2017年8月30日
神が導く絶対理性が善悪を決めると考えられていた１７世紀に、「善および悪の真の認識が感情である限りそれから必然的に欲望が生ずる」（岩波文庫「エチカ」、畠中尚志訳）と言い放ったのはスピノザだが、彼は人間の本能を理解することで、この欲望を克服する理性とは何かがわかると強調した人だ。
現在の脳科学ではこの欲望と理性の関係についての理解が急速に進んでいる。（詳しく書く時間がないので是非JT生命誌研究館ホームページに書いた「快感原理」という記事を読んでみてください
http://www.brh.co.jp/communication/shinka/2017/post_000010.html）。
今日紹介するフィンランド・トゥルク大学からの論文はピザと栄養ドリンクに対する脳の反応をPETで調べた研究で8月23日号のJournal of Neuroscieneに掲載された。タイトルは「Feeding releases endogenous opioids in human（人間では食べることで内因性の麻薬物質が分泌される）」だ。
私たちの快感を支配するのが、脳内で分泌されるエンドルフィンなどの内因性麻薬物質と、ドーパミンだが、この研究では脳内のμオピオイド受容体に結合する麻薬物質に焦点を当てて調べている。実験では正常ボランティアを、空腹時、楽しんで食べられる食事としてピザ、そして食べるだけの栄養飲料を与えた時の脳内での麻薬物質の分泌を調べている。方法だが、μオピオイド受容体(OR)に結合する合成麻薬カルフェンタニルをアイソトープで標識し被検者に投与してフリーのORの量を調べている。もし脳内で麻薬物質が出ておれば、フリーのORが減るため、アイソトープの脳内での結合が低下する。
質問票で被検者にピザか栄養飲料かどちらが満足したかを聞くと、期待通りピザでには喜びを感じるが、栄養飲料には喜びを感じないと全員が答えている。しかし、脳内麻薬物質の分泌を調べてみると、栄養飲料を飲むだけで、脳の広い領域で麻薬物質が分泌される。しかも、分泌量は栄養飲料を飲んだ時の方がピザを食べた時より多い。
快感や動機に関わる辺縁系を調べればもう少し違う結果になるのではと脳の領域ごとに調べているが、結局調べたすべての場所でただ食べるだけの方が楽しんで食べるより麻薬物質の分泌が高いことがわかった。
これが結果のすべてで、脳内麻薬物質の分泌は、満腹感と相関してはいても、喜びとは相関しなかったという結論になる。個人的には、麻薬物質の分泌で見る限り、無味乾燥な食事の方が麻薬物質の反応が強い点が面白いと思った。おそらく、この反応が本能的な食べる欲望で、理性の影響により少しづつ、満足や喜び、さらには節制まで進むことになる。今後この「満腹」「満足」「喜び」「節制」などの違いが徐々にわかるような予感がする。是非次はドーパミンの反応も調べて欲しい。
2017年8月29日
週末気まぐれで始めたCellに掲載予定の論文紹介の最後はニューヨーク大学からの論文で、発現量が低下したTET2の機能をビタミンCが高めて、TET2欠損による血液の分化異常を正常化できるという話だ。タイトルは「Restoration of TET2 function blocks aberrant self-renewal and leukemia progression（TET2の回復により自己再生の異常と白血病進行を抑制できる）」だ。
今年の4月に投稿された論文で審査プロセスが早いと思うが、それもそのはずでおそらく今週ぐらいにNatureに掲載予定のSean Morrisonのグループの論文で、「血液幹細胞ではビタミンCの濃度が高く、ビタミンCが欠損すると白血病発生が早まり、これがTet2の機能を介している」ことが発表されるからだろう。こちらの論文は昨年の9月に投稿されており、Seanの論文に合わせようと編集者やレフリーに便宜を図ってもらったのだろう。順番から言えばSeanの論文を紹介するのが筋だが、Cell掲載予定論文紹介していることと、メカニズムの解析が進んでいる点でこちらを選んだ。
ただ、これまで３日間紹介してきた論文と異なり、論文としてのまとまりがない。このグループは白血病で欠損が見られるTET2の機能を明らかにすることが目的だったようで、遺伝子ノックダウンを用いてDNA脱メチル化に関わるTET2のon/offができる実験系で、TETの機能が落ちることによる未熟幹細胞の増殖亢進・分化抑制を、TET2の発現量をあげることで正常化できること、メチル化異常が見られる場所がプロモーターを含むCpG ashoreと呼ばれる脱メチル化されている領域であること、そしてTET2を戻すことで転写が正常化し、分化を誘導することに関わる遺伝子を特定している。
要するに、正常血液幹細胞でも、白血病株でもTET2が低下すると、上に紹介した領域のメチル化が上がり、未熟細胞の増殖が亢進し、TET2を元に戻すことで白血病でも増殖を落とすことができるという結果だ。
Seanの論文の内容を途中で知って、TET2を戻す効果を、ビタミンCが持っていることに気づいたのかもしれないが（憶測だが）、次にビタミンCを加えると、TET2が存在しなくとも、他のTETの機能を高めることで、TET2遺伝子を戻したのと同じ効果、すなわち幹細胞の増殖を止め、分化を誘導し、ガンの増殖を抑えることを示している。
最後に、TET2の作用で発生するメチル化DNAが水酸化メチルに変わるまでの過程で発生する中間体が、塩基除去修復酵素をリクルートして、塩基が除去されることに着目し、この時修復を抑制するポリADPリボース重合酵素を抑制することで、さらに細胞死を促進できることを明らかにしている。すなわち、ビタミンC投与でTET2を高め、DNA修復をPARP阻害で抑えると、白血病を殺せるというシナリオだ。
最後の話はSeanの論文にはないので、点数が高いかもしれない。しかし、この研究で示されたように正常幹細胞の増殖分化がこれほどTET2の活性に左右されるとすると、ビタミンC療法やPARP阻害剤による副作用もかなり強い心配がある。
Cell論文紹介の最後は少しすっきりしない論文だったかもしれない。
2017年8月28日
我が国では倫理議論だけが先行しているCRISPRだが、生物学としてもますます深化が進んでいる。この中心になっているのが、この技術の創始者の一人カリフォルニア大学バークレイ校のDoudnaさんで、実際この研究室から出てくる論文は、応用を競っている世の中とは少し違って、CRISPR/Cas自体の生物学を深めながら新しい技術可能性を示す、高みから世間を眺めているようなスタイルだ。
CRISPR.Casはウイルスに対する防御として細菌、古細菌を問わず分布しているが、標的になったウイルスの方でも当然防御システムを開発する。これが抗CRISPR(Acr)で、よく知られているのが細菌のメカニズムをそっくり拝借して、細菌がコードするクリスパーを壊してしまう方法だ。ただ、この方法は新しいメカニズムではないため、新しい技術につながらない。これ以外にこの防御をかいくぐる方法としては、Cas9のDNA分解活性を抑制する方法と、転写されたクリスパーRNAを標的にする方法が理論的に存在するが、前者だけが見つかっている。今日紹介する論文はCas9のDNA分解活性を阻害することがわかっているナイセリアのAcrIIの作用機序を調べ、新しい技術への発展可能性を示した論文で、「A broad-spectrum inhibitor of CRISPR-Cas9（広い範囲のCRISPR-Cas9をカバーできる阻害分子）」だ。
これまでAcrIIにより阻害されることがわかっているCas9の系統を調べると、特定の系統に限局されていないため、AcrIIは広くCas9の阻害剤として使える可能性がある。この研究では、まず阻害活性の特異性から調べ、AcrIIC1は様々なCas9に、一方AcrIIC3はナイセリアのCas9特異的に阻害することを明らかにしている。
次にそれぞれの阻害活性の分子メカニズムを調べている。深い細菌についての知識に裏付けられたプロの実験で、伝統的生化学と分子の構造解析を組み合わせ、
１） AcrIIC1はまずDNA結合にかかわらずCas9に結合すること、
２） AcrIIC1はCas9の標的配列への結合を阻害しないこと、
３） 最初にガイドRNAと結合しているHNH 分解活性を阻害し、その後でもう片方のDNAを分解するRuvCを阻害すること。
を明らかにしている。
多くのCas9を阻害できるのは、HNHの構造がCas9の間で保存されているからで、ガイドによるDNAへの結合は全くそのままで、DNA分解のみ阻害する、しかも分子量の小さな分子は、様々な目的の遺伝子操作に大きな力を発揮するだろう。
一方AcrIIC3の方は、Cas9に結合して構造を変化させ、Cas9が重合し、その結果DNAに結合しないことを明らかにしている。
もちろん技術だけでなく、強いAcrに抗して、新しいCasシステムがどう進化したのかも興味が尽きない。ノーベル賞をもらうことは間違いないが、受賞後も休みなく重要な生物学的貢献を続けることができる創意と知識を持ったグループだと思う。
2017年8月27日
一つの単純な行動でも、把握しきれないほどの数の神経細胞が関わることはよくわかっているが、神経活動の研究はどうしても行動を個々の神経細胞の反応特異性に落とし込もうとする傾向がある。例えば自閉症の子供に留置した電極から記録した神経興奮の論文を随分以前に紹介したが（
http://aasj.jp/news/watch/753）、この研究でも自閉症児の扁桃体の特定の神経細胞が口に特異的に反応することが結論になっている。
脳の各領域を刺激した研究から大脳皮質の運動野や感覚野では、有名な脳内に描かれた小人の身体からわかる様に、個々の神経細胞の反応は特定の運動や感覚に対応している。しかし、これらの神経を統合して一つの行動にまとめる連合野でも、神経細胞レベルで反応が決まっているのか明確でなかった。というのも、ほとんどの研究では記録は一回きりで、実際何ヶ月にもわたって同じ神経が同じ行動に関わるかを調べないとこの問題に答えは出ない。
今日紹介する（また）ハーバード大学からの論文は様々な感覚を統合して判断し行動につなげる後頭頂皮質（PPC）の連合野の神経活動を、迷路課題を毎日行わせながら１ヶ月にわたって観察を続け、同じ行動に参加する神経細胞を単一細胞レベルで追跡した研究で8月24日号のCellに紹介された。タイトルは「Dynamic reorganization of neuronal activity patterns in parietal cortex（頭頂皮質の神経細胞活動パターンは動的に再構成されている）」だ。
すでに述べたが、この研究ではバーチャルな迷路で、あるシグナルを見たとき左右どちらに移動するか決める課題を学習させたマウスで、シグナルを見てからそちらに動く間のPPCの活動をカルシウムの流入を利用した発光を用いて記録する。一回の実験で、右に動けと命令するシグナルと、左への命令シグナルを見せて行動したとき（学習しているのでほぼ１００％成功する）に活動する神経を記録すると、多くの細胞が参加しているが、概ね興奮する細胞が決まっている様に見える。しかし、同じ実験を毎日続けておこなうと、時間が経つほど同じ神経が同じ行動で興奮する確率は低下する。それでも、集団として記録されるパターンはほとんど同じであることを発見している。
また、一種のディープラーニングで、個々の神経細胞の興奮と様々な行動要素の相関を学習させ、細胞の興奮から行動を予測できる確率を計算すると、同じ細胞が常に反応に関わり続けることがないことを示している。要するに、興奮する神経細胞は常に代わっている。
多くの実験が示されているが、「行動の記憶は神経細胞のネットワークのパターンとして記録され、そのパターンを支える細胞はダイナミックに変化する」という結論に尽きる。流れのなかに生まれる渦は長い間維持されるが、それを支える水分子は絶えず変化しているのと同じと言っていいかもしれない。
しかし、このおかげで一旦できた記憶は、細胞レベルの興奮抑制をかけても、パターンとしては安定に維持することができる。また新しい課題に対して、これまでのパターンをうまく使って違うパターンをPPCに新たに形成することもできる。
精緻な研究というより、概念ありきで突っ走っている感じを持ってしまうが、30日も同じ場所の興奮を神経細胞レベルで記録しようと思い立ち、実行したことに脱帽。
2017年8月26日
さすがCellのレベルは高いと思える論文が、9月に発行予定の論文に集まっている。専門的で、広い分野にわたっているが、集中的に紹介してみたいと思っている。
最初はハーバード大学からの論文でユーウィング肉腫の発症機序についての研究と言ってしまえるが、実際には様々なことを「なるほど」と腑に落としてくれる論文で、いろんな話が詰まっている。タイトルは「Cancer-specific retargeting of BAF complexes by prion-like domain（プリオン様ドメインによるガン特異的BAF複合体の再配置）」だ。
タイトルは少し抽象的すぎるが、このBAFとあるのは、従来SWI/SNF複合体として知られている、ATP依存的にクロマチンの構造を解いて、転写を促進する複合体のことだが、現在ではBRG1と呼ばれる分子を中心に異なる分子が集まって数種類の複合体が細胞に応じて形成されることがわかってきており、BRG-associative factor（BAF）と総称される様になっている。BAFはクロマチンのリモデラーとして重要で当然分化や、リプログラミングで重要な働きをしているが、最近ガンゲノム解析が進んで２０％のガンでBAF複合体のメンバーに突然変異があることがわかり、その注目度は一躍高まってきた。
この研究では染色体リモデリングの関与が最も研究されてき小児癌ユーウィング肉腫に着目して、原因となるEWSR1とFli1が結合したキメラ遺伝子EWS-Fli1が発がんを促進する領域に結合し、そこにBAFを連れてくる機能を持つのではないかと狙いを定め、研究を始めている。
まずBRG1タンパク質に結合する分子を調べ、正常分子EWSR1もキメラ分子EWS-Fli1もいずれも、BAFの複合体と一時的に結合することで機能していることを確認し、次にそれぞれがゲノムのどの場所に結合しているかを調べている。結果は、EWS-Fl1だけがBAF を染色体上に広く分布しているマイクロサテライトGGAAにリクルートしていることを発見する。
では、EWSRがFli１とキメラを形成しているため、Fli１がGGAAへリクルートするのに関わるか調べると、Fli1は全くGGAAへの結合力がない。すなわち、キメラを作って両分子の機能が結合したのではなく、単独では両方の分子に存在しない全く新しい機能が生まれてGGAAに結合することがわかった。この新しい構造に関わる領域を調べていくと、EWSR1内に存在するプリオンに似た領域が関わっており、実際新しくできた構造はプリオンの様に正常EWSR1を新しい構造へと変化させることができることを明らかにした。すなわち新しい構造は正常分子にも働いて新しい構造を増幅し,この構造を介して重合し、ともにBAFをマイクロサテライトGGAAにリクルートし、クロマチンを開いて周りの遺伝子の転写を増幅させることを示している。
以上が結果だが、ユーウィングの分子機序についてもよく理解できたし、BAFの機能についても明確なイメージが沸いたし、ガンでのクロマチンリモデリングの重要性もよくわかる論文で、勉強になった。
2017年8月25日
1日に２つ記事を書くのは初めてだが、アフリカ旅行中に抜けた7月14日（驚くことにフランス革命記念日だ）を取り戻す意味で、先週読んだ臨床雑誌から気になった論文をそれぞれ短く紹介しておく。
乳がん検診に関するコーネル大学からの論文：Cancer（in press:DOI: 10.1002/cncr.30842)
現在米国では、１）４０歳以降、84歳まで毎年マンモグラフィー検査、２）４５歳以降５４歳まで毎年マンモグラフィー、５５歳からは2年ごとのマンモグラフィー、３）50歳以降2年ごとのマンモグラフィー、の３種類の乳がん検診プロトコルの大規模治験が進んでいる。それぞれのプロトコルでどの程度死亡率が減ったかを検証し、40歳から毎年マンモグラフィーを行うと、４０％死亡率を減らせるが、２）の場合は３０％、３）の場合は２３％だったことが報告されている。一方、検査のしすぎで余分なバイオプシーなどの検査が行われる確率については、それぞれであまり差がない。したがって、乳がんに対しては、早くからマンモグラフィー（他の方法でもいいはず）を毎年受けた法がいいことになる。
パーキンソン病に対する抗糖尿病薬の効果を示したロンドン大学からの論文（The Lancet in press:doi.org/10.1016/S0140-6736(17)31585-4)
インシュリン分泌を促すグルカゴン様の作用を持つペプチド、GLP-1は２型糖尿病の薬として利用されている。最近の研究でGLP-1が脳に入って神経を保護する効果があることがわかっていた。この研究では62人のパーキンソン病患者さんを無作為化してGLP-1と偽薬を投与、６０週目でドーパミンを切った時の運動機能を調べている。専門家でないので、効果がどの程度のものかはっきりと言えないが、グラフで見る限り偽薬群は投与前より悪化しているのに、GLP-1群は改善している。かなり有望ではないだろうか。まだまだメカニズムも分かっていないのがこの点が明らかになれば、新しい方向性の治療として期待できるのではないだろうか。
低容量アスピリンの妊娠中毒症防止効果についての英国キングズカレッジからの論文（8月17日号The New England Journal of Medicine掲載論文）
アスピリンを定期的に服用している妊婦さんでは妊娠中毒症が少ないことが報告されたのは1979年だが、その後多くの小規模治験が行われてきた。この研究では、これまでの研究の集大成として26000人の妊婦さんの中から妊娠中毒症の危険が高い2971人を選び、妊娠１１週から３４週までアスピリン１５０mg、或いは偽薬を投与（この量は薬局で売っている量（330mg)より少ないことに注意）、経過中の妊娠中毒症の発症頻度を調べている。結果は期待通りで、アスピリン群では発症率が1.6%、偽薬群では4.3%で、高い効果が示された。少なくとも中毒症の発症可能性が高いケースではアスピリンの服用が推奨できるのではないだろうか。
死体からのペニス移植についての南アフリカStellenbosch大学からの論文（8月17日号The Lancet掲載論文）
南アフリカ、ケープタウンといえばバーナード博士の世界最初の心臓移植が行われた町だが、今日紹介するのは、小児期に民間の包茎手術による感染でペニスを失った黒人に死体からペニスを移植した一例報告だ。詳細は全て省くが、９時間かかる大手術で移植は成功し、2年後の検査では排尿機能だけでなく、勃起など性的機能も改善し、自覚的にも満足することができているという結果だ。もちろん他の原因でペニスを失うこともあるので、我が国の泌尿器科でも今後行われるのではと予想する。
2017年8月25日
MEPC2重複症についてはなんども書いてきたが、X染色体上のMECP2遺伝子が重複して２倍になることで遺伝子発現量が上昇し、発達障害を起こす病気だ。遺伝子が欠損するのではなく、遺伝子数が増えた結果細胞内の分子の量が上昇することが病気の原因であるため、治療には遺伝子の数を減らすか、あるいは発現したRNAの量を減らすしか方法がないと思い込んでいた。
今日紹介する米国テキサスのベーラー医科大学からの論文は、もう一つの可能性、すなわちできたMECP2タンパク質の分解を促進する薬剤の開発も治療につながることを示した研究で8月23日号の、Science Translational Medicineに掲載された。タイトルは「An RNA interference screen identifies druggable regulators of MECP2 stability（MECP2分子の安定化に関わる薬剤開発が可能な調節分子をRNA干渉スクリーニングで特定する）」だ。
さすがこの分野の第一人者Zoghbiさんの研究室からの論文で、MECP2分子が様々な修飾を受けていることを熟知しており、この修飾を抑制すれば分子の安定性が壊れ、発現量が減るだろうと考えて、MECP2タンパク質の不安定化につながる分子をRNA干渉法でスクリーニングをかけている。探索の対象としては、薬剤開発がしやすいリン酸化酵素と、脱リン酸化酵素に的を絞って、総数873種類の分子の関与を調べ、最終的にPPP2R1Aと呼ばれる脱リン酸化酵素、HIPK1,HIPK2,RIOK1と呼ばれるリン酸化酵素の発現を抑えると、MECP2タンパク質の発現量が低下することを明らかにしている。
リン酸化酵素についてはMECP2分子上のリン酸化される部位を特定し、リン酸化により他の分子との相互作用が進むことで分子が安定化するのだろうと考えているようだが、リン酸化されること以上の解析は行っていない。ただ、例えばHIPK2が欠損したマウスでは脳内のMECP2の量が減っていることを示しており、これらのリン酸化を阻害する薬剤開発は治療に直結することを示している。おそらく、MECP2重複症マウスでHIPK1,2を欠損させて病気の発症が抑えられるかなど研究が進んでいると思う。
特異性は低いがすでに利用できる阻害剤がある脱リン酸化酵素PP2Aについては、ほとんど生化学的解析は行わず、すぐに治療実験を行っている。疾患モデルマウスの脳内に阻害剤fostriecinを直接投与することで、MECP2タンパク質の量が減り、さらにロタロッドテストが正常化することまで示している。
患者さんに期待されているこの分野の第一人者だけに、より効果の高い安全な薬剤開発までには時間がかかることをはっきり述べているが、優秀な創薬に関わる化学者は多い。至適化された薬剤もその気になれば早く開発できるだろう。
さらに、リン酸化酵素、脱リン酸化酵素以外にも薬剤開発可能な経路は存在する。他の可能性もぜひ追求して欲しいと思う。というのも、分子が余分に発現することで起こる病気は多い。例えば染色体が３本になるダウン症に対しても、重要な分子についてはこの方法を使う可能性がある。開発促進を願っている。
2017年8月24日
網膜の神経組織を見ると、誰もがその美しい構造に魅せられるが、光を感じることに特化した視細胞とともに、様々な神経細胞が秩序立って並んでおり、網膜がひとつの神経組織であることを実感する。そして他の脳組織と異なり、網膜だけは瞳を通して直接見ることができる。この特徴を利用して、脳の血管の状態を、眼底の血管から推察することは生活習慣病の進行度を調べるための必須の検査になっている。
それなら、神経組織が変性するアルツハイマー病の進行も眼底検査で診断できそうなものだが、あまり論文を見かけることはなかった（眼科の専門誌はフォローしていない）。
今日紹介する米国ロサンゼルスにあるCedars-Sinai医療センターからの論文は、眼底検査でアルツハイマー病が診断できる可能性を示した研究で8月17日JCI Insightに発表されている。タイトルは「Retinal amyloid pathology and proof-of-concept imaging trial in Alzheimer’s disease (アルツハイマー病の網膜のアミロイド病変と診断への利用可能性を調べる画像治験)」だ。
アルツハイマー病で最も重要な所見はAβアミロイドの神経組織での沈着だが、網膜組織でこの沈着を検出することが難しかったのか、網膜でのAβ沈着の報告は少なかった。この研究では、検出が難しい原因が、沈着が不均等に分布しており、これまでのように網膜切片を用いる方法では見落としが多いと考えた。そこで網膜全体を染め、全網膜組織をスキャンする方法を用いてアルツハイマー病で死亡した患者さんの網膜を調べ、ほぼ脳組織と並行してAβの沈着が見られ、形態学的にもアミロイドの異常沈着と診断できることを明らかにしている。
この方法でAβ沈着の分布を見ると、予想通り均一ではなく、上部の辺縁に最も強く分布していることがわかった。このように、確かにAβが沈着し、その場所も明らかになると、当然眼底検査で検出できる可能性が出てくる。この研究では、クルクミン、すなわちウコンに含まれる黄色のポリフェノールがAβに結合するという性質を利用してAβ沈着を観察できる方法を模索している。
実際には普通の薬局で売っているウコンを飲めばいいというわけではなく、Longvidaという会社から提供される特殊なクルクミンを経口で2日間服用してAβを染め、それを網膜レーザースキャンで検出するプロトコルを開発し、10人の様々なステージのアルツハイマー病患者さんを調べている。
結果はアルツハイマー病の進行度とクルクミンで染まるスポットの数がほぼ正比例し、十分診断に使える可能性が示せたと結論している。もちろん、加齢黄斑変性症など、同じようにクルクミンスポットが検出される疾患もあり、もう少し大規模な調査で、正確な診断法として確立するには時間がかかるだろう。
しかし、この方法がAβを検出できることは確かで、現在行われているAβに対する抗体治療や、あるいはAβの生産そのものを抑えるBACE阻害剤の効果を見るためのマーカーとしては大きく貢献する可能性がある。もともとウコンは普通に飲まれていることから、Aβ除去を目指したアルツハイマー病の治験では積極的に活用を図ることは重要だと思う。
2017年8月23日
腸の幹細胞に、R-spondinと呼ばれるWntシグナル促進因子の受容体Lgr5が発現しているという発見と、Lgr5遺伝子を利用した幹細胞特異的遺伝子操作法の完成、そして現在慶応大学内科に在籍している佐藤さんが開発した単一幹細胞から腸上皮オルガノイドを形成する培養法の開発で、腸の幹細胞システムの理解はずいぶん進み、また臨床医学研究にも大きく貢献している。
佐藤さんの方法の素晴らしさは、単一の幹細胞がほぼ完全な腸組織を作るところだが、もちろん培養には細胞の増殖に必要な因子は供給されている。おそらく発生学的に言えばこの方法の最も面白い点は、増殖因子が構造的にアレンジされなくても、上皮独自で構造を自己組織化できることで、この秘密に迫る研究が今後も進むと期待している。
今日紹介するドイツベルリンのマックスプランク感染生物学研究所からの論文は胃の幹細胞システムの構築を、増殖因子を産生している周りの間質細胞も含めて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「Stromal R-spondin orchestrates gastric epithelial stem cells and gland homeostasis（ストロマ細胞が分泌するR-spondinは胃の幹細胞と臓器の恒常性をコントロールする）」だ。
この研究ではまずWntシグナルに反応している上皮細胞をAxin2をマーカーとして標識する実験から、Lgr5の発現にかかわらずAxin2陽性細胞が胃の幹細胞として機能し、Lgr5陽性細胞は完全に除去しても、幹細胞システムの維持やオルガノイドの形成に影響がないことを示している。これらの結果に基づき、胃の幹細胞システムは活発に増殖するAxin2陽性幹細胞が上部に移動して分化細胞を供給、また基底部に移動して増殖の遅いAuxin2陽性Lgr5陽性の幹細胞を形成するようにできていることを示している。
Lgr5が幹細胞システム維持に必要でないことがわかったので、次にそのリガンドのR-spondinの胃幹細胞システム維持に対する役割を検討すると、R-spondinが欠損すると幹細胞の増殖が維持できないことを明らかにする。面白いのは、Wntの発現は局在性はあまりないが、R-spondinは幹細胞の多い基底部の間質で発現している。そして、胃の上皮細胞はLgr5ではなく、Lgr4を受容体として使って、R-spondinの作用を受けていることが示唆された（照明はされていないと思う）。
すなわち、Wnt自体は全体で発現しているがR-spondinが基底部でだけ発現して勾配を形成することで、幹細胞の位置と活性を調節していることになる。最後に、胃上皮の増殖を誘導し胃がん発生を促進することが知られているヘリコバクターピロリを感染させる実験を行い、感染によりR-spondinの産生が強く亢進することを示している。
胃の幹細胞システムについてはっきりとしたイメージを持つことができるようになったが、もしR-spondinの局在が構造を決めているとすると、R-spondinが十分供給されたオルガノイド培養では、構造がうまくできないのではと思う。いずれにせよ、ストロマとの共培養系も可能なようで、ぜひヒトの構造化された胃幹細胞システムを作って、感染やガン化の研究に役立ててほしいと思う。例えば、スキルス胃がんの特徴を再現できたら、画期的治療が開発できるような気がする。
2017年8月22日
卵巣や精巣とそれにつながる組織生殖腺は、男はウォルフ管由来、女性はミュラー管由来と男女で完全に異なっているが、実は最初は両方の組織が形成される。男性の場合はY染色体上の遺伝子SRYによりスイッチが入るカスケードを介して、最終的にTGFβファミリー分子のミュラー管抑制分子によりミュラー管が退縮しウォルフ管が残るが、SRYからのスイッチが入らない女性の場合は、精巣ができないため男性ホルモンが分泌されず、結果ウォルフ管が退縮すると考えられていた。
ところが、今日紹介する米国環境衛生科学研究所からの論文は、精巣からの男性ホルモン分泌の欠如がウォルフ管退縮の引き金でないことを示した研究で8月18日のScienceに掲載された。タイトルは「Elimination of the male reproductive tract in the female embryo is promoted by COUP-TFII in mice (メスマウスでのオス生殖腺除去はCOUP-TFIIにより促進される)」だ。
このグループは中腎間質で発現する転写因子COUP-TFIIの機能に興味を持って研究していたようだ。COUP-TFIIが欠損したマウスは生後すぐに死ぬので、中腎の間質でだけCOUP-TFIIが欠損したマウスを作ったところ、メスでウォルフ管の退縮が起こらず、両方の生殖腺をもったマウスができることを発見した。
このマウスではウォルフ管は存在しても精巣は存在しないので、精巣由来の男性ホルモンは期待できない。もしウォルフ管の退縮が男性ホルモンの欠損だとすると、精巣以外の場所で男性ホルモンが分泌される必要があるが、結局そんな組織は存在しないことがわかった。すなわち、これまでの定説、男性ホルモンがないとウォルフ管が退縮するという話は間違っていることになる。
そこでCOUP-TFIIが欠損したマウスで発現が上昇している遺伝子を検索し、FGF7とFGF10が強く誘導されていることを発見する。次に器官培養を用いてFGF7,FGF10の作用を調べた結果、両方ともウォルフ管の維持に関わることを明らかにする。
以上の結果から、メスマウスではCOUP-TFIIによりウォルフ管を維持するために必要なFGF7やFGF10の発現が阻害され、その結果ウォルフ管が退縮すると結論している。
男性ホルモンの作用や、FGFの作用に関しては全て器官培養での結果で、最終的に男性ホルモンが全く必要ないと結論するには、実際にはもう少し他の実験を加える必要があると思う。ただ、生殖腺分化のカスケードは間違いなくより複雑になった。このグループの場合、最初から定説を疑ったわけではないだろうが、定説も一つの説でしかないことがよくわかる研究だ。
