CRISPRで変異を正常化することが遺伝子治療の究極の目標だと思う。特に、X染色体にある変異の場合、正常遺伝子を導入することは、変異を持つ細胞には良いが、正常な方の細胞では発現が高まり複雑な症状が生まれる心配もある。しかし、今のところ遺伝子ノックアウトの効率は高くとも、正確にコドンを変化させるとなると、まだまだ先の話だ。

この問題を、まだコドン表などができない昔に発見されたamber変異を用いて解決するための条件を探ったのが、今日紹介するMassachusetts Chan Medical Schoolからの論文で３月２３日Natureにオンライン掲載された。タイトルは「AAV-delivered suppressor tRNA overcomes a nonsense mutation in mice（AAVベクターを用いてサプレッサーtRNAを導入するとマウスのナンセンス変異を克服できる）」だ。

サプレッサーtRNAは極めて懐かしい名前で、若い人たちはもはや習っていないのではと思う。かくいう私も、なぜアンバー変異と呼ぶのかは把握していないが、ストップコドンの一つ、アンバーコドン（UAG）を他のアミノ酸に代えることで、premature terminationを防いで正常なタンパク質を合成できるようにする、tRNA側の変異を意味する。

突然変異の多くは、変異により本来のストップコドンより前にストップコドンが現れ、正常なタンパク質ができず、mRNAもすぐに壊れるため、機能分子を作れない。そこで、premature terminationコドンを、UAGを認識してアミノ酸を付加できるAmber suppressor tRNAを導入することで、一つアミノ酸は変化しても、ともかく完全なタンパク質を合成させようという方法が可能かどうか検証することがこの研究の目的だ。

この研究ではpremature terminationコドンを導入した蛍光分子の遺伝子の活性をレスキューする実験で、UAGストップコドンにチロシンを導入できるtRNAが、遺伝子変異を高率にレスキューできることをまず明らかにしている。

あとはこのsuppressor tRNA(変異を抑制できるという意味で付けられる名前)を、培養細胞、そして遺伝子変異を持ったマウスの肝臓に、アデノ随伴ウイルスを用いて導入し、機能分子の合成を復活できるか調べている。

何十年も前にアンバー変異として見つかっているのだから、うまくいくのが当然と思われるかもしれないが、遺伝子治療に使うにはいくつかの問題がある。

１）ストップコドンを認識するtRNAは複数存在するので、うまく導入したsuppressor tRNAが結合して完全なアミノ酸ができる確率はどの程度なのか？

２）そして何よりも、本来のストップコドンが機能しないため、異常タンパク質ができて細胞機能を低下させないか？

結果だが、マウス肝臓ではたらくiduronidaseにpremature terminationが入った変異は、このsuppressor tRNAを導入することで、ほぼ完全に回復させることができている。

一方、異常タンパク質の合成など副作用のほうだが、たしかにストップコドンを超えて作られるタンパク質もはっきり存在するが、細胞にとって十分処理できる程度で止まっている。

以上が結果で、確かにsuppressor tRNAがpremature terminationが起こる変異の場合は、かなり期待できる遺伝子治療になる可能性を示している。Amber変異を発見した人は、おそらく亡くなっていると思うが、富沢、小関先生が訳された「大腸菌の性と遺伝」を読んで知ったAmber変異が現在に蘇った気がした。

脳の環境を厳密にコントロールするため、脳血管関門（BBB）が存在するてめ、脳内への薬剤などの移行がブロックされていることは広く知られている。基本的には、血管内皮間のジャンクションを高め、トランスサイトーシスなど細胞自体を通る輸送経路を抑えることでBBBが維持されていると考えられるが、そのためのメカニズムはまだまだわからないことが多い。

今日紹介するハーバード大学からの論文は、これまであまり注目してこなかった血管周囲細胞が分泌するビトロネクチンがトランスサイトーシスを調節してBBB維持に寄与していると言う論文で３月１５日Neuronにオンライン掲載された。タイトルは「Pericyte-to-endothelial cell signaling via vitronectin-integrin regulates blood-CNS barrier（ペリサイトから内皮へのビトロネクチン/インテグリンシグナルが血液中枢神経系のバリアーを調節する）」だ。

この研究では網膜の血管周囲細胞（ペリサイト）にビトロネクチンが強く発現していることに気付き、この意味を調べるためノックアウトマウスを用いて血管の透過性を調べたところから始まっている。

ビトロネクチンというと、身体中を満たしていると思っているので、このような局所の役割があるということ自体が不思議だ。しかし、ビトロネクチンノックアウトされたマウスでは、網膜血管および脳血管で、ペルオキシダーゼのような大きな分子が漏れ出ていることが観察される。すなわち、BBBに重要な働きをしている。

面白いことに、siRNAを用いて肝臓でのビトロネクチン産生をノックアウトしてもBBBはびくともしないことから、脳血管局所でペリサイトと内皮細胞間のビトロネクチンを介する相互作用の破綻が、BBBの破綻につながっていると考えられる。

事実、ビトロネクチンのインテグリン受容体結合部位を突然変異させると、BBBが破綻する。また、試験管内の実験でこの過程にはビトロネクチンの受容体α５インテグリンが関わることも確かめている。

残るは、ビトロネクチンとインテグリンによりBBBが維持されるメカニズムだが、血管内皮同士のジャンクションや、ペリサイトとの接着などはノックアウトマウスでも全く障害されていない。一方、細胞質内に分子を取り込むエンドサイトーシスによって生じる細胞質内の小胞の数が上昇しているのが観察される。また、試験管内の実験で、ビトロネクチンシグナルが抑えられると、エンドサイトーシスが高まることが明らかになった。逆に正常状態を考えると、ペリサイトにより分泌されるビトロネクチンが内皮のインテグリンと結合することで、エンドサイトーシスが抑えられることで、BBBが維持されることになる。

結果は以上で、エンドサイトーシスがビトロネクチンシグナルで抑えられるシグナルメカニズムなど残された課題は多い。内皮細胞をストローマ細胞上で培養していた個人的経験から言うと、ビトロネクチンなどにより細胞膜の運動が安定化する。これはジャンクションの維持に重要と思っていたが、もちろん安定化させてエンドサイトーシスを抑えることもできるのだろう。

使われた網膜血管や血管内皮など、個人的には懐かしい思いで論文を読んだ。

筋肉幹細胞についての論文はこれまで何回も紹介してきた。Pax7分子発現が機能的に必須で、分子マーカーとして利用できるため、幹細胞の動態を可視化することができることが、この実験系の特徴になっている。

今日紹介するペンシルバニア大学からの論文は、Pax7を幹細胞分子マーカーとして利用した上で、その形態に基づいて幹細胞集団をさらに階層化した研究で、３月１８日号Science Translational Medicineに掲載された。タイトルは「Piezo1 regulates the regenerative capacity of skeletal muscles via orchestration of stem cell morphological states（Piezo1は幹細胞の形態を統括して骨格筋の再生能力を調節する）」だ。

この研究のハイライトは、筋肉に存在するPax7陽性幹細胞を、生体内で可視化しようとした点だ。筋肉を体外へ切り出して観察するのと異なり、形態的に多様であることに気づいている。特に、筋肉から飛び出す突起の数を数えると、全く突起を出さない丸い細胞から、５本の突起を出し、サイズでも大きな細胞まで、様々なタイプが見つかることが明らかになった。

さらに、切開しなくとも筋肉を観察できる耳の筋肉幹細胞について長期間追跡して、突起があるから移動するというわけではなく、特定の場所に止まっているのに突起を出していることも確認している。

次に、この幹細胞多様性の意義を、幹細胞が活性化され増殖・分化フェーズに入る筋肉障害による再生過程を観察すると、突起を出す細胞から出さない細胞へのシフトが起こり、障害後２−３日をピークに、また元の階層性が１ヶ月で回復することを示している。すなわち、突起のない細胞が障害シグナルに反応する細胞で、このポピュレーションを補うために、必要に応じて突起のある細胞からのリクルートが行われることになる。

もう少し幹細胞生物学的に言うと、突起のある細胞はいわゆる最も未熟で、静止期（quiescent）にある幹細胞で、そこからより活性化しやすい細胞への供給が必要に応じて行われていることになる。

静止期から活性期までの幹細胞の階層性が明らかになると、次は静止期幹細胞を維持する分子メカニズムの問題になるが、筋肉では以前から、昨年ノーベル賞を受賞したメカのセンサーの一つPiezo1の役割が指摘されていた。そこで、まずPiezo1を活性化する薬剤を投与すると、突起のある細胞が減る一方、活性化型の幹細胞が増加する。すなわち、幹細胞を増殖させる側へのシフトが起こっている。

逆に、Piezo1をPax7陽性細胞からノックアウトすると、突起を持つ細胞が増加し、活性化型細胞が減る。すなわち、静止期細胞から活性型へのシフトが抑制される。

以上のことから、Piezo1は静止期細胞で働いて、再生が必要かどうかを感知するときに働いており、再生の必要性が生まれてPiezo1が活性化されると、静止期の細胞から活性化型への分化が起こることになる。

以上の研究に基づいて、最後に筋ジストロフィーモデルマウスを用いてPiezo1の発現、幹細胞の形態を調べ、Piezo1ノックアウトマウスと同じで、Piezo1の発現が低下するとともに、静止期から活性化型へのシフトが抑えられていることを発見している。そして、Piezo1を活性化させる薬剤を投与することで、活性化型の細胞の数が増え、さらに筋肉再生も促進されることを示している。

結果は以上で、完全に形態だけに基づいて幹細胞を見続けている点で、私のような古い人間は好感を持ってしまう。しかし、このおかげで筋肉幹細胞の静止期を決めているメカニズムはさらに解明が進む気がする。さらに、筋ジストロフィーについても、再生をうまく維持して筋肉を守る治療法も確立できるかもしれない。形態侮るなかれ。

2日前、リステリア菌がマクロファージを操って脳に侵入するという恐しい能力についての論文を紹介した。この能力には２種類のインターナリン分子InlAとInlBが関わっており、InlBによってマクロファージの細胞死を防ぐことで、ゾンビ化してうまく脳まで運んでもらうと言う話だ。一方、InlAはこれまでの研究でリステリア菌がマクロファージのアクチン系を再構成して、マクロファージの取り付いた細胞へ移行するのに働いている。

今日紹介するアルバートアインシュタイン医科大学からの論文は、マクロファージに入った後、それが接触している細胞に移行すると言う性質を逆手にとって、治療が困難な膵臓ガンの治療に使えないか調べた研究で、３月２３日号Science Translational Medicineに掲載された。タイトルは「Listeria delivers tetanus toxoid protein to pancreatic tumors and induces cancer cell death in mice（リステリア菌による破傷風菌トキソイドタンパク質の膵臓ガンへの導入はマウスでのガン細胞の細胞死を誘導できる）」だ。

これまでも破傷風菌毒素（TT）を利用した細胞障害自体は、特定の細胞を殺して除去する目的で実験では利用されている。したがって、ガン特異的にこの分子が分泌されると細胞を殺すことができる。ただ、リステリア菌にTTを運ばせる場合、他の細胞への影響は無視できない。

代わりにこの研究ではTTの毒性を取り除いた遺伝子を導入し、子供時代に受けたTTワクチンにより誘導されたCD4T細胞をガンの周りにリクルートし、細胞障害性を発揮させるというアイデアだ。

現在ワクチン効果がどこまで続くのか議論されているが、子供時代（我が国では１２歳）に受けたTTのワクチンは成人するまで効果を保つことが知られている。また、CD4T細胞メモリーはさらに長く続くことが知られている。

そこで、この研究では膵臓ガン局所に無毒化したTTを分泌するリステリア菌をマクロファージに食べさせて、そこから膵臓ガンへ移行させ、膵臓ガン内でTTを分泌させ、それを抗原として、すでに誘導しているTT特異的なT細胞に殺させると言うアイデアを試している。

子供時代のワクチン 効果を期待する点でユニークな研究だ。もちろん、導入効率（８割の癌細胞に導入できるようだ）だけでなく、安全性やリステリア菌の除去、予想通りCD8ではなくCD4キラーにより腫瘍が殺されるなど、様々な条件を調べているが、詳細は省く。

最後に膵臓ガンが自然発生するトランスジェニックマウスを用いて、ガンが進行してから、この方法の有効性を確かめているが、ジェムシタビンとTT導入リステリア菌を用いると、腫瘍縮小が見られ、ジェムシタビン単独と比べてマウスで２ヶ月生存が延長する。また、腫瘍周りに、リンパ組織様の構造も形成され、おそらくCD4キラー細胞や炎症細胞をリクルートする基地になるという結果だ。

残念ながらこれだけで根治というまではいかないようだ。ただ、この研究ではチェックポイント治療は併用していない。また、人間と比べるとガンのネオ抗原が発現している可能性が低い。したがって、人間の場合、ガンに対する障害性をさらに長続きさせたり、TTを引き金に他の抗原に対する免疫反応を誘導することも可能と思われるので、期待できるのではという感触がある。一方、子供時代のワクチンに完全に依存していいのかという問題はある。まだまだ先は長そうだが、期待したい。

前立腺ガンは男性では最も多いガンだが、治療効率がよく、５年生存率は極めて良好だ。とはいえ、治療できていたと思っていたら、急に転移が進むケースがあり、この群の治療が難しい。

このようなステージに対して我が国ではほとんど有効な治療が存在しない。最近、西郷輝彦さんで有名になった、前立腺特異的抗原に対する抗体に放射性同位元素を結合させた治療があり、論文でみたかぎりでは驚くべき効果だが、アイソトープ治療に必要な要件を満たす施設がないようだ。

そんな場合、免疫治療に期待が集まるが、これまでの経験から有効性が低いと考えられている。

今日紹介するオレゴン健康科学大学からの論文は、転移性去勢抵抗性前立腺ガン（mCRPC）に免疫チェックポイント治療を適用するための条件を探した研究で、臨床的には重要な研究ではないかと考え紹介する。タイトルは「Androgen receptor activity in T cells limits checkpoint blockade efficacy（T細胞でのアンドロゲン受容体の活性がチェックポイント治療の効果を制限する）」で、３月２３日にNatureオンライン掲載された。

これまで行われた治験により、アンドロゲン受容体（AR）阻害とPD1抗体を組み合わせた転移性前立腺ガンの１８％が治療に反応することがわかっていた。そこで、治療に反応したmCRPCと反応しなかったmCRPCをsingle cell RNAseqなどを用いて比較、特に組織に浸潤したCD8T細胞の性質を徹底的に比較し、治療反応したグループではARにより転写調節される分子の発現が軒並み低下している、即ちARの活性が低下していることを発見する。

元々前立腺ガンでは去勢などによる男性ホルモン除去とともに、AR阻害剤が投与されており、話をややこしくしているのだが、以上の結果はガンがAR阻害抵抗性になっても、免疫の方ではARを抑えることでキラー活性を高める可能性を示唆している。

この結果に基づき、後はマウスで誘導した前立腺ガンを用いたモデル実験系で、男性ホルモン分泌を抑え、AR阻害を行った上で、チェックポイント治療を行うと、腫瘍の増殖を抑えることが出来ることを示している。すなわち、期待通りARを抑制することで、ガンに対するキラー活性を維持することが出来る。

細胞学的には、ガン抗原の刺激により反応が疲弊してきたT細胞の活性をもう一度高める作用がAR阻害にあることを示した上で、そのメカニズムを探ると、

ARはインターフェロンγの発現に抑制的に働き、これがキラー活性を抑える働きをしており、これを阻害することでキラーをより強くまた長持ちさせられるという結論になる。

結果は以上で、割と地味な研究のうちに入るが、

1. チェックポイント治療が効かないとされてきたmCRPCに焦点を当てて、徹底的に調べている点、
2. AR阻害に反応できなくなったmCRPCでも、免疫反応については去勢やAR阻害剤の影響が期待できる点、
3. さらに、前立腺ガンに限らず、他のガンでも同じ方法を試す可能性がある点、

で、臨床的には重要だと思う。

今回のコロナパンデミックでコロナウイルスを勉強して、ウイルスがホストの防御をかいくぐるための巧妙な仕掛けを何種類も進化させていることを学んだが（https://www.youtube.com/watch?v=bIbpe0FDPZM）、知れば知るほどダーウィン進化の壮大さを実感する。

これはウイルスに限った話ではない。今日紹介するフランス・パッストゥール研究所からの論文は細胞内寄生菌として知られるリステリア菌がホストの防御を無力化して脳に到達するメカニズムを明らかにした研究で３月１６日Natureにオンライン掲載された。タイトルは「Bacterial inhibition of Fas-mediated killing promotes neuroinvasion and persistence（バクテリアによるFas依存性細胞障害抑制が脳への侵入と維持を抑制する）」だ。

リステリア菌が細胞内寄生菌で、自然免疫の研究に使われてきたことは知っていたが、この論文を読むまで、リステリア菌の中に脳へ侵入する極めて毒性の高い株が存在するとは全く知らなかった。この研究では、強毒株と弱毒株を比較して、強毒株だけがマクロファージに乗って脳内に侵入するメカニズムを探っている。

基本的にはマクロファージにまず感染するので、問題はマクロファージをどのように効率良い運搬船として使って、最終的に脳実質に到達するのかのメカニズムの解明が目的になる。そこで、まず脳内への侵入が、活性化されたマクロファージに依存していること、そしてマクロファージから脳への移行には、血管内皮と接着したマクロファージのアクチンを調節することで、血管内皮、そして最後には脳実質へ移動することを確認している（これらの点については、すでにリステリアの上非侵入に関わるインターナリンA(InlA)が関わることが知られていた）。

この研究では、脳内感染の効率に関わるもう一つのインターナリン遺伝子、InlBの機能について焦点を当てて様々な実験を行なって、以下の結論を得ている。

１）InlBは神経への侵入に必須である。弱毒株も含めてほぼ全ての株でInlBの発現が見られるが、脳への侵入できる株では、その発現が高い。

２）InlBはこれまで、マクロファージから他の細胞への移行に必要とされていたが、この過程にはほとんど寄与しない。

３）InlBの発現が高いと、感染細胞を殺すキラーT細胞から防がれる。

４）この防御は、InlBはHGFの受容体c-Metを活性化し、カスパーゼ８の阻害分子FLIPを活性化させる。

５）その結果、CD8キラーによるFasを介した細胞死が防がれる。

以上が結果で、思いも掛けないメカニズムを用いて、キラーによるFasを介した細胞死誘導を抑えることで、自分の乗る船マクロファージをステルス化し、最終的に脳血管にたどり着くと言うシナリオが示されている。

HGF-c-Met経路がFas経路を抑制できることはよく知られた事実だが、これを利用してマクロファージに安全に自分を運ばせるとは、本当に驚く。この驚きが、感染症研究の面白さでもあることを最近しみじみ感じている。

例えばCD20に対する抗体のように、ガンに対するモノクローナル抗体（mAb）治療は存在する。だからといって、ガンワクチンという場合、感染症と違ってまずガンに対する抗体を誘導するイメージはなく、もっぱらキラー細胞誘導を目指す。

ところが今日紹介するイスラエル・ワイズマン研究所からの論文は、ガンに対してB細胞も局所で反応し、自己抗体を産生、これがガンを抑える作用を持つことを示した研究で、３月３１日号Cellに掲載された。タイトルは「Tumor-reactive antibodies evolve from non-binding and autoreactive precursors（腫瘍に反応する抗体が、結合性のない抗体から進化してくる）」だ。

おそらくこの研究では、ガン細胞に対する抗体が存在する患者さんがいるはずだと決めてかかって研究を進めている。理由はわからないが、まず予後が悪い低分化型漿液性卵巣ガンの手術後のコホートを選び、摘出した腫瘍組織が自己の抗体と結合しているかを調べ、なんと６２％もの組織が、自己の抗体と結合している、言い換えると患者さんは卵巣ガン抗原に対して抗体を作っていることを明らかにしている。

またフレッシュなサンプルから細胞を取り出し、フローサイトメーターを用いた解析を行い、抗体が細胞表面に結合していることを確認している。

他のリンパ組織を調べていないので、最終結論は難しいが、このグループはこの抗体が腫瘍内のB細胞で合成されていると考えおり、実際、腫瘍組織にB細胞だけでなく、抗体を分泌するプラズマ細胞を見つけることができる。

この研究の中で最も重要な結果は、この抗体分泌細胞が、組織内に多いほど予後がいいと言う発見で、高倍率視野で見つかる抗体分泌細胞が１００を超えると、なんと７割近い人が２００ヶ月以上生存している。すなわち、ガンに対する抗体を腫瘍組織で合成できると、予後が圧倒的に良い。

後は、腫瘍に浸潤するB細胞の抗体遺伝子を再構成する実験から、これも驚くがほとんどの抗体が細胞表面に発現しているMMP14に向いていることを明らかにしている。

以上の結果は、B細胞の場合、ガン特異的抗原に反応すすのではなく、特定の自己抗原に対する自己抗体が合成されていることになる。そこで、このような抗体の特異性がどのように生まれてきたのか、存在する抗体の突然変異を元に戻す実験を行い、最初は全くMMP-14に反応しない抗体が、腫瘍内で突然変異を繰り返してMMP-14反応性を獲得するタイプと、最初から腫瘍に結合できるタイプの抗体の２種類が存在することが明らかになった。

以上が結果で、ガンが発現する自己抗原に反応する抗体産生細胞が腫瘍内に浸潤し、うまくいけばそのまま自己抗体を分泌し続け、また反応できない場合は突然変異を繰り返し、結合性の高い抗体が選択され、ガンに反応して、ガンの増殖を様々なメカニズムを介して抑えると言う話だ。

この論文だけ読むと、あまり面白くないと思ってしまうと思うが、最近主要組織内に２次リンパ組織が形成されることが示されており、特に卵巣腫や膵臓ガンのような間質反応の強いガンでは、この観点から自己抗体分泌を見直してみると、随分面白い話が出てくるような気がする。

ALSは進行性に運動神経が失われる病気で、遺伝的原因が存在する症例から、全く原因がわからない個発例まで多様だが、進行速度を別にすると、進行のコースはほぼ同じと言って良く、最後に神経死を誘導する共通のメカニズムがあるのではと考えられてきた。

今日紹介するチリ・サンチアゴにあるAndres Bello大学からの論文は、アストロサイトからポリリン酸が分泌され、運動神経を特異的に傷害するという面白い可能性を示した研究で、３月１０日Neuronにオンライン掲載された。タイトルは「Excessive release of inorganic phosphate by ALS/FTD astrocytes causes non-cell-autonomous toxicity to motoneurons（ALS/FTDのアストロサイトが無機的リン酸を過剰に遊離することで運動神経を外部から傷害する）」だ。

論文ウォッチを長く続けているが、これまでチリの大学からの論文を紹介したことはなかった。是非頑張って欲しいと思う。

この論文を読むまでポリリン酸が細胞の中で合成されているとは全く考えたこともなかったが、ポリリン酸が出来ることは大腸菌から人間までほとんどの生物で見られるようで、酵母ではこれを分解する酵素まで持っているようだ。また、ポリリン酸が神経に働く可能性もこれまで指摘されていたようだ。

以上のことから、この研究ではポリリン酸が過剰に作られ運動神経を傷害するのがALSのメカニズムではないかと仮説を立てた。

まず、異なる遺伝子変異を持つ３種類のALSモデルマウスで、アストロサイト内のポリリン酸レベルが１.５-３倍上昇していることを確認した上で、試験管内の実験を行い、

１）ALSモデルマウスのアストロサイトは、活性化すると数倍のポリリン酸を分泌する。

２）ポリリン酸により神経の自然興奮が高まる。

３）ポリリン酸を運動神経細胞に転嫁すると、炎症正反応などが誘導され、３割以上の細胞が死ぬ。

ことを明らかにしている。

次に、モデル動物及び人間の解剖サンプルを用いて、ALSでは脊髄でポリリン酸の上昇が見られることを確認している。

最後に、マウスモデルでポリリン酸を分解したり、ポリカチオンで中和する実験を行い、処理されたアストロサイトはほとんど細胞障害性がないことを示している。

残念ながら、マウス神経に酵母のポリリン酸分解酵素遺伝子を導入する実験はうまくいかなかったようだが、試験管内では導入されたアストロサイトは、運動神経への毒性がないことは確認している。

以上、結論として全てのALSで、最終段階の神経障害の原因として無機物のポリリン酸による運動神経障害があるという話だ。何故ポリリン酸合成がALSアストロサイトで上昇するのかなど、まだまだ明らかにすべき点は多いが、これが本当だとすると、今後様々な介入方法が開発できる可能性がある。是非研究が発展することを期待する。

少し専門的な話になるが、細胞外のシグナル分子に反応する受容体の中に、G蛋白共役受容体（GPCR）と呼ばれる大きな一群があり、神経伝達やホルモン、さらには炎症反応など重要な役割を演じている。人間にはなんと８００種類のGPCRが存在するのだが、結合する細胞外分子は多様でも、細胞内のシグナルはGPCRと共役している分子に応じて、大体３−４種類のシグナル経路に整理できる。その中で最も重要なのが、アデニルシクラーゼ活性化によりcAMPを合成し、細胞質内のシグナルを活性化する経路だ。

すなわち、これだけ単純な細胞内シグナル経路で、多様な細胞外からの刺激をどのように区別できるのかという問題は、これまでも何度も議論されてきた。

今日紹介するベルリンにあるマックス・デルブリュックセンターからの論文は、GPCR部位で合成されたcAMPは、決して細胞質を自由に拡散するのではなく、一定の領域に限定されることで、異なるGPCRが同じ細胞で発現していても、特異的なシグナルを発生できることを示した面白い研究で、３月３１日号のCellに掲載された。タイトルは「Receptor-associated independent cAMP nanodomains mediate spatiotemporal specificity of GPCR signaling（受容体にリンクしたcAMPのナノドメインがGPCRシグナルの空間時間的特異性を媒介している）」だ。

要するにこの研究の目的は、受容体とリガンドが結合したとき、直下で合成されるcAMPの合成と移動をリアルタイムで測定することにつきる。このため、細胞内のcAMPに反応して光るセンサーを用いている。一つの方法は、細胞内をセンサーで満たして、光の伝搬を調べることだが、おそらく簡単ではない。

そこでこの研究では、まず受容体にリンクしたセンサー、膜全体にリンクしたセンサー、そして細胞内のセンサーの３種類を作成し、それぞれを導入した細胞を刺激する実験を行っている。

すると、低い濃度で刺激したとき、受容体とリンクしたセンサーは反応するが、膜全体のセンサーでも反応が低く、細胞質センサーはほとんど反応しない。すなわち、受容体の近くでcAMPの核酸が限定されていることがわかる。

一方、同じ細胞で他のGPCRを刺激すると、刺激の強さに応じて膜全体のセンサーが反応しても、実験に使っているGPCRにリンクしたセンサーは反応しない。すなわち、一つのGPCRで合成されたcAMPは、それ以外のGPCRのドメインに到達できない。

この研究では、この受容体に、SAHと呼ばれる長さを調節できる人工リンカーを用いて、センサーからGPCRまでの距離を３０nm、６０nmに調節して、刺激実験を行っている。結果は美しく、センサーと受容体の距離が近いほど、cAMPが届いており、一つの受容体にcAMPの濃度勾配をもつドメインができあがっていることを明らかにしている。

後は、このドメインの形成にcAMPを分解するPDEが中心的働きをし、またドメインにリンクしてcAMPにより活性化される　PKAが存在することでシグナル特異性が維持されることなどを示しているが、この点についてはさらに詳しい研究が必要だろう。

いずれにせよ、cAMPは決して自由に拡散できないようにすることで、一つの細胞に独立した数千のGPCRスイッチが存在できることが示されただけで十分だと思う。ひょっとしたらこのようなマイクロドメインにも相分離が関わることも考えられる。面白い論文だ。

フィラグリンの変異により重症のアレルギー性皮膚炎が誘導されることが報告されたとき、免疫システムだけでなく、様々な外来抗原から皮膚を守るバリアー機能の大事さを認識した。このように、人間の突然変異の解析は、思いもかけない展開をもたらせてくれる。

今日紹介する米国NIHからの論文を読んで、腸管の炎症についてもフィラグリント同じような話があるのだと実感することが出来た。タイトルは「Mucus sialylation determines intestinal host-commensal homeostasis（粘液のシアリル化がホスト腸管の常在菌のホメオスタシスを決定する）」で、３月３１日号Cellに掲載された。

タンパク質の糖鎖修飾については、今回のコロナパンデミックで、様々な場面でその重要性が示されたが、個人的にも理解しづらいところが多いと感じている。この研究では糖鎖の上にシアリル酸をさらに付け加える過程に関わるシアリル酸添加酵素（ＳＴ）を対象にしているが、同じ機能の酵素だけでも２０種類もある。

この研究ではその中のST6が潰瘍性大腸炎と相関するというこれまでの研究をベースに、糖鎖研究のプロフェッショナル的生化学的実験を行い、

１）ST６は腸管のゴブレット細胞で作られること、

２）ST6はO結合型及びN結合型グリカンの両方にシアリル酸を添加する。

３）粘液タンパク質MUC2のN結合グリカンのシアリル化に必須。

４）シアリル化により、MUC2がバクテリアの酵素により分解されるのを防ぐ。

５）ST6はバクテリアに反応するTLR4シグナルにより誘導される。

まず明らかにしている。

以上の結果は、粘膜を守る粘液バリアーの分解を抑えるのがST6であることを示しているので、フィラグリン変異での皮膚炎症と同じように、幼児期からバリアー機能が傷害され消化管の炎症症状が起こる可能性が高い。このような患者さんをスクリーニングし、ST6のアミノ酸変異を両方の染色体で持つ患者さん３名を特定している。実際には腸炎を持つ患者さんのコホートに参加していた中からこれらの患者さんを発見しているので、変異の可能性を着想することの重要性がよくわかる。

２人の患者さんは、いとこ結婚で同じ変異がそろったホモ変異で、もう一人は異なる変異が集まった複合へテロ変異で、それぞれ分子構造上CMPと結合する重要部分に関わることを示している。また、機能的にも、それぞれの変異によりシアリル化機能が抑えられることを示している。

最後にゴルジ体への移行が傷害されるためにシアリル化が出来なくなるR391Q変異をもつマウスを作成し、

１）この変異が存在すると、デキストランで誘導される腸炎がさらに悪化すること、

２）悪化の原因は、バリアーが壊れることでブチル酸を産生するバクテリアが増殖し、これにより腸管の幹細胞の増殖が低下すること、

を明らかにしている。まとめると、ST6は腸内細菌叢から分泌される細胞壁分子により誘導され、粘液をシアリル化することで腸粘膜のバリアー機能を高める。これが機能しないと、細菌叢のバランスが変化し（これについては理由がよくわからない）、細菌から分泌されるブチル酸により幹細胞の増殖が抑えられ、炎症修復が低下するため炎症が続くことになる。

おそらく、ブチル酸の作用を抑えれば、このタイプの患者さんは治療できると期待できる。