疫反応を誘導する抗原拡散現象が起こり、ガンの根治も可能であることを示した研究で、７月５日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Vaccine-boosted CAR T crosstalk with host immunity to reject tumors with antigen heterogeneity（ワクチンによりブーストをかけたCAR-Tはホストの免疫系と相互作用して複数のガン抗原に対するガン免疫を誘導する）」だ。

CAR-Tの維持が重要なことがわかっていて、これまでCAR-Tをワクチンを使って刺激する研究が行われてこなかったのは不思議な気がするが、ワクチンの設計が簡単ではなかったのだと思う。この研究ではCAR-Tが認識する抗原（この研究ではグリオーマを標的にEGF受容体を抗原として使っている）に、アルブミンに結合する部位と共に直接細胞膜に突き刺さって細胞表面に提示される様にしたワクチンを設計している。これをアルブミンとアジュバントに混ぜて皮下に免疫すると、リンパ節の抗原提示細胞で取り込まれて表面にEGF受容体が発現する。すなわち、ガン局所とは全く異なる場所で全身に分布したCAR-Tを刺激することになる。

これにより、期待通りCAR-Tを刺激し、ガンに対するキラー活性が高まっただけでなく、ミトコンドリアが増加し代謝活性が高まったCAR-T細胞へプログラムし直せるのだが、これに加えて、EGF受容体を発現しなくなったガンに対してもキラー活性が誘導できることを明らかにする。

すなわち、CAR-Tを強く刺激することで、他のガン抗原に対するキラー活性を誘導する抗原拡散が誘導できることを明らかにした。この発見が論文のハイライトで、あとは抗原拡散が誘導されるメカニズムを詳しく解析し、さらに強力な固形ガンに対するCAR-Tデザインを模索している。

このメカニズムだが、ワクチンで刺激されたCAR―Tはガン組織にリクルートされるが、そこでγインターフェロン（IFNγ）を発現することで、ガン局所のマクロファージや樹状細胞を刺激、その結果樹状細胞からIL12が分泌される。このIL12はCAR-Tを刺激することで、CAR-T/IFNγvs樹状細胞/IL-12というループを形成し、ガン組織で持続的な免疫の核を形成する。これに引き込まれて、浸潤してきたさまざまなガン抗原に対するリンパ球がガンに対するキラー活性を発揮し、EGF受容体を失ったガンでも傷害することが可能になるというシナリオだ。実際、ガン免疫が成立するかどうか、ガン組織にリンパ組織様の構造形成が必要なことが指摘されているが、この核にCAR―Tと樹状細胞の相互作用が存在する可能性を示している。

以上の結果に基づき、CAR-Tが抗原刺激によりさらに強いIFNγを分泌するよう遺伝子操作すると、通常のCAR-Tでは到達できないガンの根治まで進める可能性も動物実験で示している。

以上、一石二鳥も三鳥も、ワクチンが可能にするという話で、CAR-Tの次のブレークが水面下で進んでいることがよくわかる。

ホスト由来のガン遺伝子を捕まえて自身の遺伝子としてコードしたレトロウイルスの発見がガン研究の突破口を開いたことは有名な話だが、これは水平遺伝子伝播の一つと言っていいだろう。実際、こうして研究される様になったレトロウイルスは、人為的に遺伝子を導入するベクターとして使われている。

今日紹介するオーストリアの分子バイオテクノロジー研究所からの論文は、広い系統の線虫間での遺伝子伝搬に関わったマーベリックと名付けたウイルス用水平伝搬システムの発見で、６月３０日 Science に掲載された。タイトルは「Virus-like transposons cross the species barrier and drive the evolution of genetic incompatibilities（ウイルス様のトランスポゾンは種の壁を超えて遺伝的不適合性の進化に関わった）」だ。

ウイルスによる水平遺伝子伝搬は、バクテリアだけでなくヒトも含む後生動物でも知られており、珍しくないのだが、この研究ではマーベリック発見までに至る長い過程が面白い。このグループは、異種線虫間の掛け合わせを行う際、F2レベルで一部の個体の発生が遅れる現象を発見し、これが卵子で発現している毒性分子とそれを解毒する遺伝子セットが種によって存在しないためであることを突き止めていた。すなわち、卵子に毒を仕込ませることで、解毒作用をセットで持つ染色体だけが選択され、他の染色体を排除する仕組みを、多くの野生の線虫を用いて調べていた。

この研究では、まず日本種と標準種を掛け合わせてこの現象に関わる毒素分子と解毒分子を特定する話から始まっており、最終的にF2の発生を遅らせるセリンプロテアーゼ活性を持つ毒素の遺伝子を特定することに成功する。

普通はこれで終わりだが、このグループはこの毒素の周りの遺伝子を調べ、両端に繰り返し配列を持ち、中に遺伝子組み換えを誘導するトランスポゼース活性の存在に気づき、毒素遺伝子がウイルスにより水平伝搬した可能性を着想し、この新しいウイルスをマーベリックと名づけた。

事実、毒素分子の分布と配列を調べると、さまざまな属種の線虫に分布しているだけでなく、人間と線虫ぐらい進化的に離れたといえる属間でもほとんど相同であることから、独立に進化したとは考えられず、何千万年か前に別れた線虫から、現在広く研究されている線虫属へ水平伝搬したと考えざるを得ない。

次に、毒素遺伝子を含むマーベリックが実際の水平遺伝子伝搬に使われたことを調べるため、さまざまな線虫種でマーベリックが挿入された部位を調べ、マーベリックがコードする遺伝子の可能性を調べた結果、マーベリックはウイルス粒子をコードする遺伝子をはじめ、細胞と融合する分子、宿主細胞に組み込むインテグラーぜ、DNA合成酵素がコードされていることを発見する。面白いことに、細胞融合分子はヘルペスウイルスの分子を利用しており、ウイルス自体がより効率に伝播できる様進化していることもわかった。

その意味で、このウイルスがたまたま取り込んだセリンプロテアーゼを、一種の細胞毒素と、その解毒分子へと進化させることで、自分のゲノムを他のゲノムより優先して存続できる様に利用した、まさに利己的遺伝子の例であることがわかった。

進化と利己的遺伝子の面白い話といえるが、このウイルスをベクターに仕上げてみようと思う研究者も現れる様に思う。

１型糖尿病（T1D）は複数の遺伝子が関わる典型的な自己免疫疾患で、NODモデルマウスと比較しながら非可逆的な自己免疫反応が起こるまでの様々な解析が行われてきた。この中で最も重要なヒントになったのは、発症に必要な条件としてClass II MHC（MHC II）が存在するという発見で、昨年亡くなったこの分野の大御所 McDevitt らにより、T1DリスクMHCは５７番目のアスパラギンが中性のアミノ酸に変わっていることが明らかにされ（P9スイッチとして知られている）、発症に細胞障害性のキラーだけでなく、P9スイッチを持つT1D型のMHC IIを認識するCD4T細胞が関わることがわかった。

その後NODモデルマウスの発症前の研究から、一過性にインシュリンペプチド(１２−２０番のアミノ酸:：Ins12-20)に反応するCD4T細胞が膵臓β細胞に現れ、これにより局所の炎症が誘導されることが、その後のキラー細胞やB細胞を主体とする慢性炎症につながることが示唆された。しかしこれを人間で確かめることは、まだ発症前の人を長期に追跡することが必要で、簡単ではない。

今日紹介する米国・スクリップス研究所からの論文は、ステージの異なる複数のコホート研究の参加者を対象にすることで、発症前の様々な段階を一度に調べるという戦略で、コホート参加者のCD4T細胞を徹底的に調べ、人間でもマウスで見られた同じようなCD4T細胞が組織炎症を引き起こす段階があることを示した研究で、７月５日 Science Translational Medicine に掲載された。タイトルは「Measuring anti-islet autoimmunity in mouse and human by profiling peripheral blood antigen-specific CD4 T cells（マウスと人間の末梢血抗原特異的T細胞をプロファイルすることで膵島に対する自己免疫反応を測定できる）」だ。

この研究ではまずNODマウス末梢血のT細胞プロファイルを継時的に調べて、組織で特定されたIns12-20に反応するT細胞が末梢血でも測定できることを確認し、発症前、モニター中、発症後のコホート参加者の抹消CD4T細胞をsingle cellレベルで詳しく調べ、発症前でも特殊な活性化型CD4T細胞が確かに存在することを確認している。

ついで発症前にT1D型MHC II＋Ins12-20に反応するCD4T細胞を探索し、発症前に存在してその後徐々に消失するNODマウスで特定されたのと同じCD4T細胞が存在することを明らかにする。また、反応性のT細胞受容体遺伝子を再構成して、こうして検出されたCD4T細胞が確かに機能的なIns12-20反応性のT細胞であることを明らかにしている。

このT1D型MHC II+Ins12-20に反応するCD4T細胞の抗原受容体は特定のクローンといいうより多様なポピュレーションからなっているが、抗原反応部位（CD3部位）のアミノ酸配列の電荷に特徴があり、この特徴を用いると、発症前に存在して局所炎症を誘導するT細胞をほぼ完全に特定することができる。またマウスと同じで、これらは完全に発症した患者さんでは消えてしまっている。

この発症初期に局所炎症を誘導するT細胞を表面マーカーを使ってさらに検討し、抗原受容体の配列を調べなくても、Ins12-20反応性T細胞の存在を予測する方法を開発し、これにより発症経過をある程度予想できることを、様々なステージの参加者を調べて明らかにしている。

以上、人間でも自己免疫反応の引き金を引く最初のイベントを捉える可能性が示された。この検査には、リスクが明確なT1D型MHC IIとIns12-20を結合させた、テトラマー分子が必要だが、実際の検査用にテトラマーライブラリーを前もって用意することは可能だと思う。こうして初期のイベントを発見することができれば、現在用いられているCD3抗体による発症予防よりさらに強力な方法の開発が可能になること間違い無い。

１９９９年Science誌の最終号に、あたかも来たる２１世紀の先駆けとしての使命を背負うかの様に、９００あるマイコプラズマの遺伝子を５００近くに減らしてもなお自律的に生きているMinimal Cellが報告された。

最小ゲノム細胞というと、これこそ最初の生命に近いと勘違いしてしまうが、実際進化可能な最初の細胞が地球上に生まれたときは、決してミニマルではなく、ある程度遊びがあったと考えられる。というのも、ミニマルだと一つの遺伝子に変異が起きてしまうとにっちもさっちも行かなくなり、進化どころか死んでしまうと想像されるからだ。

ところが２３年を経てこの最小ゲノム細胞を研究しているインディアナ大学から、最小ゲノム細胞でもある程度の進化は可能であることが示され、７月５日号の Nature にオンライン掲載された。タイトルはずばり「Evolution of a minimal cell（最小ゲノム細胞の進化）」だ。

研究では、ただただ２０００世代まで細胞を維持し発生してきた集団を、元の細胞と比べ、変異や適応が起こっているかを調べている。もともとマイコプラズマには複製時の信頼性を高める酵素が存在せず、最小ゲノム細胞（MC）だけでなく、元となったマイコプラズマ（OC）も、突然変異の数が普通の細胞より１００倍高い。さらに驚くのはMCでも同じ様に変異は起こっており、一般に考えられている様に変異の許容力が著しく低下するわけではない。

さらに驚くのは、一塩基変異のみならず、挿入や欠損を伴う変異も、OCと同じ程度に起こっており、それでも生きてきている点だ。実際、変異の数や種類で見るとほとんどMCとOCで差はない。唯一あるのは、MCで間違ったウラシルを切り出す酵素を削ってあるので、C：G変異がMC で高い。

ではこれらの変異は、細胞の進化を伴っているのか。ここではストレスを与える選択を行うのではなく、ただ増殖率を１代目と２０００代目で比較している。驚くなかれ、全く同じ培地を用いて培養を続けていても、増殖率が１代目と比べて２倍に上昇している。すなわち、変異が細胞の適応性をさらに高めていることがわかる。

ではどの様な遺伝子の変異が適応力に寄与しているのかを調べるため、アミノ酸配列が変化するさまざまな変異が集中している遺伝子を調べると、１４種類の遺伝子が見つかり、たとえば細胞分裂の場所を示す ftsZC遺伝子変異を１代目の細胞で発生させると、増殖が高まることを明らかにしている。これは、MCでも、まだまだ合理化が可能であることを示している。

アミノ酸変化が起こる遺伝子は、有機合成に関わる酵素、特に脂肪代謝にかかわるものが多く、今後一つ一つ調べられると思う。

これまでの原核細胞進化研究では進化と共に細胞の大きさが上昇することが観察されており、OCでも２０００代を経ると、体積で１０倍になるが、MCではこれは見られない。おそらくゲノムを合理化して、許容力がなくなった結果がこんなところに見られるのだろう。

以上が主な結果で、MCも変異をベースに進化することがわかった。次は遺伝子が複雑化して遊びや許容力が生まれ、進化の質が変化するか検討が続くだろう。２１世紀生まれのMCが今世紀どこまで進化するか、目が離せない。

６月１８日、細胞周期の通説を見直すと題して、CDK2阻害実験から、CDK4/6がG1期を超えて作用することで、サイクリンAの転写を促すことで、CDK2阻害剤で通常のRb1のリン酸化経路を止めても、CDK2阻害剤の効きにくいCDK2/サイクリンAを維持することが、CDK2阻害剤が使いにくい理由であることを紹介した（https://aasj.jp/news/watch/22329）。すなわち、CDK4/6はG1期に働くという通説が細胞によっては通用しないことを明らかにした論文だ。

今日紹介する論文も結局はCDK4/6活性がG2から分裂期へのチェックポイントでも働いているという結論だが、メカニズムについては新しい可能性を示しているので、細胞周期の再検討が進んでいることを示すいい例として紹介することにする。タイトルは「Loss of CDK4/6 activity in S/G2 phase leads to cell cycle reversal（CDK4/6活性がS/G2期に失われると細胞周期の逆行につながる）」で、７月５日 Nature にオンライン掲載された。

もう一度細胞周期の通説をおさらいしておこう。増殖因子の作用でサイクリンD/CDK4/6が活性化されるとRb1分子をリン酸化し、これにより活動が阻害されていたE2F1が活性化、その結果細胞周期後期に関わるサイクリンE/A・CDK2が活性化され、この作用でサイクリンD/CDK4/6がなくともRb1のリン酸化が維持される。これにより、増殖因子がなくなっても、細胞周期はそのまま維持され、分裂期に進む。

今日紹介する論文では、G1期を超えてしまえば増殖因子なしに細胞周期は最後まで進むかについて調べ、DNA合成が終わったG2期の細胞の一部がG2期で止まってしまうことを発見する。また、CDK4/6阻害剤でも同じようにG2期で止まった細胞が発生することを明らかにする。

勿論、残りの細胞は同じ条件で、通説通り細胞分裂を終え、次のG1期で止まること、増殖因子が常に存在すれば、全ての細胞が分裂を終えることから、G2期でCDK4/6依存的なチェックポイントが働いて、このシグナルが存在しないと細胞周期が止まってしまう可能性が示唆された。

すなわちCDK4/6の影響が後期でも存在するという、以前紹介した論文と同じ結論が示されたことだが、この過程をさらに検討し、少し異なる結論に至っているので、詳細を省いてそのシナリオだけを紹介する。

この研究でサイクリンD/CDK4/6は、これまで知られているRb1→E2F1→サイクリンA/CDK2という経路だけでなく、G1期を超えてたあとも、増殖因子依存的にRb1のファミリー分子p107/130→E2F4/5→サイクリンA2/CDK2とつながるフィードフォワード経路を活性化し、細胞周期がつつがなく完結できる様に設計され、安全機構が働いている。しかし増殖因子がなくなると、後者の安全機構経路がなくなるため、分裂期に入れない細胞が出来てくること、そしてこれらをG2期で安全に停止させることで、新しく増殖因子が得られるようになると、G2期で止まっていた細胞も、速やかにCDK4/6依存的に次のステージに進めるというシナリオだ。

以上のことから分かる様に、前回紹介した論文で扱われたCDK2阻害剤がなぜ完全に効かないかという問題も、今日紹介した論文のシナリオで十分説明できるので、是非考えてみて欲しい。

いずれにせよ、CDK4/6がG1期を超えて働くと考えることで新しい目で細胞周期を見直すことが出来、おそらくガンの治療に撮って重要なヒントが続々得られると期待できる。