世界最古の化石についてご存知だろうか。まだ、生命誌研究館の顧問をしていた時代、「進化研究を覗く」と題して時々のトピックスを紹介していたが、２０１４年世界最古の化石がどの様に研究されているのかをまとめて紹介したことがある（https://www.brh.co.jp/salon/shinka/2014/post_000005.php）。これによると、３５億年前の保存性が高い地層に存在する粘液細菌からなると考えられるストロマライトの中に認められる構造物こそが、細菌の化石とされている。もちろんなかなか証明が難しい分野なので異論も多い。しかし、多細胞生物が地球上に発生する６億年より前の生物は全て単細胞生物なので、この時期の化石研究は、当然単細胞の様な極小の構造を探すことになる。

今日紹介するベルギーリエージュ大学からの論文は、地球で光合成が始まり、酸素環境が形成されるきっかけになったシアノバクテリア、すなわち藍藻の発生時期を化石から調べ、おおよそ１７億年以前には進化していたことを示した研究で、１月３日 Nature にオンライン掲載されている。タイトルは「Oldest thylakoids in fossil cells directly evidence oxygenic photosynthesis（化石の中に見られる最も古いティラコイドは酸素発生性光合成の直接的証拠になる）」だ。

光合成は植物に特徴的と思ってしまうが、他にもクロレラなどの藻類、そして藍藻の様な原核生物でも行われる。そして、この藍藻が葉緑体の起源となっており、ゲノムから見ると藍藻の進化は３０億年前と推定されている。この結果、地球に初めて酸素が生まれ、その後酸素を利用する生物が進化してくることになるが、実際藍藻に似た細菌が古い地層に残っているのか、研究が続けられている。

しかし、細菌の化石を特定できるとしても、光合成を行っていたことをどう証明するのか。この研究では藍藻や葉緑素に存在する光合成のための膜に結合した小器官ティラコイドに着目した。そこで、オーストラリア、カナダ、そしてコンゴのシェール層から見つかっていた藍藻の仲間と考えられる化石を電子顕微鏡を用いて観察し、オーストラリア、カナダの化石の中に、明確にティラコイドと言える構造を発見する。

これが結果の全てで、あとはこれが化石形成過程のアーチファクトではないことを、例えばこの細菌が化石化された条件（Burial temperature）をラマン顕微鏡で調べると言った方法で確認している。すなわち、化石化が起こる過程の温度は１８０−２００度程度で、十分に細胞内の構造が保存されることを示している。この様に、この分野で最も重要なのは、年代測定と、化石化課程の検証になるようだ。

結論としては、最も古い光合成を示す化石として１７億年が示された。さらにコンゴから出土した藍藻類の化石にティラコイドが存在しなかったことは、１２億年前には現在に見られるような光合成藍藻と、光合成を行わない藍藻が分離していたことも明らかになった。

これまでほとんど使われてこなかった電子顕微鏡を使える様にしたことが、細菌化石の解析が、最古の光合成細菌を特定に繋がったことになる。同じ方法を使って探せば、さらに古い藍藻化石が見つかることが期待できそうだ。地球規模で考えれば地学と生物学は近い。

昨年の科学のトップニュースとして、GLP-1Rアゴニストが痩せ薬として受け入れられ、今や薬が手に入らなくなるほどのブロックバスターになっていることを NatureもScience も共にリストしていたのは意外だった。それほど肥満への関心が高いということだと思うが、本当に服用し続けて問題がないのかはもっと長いスパンで見ていく必要があるだろう。実際、GLP-1Rを刺激する治療と言っても様々な方法があり、肥満も含めたメタボ改善という観点でどの治療が一番安全で効果があるのか、糖尿病から少し離れた観点から効果を調べていくことは重要だ。

今日紹介するバンダービルド大学からの論文は、GLP-1Rアゴニストと、内因性のGLP-1レベルを高めるDPP-4阻害剤を、インシュリン感受性改善という点に絞って調べた治験研究で、1月号の Diabetes に掲載された。タイトルは「Weight Loss–Independent Effect of Liraglutide on Insulin Sensitivity in Individuals With Obesity and Prediabetes（肥満の糖尿病予備軍に対する、体重減少による効果とは別のリラグルタイドのインシュリン感受性改善効果）」だ。

GLP-1アゴニストは、皮下注射、あるいは内服で直接GLP-1受容体（GLP-1R）を刺激する治療で、現在痩せ薬として注目されている薬剤だ。これに対しDPP-4阻害剤は、GLP-1やGIPなどいくつかの消化管ホルモンを分解する酵素DPP-4を阻害することで、GLP-1など消化管ホルモンの局所での濃度を上昇させる働きがある。

薬剤グループは、無作為化偽薬試験として効果を確かめているが、調べた母数が少ないのが問題になる。この問題を認めた上で、結果だが、GLP-1RアゴニストもDPP-4阻害剤もほぼ同じ効果があると思っていた私にとっては驚きだ。

最も重要な目的は、体重低下が始まる前から、GLP-1R刺激によりインシュリン感受性が上昇するのか調べることだ。というのも、GLP-1Rアゴニストが魅力があるのは、体重が低下するだけでなく、インシュリン抵抗性などメタボ指標が大きく改善することだが、これが体重減少の結果なのか、GLP-1Rアゴニストの直接効果なのかはわかっていなかった。

結果は明瞭で、体重減少が始まるより以前、すなわち薬剤投与後２週間から、空腹時血糖、インシュリン濃度、そして HOMAR-IR と呼ばれる指標から、GLP-Rアゴニストではインシュリン感受性が上昇していること、一方ダイエットやDPP-4阻害剤ではこの様な効果が全く見られないことが明らかになった。

さらにこの効果は、GLP-1R阻害剤で完全に消失することから GLP-1R に対する刺激であることは明らかだ。

結果はこれだけだが、同じメカニズムと思っていた薬剤も、効果が全く異なることに驚く。さらに、体重で見るとDPP-4阻害剤は１４週目でもほとんど減少がない。この薬剤は、早くから糖尿病薬として使われてきたが、痩せ薬という騒ぎが起こらなかったのもよくわかる。

なぜこの違いが出るのか。内因性のGLP-1の場合、おそらくまず膵臓や肝臓に作用すると思われる。また、DPP-4阻害剤は GLP-1 だけでなく、様々な消化管ホルモンに作用する。実際、DPP-1阻害剤だけで、血中グルカゴンの濃度が高まっている。

今後動物実験を含めて、それぞれの治療法の長期効果と、具体的な作用とを対応させる研究が必要になると思う。しかし、これだけ歴史のある薬剤でも、本当にわからないことが多い。

ガンのゲノム解析が始まった頃の驚きの一つは、それまでガンのドライバーとか、抑制遺伝子として馴染みのあった遺伝子のほかに、IDHのような代謝酵素や、SF3Bといったスプライシングに関わる分子の変異が高い割合で発見されたことだ。それから何年も経って、その意味を理解できる様になってきた。

今日紹介するハーバード大学からの論文は、現在治験が進むSF3Bスプライシング因子阻害剤をさらに有効に活用するための前臨床研究で、１月３日号の Science Translational Medicine に掲載された。タイトルは「Splicing modulators impair DNA damage response and induce killing of cohesin-mutant MDS and AML（スプライシング阻害剤はコヒーシン変異を持つMDSやAMLの細胞死を誘導する）」だ。

標的がわかっていると言ってもスプライシングはあらゆる細胞でも働いておりガン特異的ではない。そこで、抗ガン治療の常道と言える異なるメカニズムを標的にしてガン特異性を高めようと考えるのは当然だ。この研究ではその候補として、ガンや白血病で変異頻度が高いコヒーシンに注目した。もともとコヒーシンは分裂時の染色体分離に異常があり、この変異と合わさるとSF3B阻害剤の効果が高まるのではと着想した。

白血病株のコヒーシンをノックアウトしてSF3B阻害剤を加えると、変異のない白血病に対する効果が弱かったSF3B阻害剤の効果が何十倍にも高まることを観察する。ただ、調べていくとこれは変異コヒーシン遺伝子のスプライシングがSF3B阻害剤で変化するわけではなく、コヒーシン変異により誘発されるDNA損傷修復がうまく行かないため、細胞死が誘導されることがわかった。

そこで、阻害剤で誘導されるスプライシング異常分子を調べると、コヒーシン変異に関わらずDNA損傷修復に関わる様々な分子、例えば最も有名なBRCAなどの正常分子がほとんど消失することを明らかにしている。修復機構を機能的に調べると、実際にSF3B阻害剤で修復効率が著しく低下していることがわかる。

もともとBRCA変異のような修復遺伝子の機能異常は、ガンの弱点だとされてきた。SF3B変異でこれを誘導できるなら、コヒーシン変異がなくても抗ガン剤に対する感受性が高まるはずで、この研究でも実際の白血病細胞をコヒーシン変異有無に分けて、SF3B阻害剤と、修復阻害剤や一般の抗ガン剤と組み合わせて効果を見ている。コヒーシン変異のある場合だけ、SF3B阻害剤の治療効果が見られるという結果で、遺伝子検査の上で治療を行うことの重要性を示している。

あとはSF3B 阻害剤投与の第一相治験に参加した患者さん３名の末梢血について RNAsequencing を実施し、白血病細胞株でみられたのとほぼ同じ、DNA損傷修復に関わる分子のスプライシング異常が誘導されていることを確認している

以上の結果から、SF3B阻害剤の効果は主にDNA損傷治癒に関わる遺伝子のスプライシング異常を誘導することで発揮されるが、これに加えてDNA損傷が高まる変異を持つ変異が加わることでその効果はさらに高まることが示された。

この様に、様々な治療薬を組み合わせるガン治療はこれまで以上に重要になるが、このためには患者さんのガンゲノムを調べて治療計画を行うことが必須になる。この点で我が国は圧倒的に後進国だ。今日、友人の一人が食道ガンで亡くなった。相談されたとき、主治医に私費でガンゲノム検査をしたいので切除組織の一部を分与してもらう様アドバイスした。残念ながら大学病院であるにも関わらず、その申し出は意味ないと拒否された様だ。しかし、抗がん剤治療だけでなく、免疫治療に関しても、ゲノム検査はますます重要になる。そして、ガン特異抗原の有無などは、一般的なオンコパネル検査ではわからない。一方、変異の情報処理については、大規模言語モデルの出現でますます一般化されつつある。その意味で、我が国のガンゲノム検査を、根本的に見直す必要がある。そのとき、検査は民間主導にすることが重要だ。

メディアには関節の痛みを軽減すると称する様々なサプリが溢れているが、それだけ多くの人が関節症状を訴えていることになる。このほとんどはいわゆる変形性関節炎で、軟骨がすり減ることで起こってくる。そして、現在の医学でも痛みを緩和することは出来ても、軟骨の変性を食い止めることは難しかった。

しかし、今日紹介するニューヨーク大学からの論文は、変形性関節炎の病態メカニズムの一端を解明し、治療への糸口を見つけた点で重要な研究だ。タイトルは「Nav 1.7 as a chondrocyte regulator and therapeutic target for osteoarthritis（Nav1.7は軟骨の調節因子で変形性関節炎の治療標的になる）」だ。

このグループは、元々痛みを緩和するために電位依存性のナトリウムチャンネルを研究する中で、軟骨にもいくつかの電位依存性Naチャンネル（Nav）が発現し、中でも Nav1.7 が変形性関節炎で上昇していることを発見する。

この現象と変形性関節炎の関係を調べるため、マウスの軟骨、あるいは感覚神経から Nav1.7 をノックアウトして、外科的あるいは化学的に軟骨を傷害して変形性関節炎を誘導すると、痛みに関しては感覚神経、軟骨特異的ノックアウト両方で発生が抑制される。一方、関節炎の病理的進行と症状改善について見ると、なんと軟骨特異的に Nav1.7欠損マウスで進行を止めることが出来ることを明らかにしている。

Nav1.7 については、てんかん治療目的などで様々な特異的阻害剤が開発されており、これを全身投与することでノックアウトと同じように症状を改善することが出来る。

次に、Nav1.7チャンネル阻害が変形性関節炎進行抑制のメカニズムを培養軟骨を用いて検討し、チャンネル抑制により発現が上昇する分子の中で、シャペロンである HSP70 と生理活性物質ミッドカインがそれぞれ軟骨細胞のコラーゲン増殖など再生型の代謝、およりマトリックス分解酵素などの炎症型分子の賛成を抑える役割があることを発見する。

最後に、Nav1.7チャンネル抑制によりこれら分子の細胞外への湧出が誘導されるメカニズムも検討し、流入したナトリウムがナトリウムカルシウムトランスポーターによって細胞外へ排出される結果、細胞内のカルシウム濃度が高まり、それによりこれら分子が細胞外へ湧出することを示している。

以上が結果で、なぜ変形性関節炎が Nav1.7 の発現を高めるか、あるいはカルシウムとHSP70、ミッドカインの分泌など、まだまだ詳細については詰める必要があると思うが、これまで全く糸口のなかった変形性関節炎治療開発については大きな進展だと思う。内服できる Nav1.7阻害剤は存在し、効果があることも示されたが、これまで精神疾患に使われていることを考えると、そのまま高齢者に使っていいかは問題になると思うが、局所持続投与が可能なら大きな関節だけでもすぐ治療可能になったほしい。

DNAメチレーションが遺伝子発現調節のエピジェネティックファクターとして重要な働きをしていることは誰も疑わない事実だ。ただ、これまでの研究は、例えばビスルファイドシークエンシングと呼ばれる、メチル化されたDNAを化学変換して特定する方法、すなわちメチル化されたシトシンをゲノム上で特定する技術に基づいていた。さらに最近では NOMe-seq のように、クロマチン構造とメチル化DNAの特定を同時に行う方法も開発され、メチル化DNAの機能が明らかになっている。

これに対し今日紹介するリトアニア・ビリニュス大学からの論文は、クロマチンが開いているメチル化されていないシトシンと、脱メチル化過程にある 5hmDNA を同時に特定する方法を開発し、メチル化されていないシトシンから遺伝子発現を見直した研究で、DNAメチレーションも裏から眺める重要性を教えてくれる研究だ。タイトルは「One-pot trimodal mapping of unmethylated, hydroxymethylated, and open chromatin sites unveils distinctive 5hmC roles at dynamic chromatin loci（一つのチューブ内で、クロマチンの開いた場所のメチル化されていない、あるいはハイドロオキシメチル化部位を解析するとダイナミックな染色体上での 5hmC の機能が明らかになる）」だ。

まず方法だが、開いたクロマチンに存在する GC、 CG部位に、それぞれ異なるDNAメチル化酵素を用いて化学修飾を行い、また 5hmC部位にも別の酵素を用いて化学修飾を行う。その後DNAを切断し断片にプライマーを結合させるとともに、修飾した場所に別のプライマーを結合させる。その後、両方のプライマーからDNA増幅を行い、ラベルされたCG、 GC、 5hmCの部位をゲノムの上にマッピングしている。これにより、その時どの領域のクロマチンが開いていたか、そしてそこに存在していたメチル化されていないCを特定できる。また、同じ場所にあってラベル出来なかったCはメチル化されていたと考えられる。

この解析を、ES細胞から神経幹細胞、そして神経細胞への分化過程で行って、転写される遺伝子と照らし合わせて、分化の過程でおこるメチル化、脱メチル化過程を解析している。

これまでメチル化DNAの解析からわかっていたように、分化とともにメチル化部位がダイナミックに変化し、それとともにクロマチンの構造も変化することが、この解析からも確認される。

しかし、メチル化されていない場所を見ることで、全く新しい風景も開けてくる。例えば、プロモーター部位でクロマチンが開いて、メチル化が起こっていなくても、遺伝子発現が起こらないケースが多く認められる。このほとんどは、転写開始点より下流の、遺伝子本体のメチル化が残っているためで、これが脱メチル化過程により 5hmC へと変換されると、転写が始まる。

また、5hmC はイントロンと接するエクソン側に多く存在しており、スプライシングに関わる領域の抑制を完全に取り除いた後、転写にゴーサインが出ていることもわかる。

実際このような遺伝子本体の変化は、分化終了より前から進んでおり、転写が単純にプロモーターとエンハンサーの領域だけで決まるわけでないことがよくわかる。

以上が主な結果で、ゲノムワイドにメチル化部位がわかってきたとき、遺伝子本体のメチル化は何をしているのかなど議論があったが、この論文でよく理解できた。現象は常に表と裏から見ることが重要だ。

関係ない話だがおそらくリトアニアからの論文を紹介するのは初めてだ。今後も応援したい。

ウェッブを介するデータサーチなしに私の今の生活はあり得ないが、他の人と比べても私は依存度の高い生活をしている。まず一日の長い時間モニターに向かっている。そして論文は言うに及ばず、一般の本も出来るだけウェッブを介して読んでいる。Kindle で買える場合は、既に持っている紙媒体も買い直している。これは、読みながら思いついたことをすぐにウェッブサーチ出来るからで、デスクに座っているときは Kindle も普通の PC で読んでいる。ただ、依存度が高いからと言って、サーチエンジンを信じているわけではない。すなわち鵜呑みにしない経験が必要になる。そこで今日はウェッブデータを鵜呑みにしないことの重要性を実験的に示した面白い論文を紹介する。

最初の論文は１２月２０日 Nature にオンライン掲載された論文で、間違った情報をウェッブサーチで調べることで、余計間違った話を信じてしまう危険性を示したセントラルフロリダ大学からの論文だ。

この研究ではウェッブでの呼びかけに応じた千人規模の参加者を無作為化して２群に分けた後、フェイクであることが専門家により確認されたニュースを発生後、様々な時間をおいて伝え、ニュースが正しいかどうか答えてもらう。この時、一群にはウェッブサーチを参考にして真偽を調べるよう指示すると、驚くことにウェッブサーチをかけた群の方が間違ったニュースを正しいと信じる確率が１０−２０％上がることを発見した。このようなニュースは、時間がたつと専門的ファクトチェッカーにより間違いと示されるようになるが、この傾向はニュースが発生してから時間がたってもあまり変わらない。

実際どんな情報を見て間違いを信じるのかを調べると、あまり当てにならないニュースソースから情報が返ってきたときに、信じ込む傾向が強くなる。

最後に、なぜ信用性の低いサイトからのデータが引っかかってくるのかを調べると、サーチの仕方がそれぞれの政治信条や、ウェッブと付き合うためのリテラシーにより影響され、未熟で思い込みが激しいほど、信頼性の低いサイトから結果が帰ってしまうことを示している。

以上が結果で、これはサーチエンジンの話で、SNSになるともっとひどい結果になる気がする。いちいち思い当たる結果とはいえ、無作為化し、よくデザインされた実験として行ったことが重要だ。

次の論文は新しくなったGPT-4を使って、データねつ造が可能であることを示したイタリア・Maguna Graecia大学から１２月号のJAMA Opthalmologyに発表された論文だ。

昨年１１月、GPT-4が大幅にアップデートされ、新しいデータベースにアクセスしたり、計算したり、イラストを作るのが一段と楽になったが、パイソンを使う Advanced data analysis(ADA) を介して、データ解析も可能になった。

このグループは角膜手術の異なる術式の成績結果を ADA に読み込ませ、その上で結果についても指示を出すと、元々は差がないというデータセットから、指示通りの結果を捏造できることを明らかにした。

この論文では、指示通りに結果が捏造されることだけが示されているが、なぜそうなったのかを、Nature 誌が調べさせており、その結果男女が適当に入れ替えられていたり、評価に使った指標と個人とのリンクが変えられていたり、参加者の年齢の偏りが強くなっていたりと、捏造能力に長けていることがわかった。

詳しく調べれば必ず明らかになる捏造だが、査読の時に見つけるのは不可能だろう。

ガリレオに始まる科学は、他の人の同意を得るための手続きを示したことで、宗教が押しつけていた捏造を排除したことにある。その意味で、学生さんに講義するとき、捏造するのは自由だが、捏造した時点で科学を拒否したことになると教えている。ウェッブサーチや AI は、決定論的なので、宗教にはなり得ても、科学にはなり得ないことが明らかだ。この点も AI 開発の今後の焦点になる。

重い臨床症状が見られる遺伝病のメカニズムを明らかにすることは、確実に治療につながる。昨年の最も大きなニュースは、全身の筋肉が骨になる遺伝疾患FOPをアクチビンに対する抗体で治療できることを明らかにした治験結果だろう(https://aasj.jp/news/watch/23015)。論理的に考えると生命機能に重要な遺伝子の数は万を超えるはずで、しかも遺伝子変異が明らかになっても、細胞や発生メカニズムを明らかにするには時間がかかる。今後も全てが明らかになるにはまだまだ時間がかかる。

今日紹介するハーバード大学、ロックフェラー大学、シンシナティ小児病院、そしてフランス・ネッカー病院から発表された共同論文は、白血球の遊走に関わるケモカイン受容体の一つCCR2機能が完全欠損する９人の患者さんを特定し、解析した研究で、１２月１８日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Human inherited CCR2 deficiency underlies progressive polycystic lung disease（遺伝的CCR2欠損による進行性嚢胞性肺疾患）」だ。

小児の先天性嚢胞性肺疾患は発生異常に基づくことが多いが、この論文の対象になった症例は５歳前後でバチ状指を伴う呼吸不全で発見されている。ただ気管支拡張症とは異なり、レントゲン状で肺末梢部が詰まった像が認められ、また病理的にも終末小気管支周りのリンパ球浸潤、肺胞の好酸球充満、そして肺蛋白症の存在などの特徴と、ほとんどが共通の原因があるのではと考え、遺伝子解析を行っている。

９人中６人に、近親間の結婚に特徴的な長いゲノム領域の共有が見られたことからも強く遺伝要因、特に劣性遺伝病が考えられるが、最終的に両方の染色体でCCR2遺伝子変異が見つかり、変異遺伝子の機能解析から全て完全機能欠損変異であることが明らかになった。

CCR2は白血球の遊走に関わっているが、患者さんはほとんど肺以外に症状が見られない。ただ、マウスと同じでBCG接種など抗酸菌感染が全身に広がりやすい。すなわち、局所への探求の浸潤による局所化に問題がある。

臨床的に調べると、単球のCCR2依存性の遊走異常は認められるものの、あまり大きな異常は認められない。ただ、骨髄から末梢へのリクルートが低下していることがわかった。

これらの所見と、病理組織の解析結果から、最終的に以下の細胞学的メカニズムが提案されている。

患者さんでは、単球の末梢への動員が低下しているが、一般的免疫機能を保つことが出来ている。ただ、肺胞への浸潤が低下しているため、肺胞で合成されたサーファクタントを処理する能力が低下する。このため、いわゆる肺胞蛋白症が発症する。その結果、小気管支のリンパ球浸潤が高まり（このメカニズムについては不明）、肺胞が詰まることで、炎症を繰り返すようになり、年齢とともに呼吸不全が進む。

すなわち、CCR2は実際には抗酸菌感染など重要な働きがあるが、現代社会では肺胞でのサーファクタント除去低下が症状として表れるまで気づかれず、一旦肺胞が詰まり出すと、急速に悪化することがわかった。とすると、おそらく早く診断すれば様々な治療方法があるはずだ。

私が現役で病院で働いていたときは、肺胞蛋白症の原因など全くわかっていなかった。その後GM-CSFノックアウトマウスから、マクロファージ機能に関わる多くの遺伝子の関与が明らかになり、また多くの肺胞蛋白症はGM-CSFに対する自己抗体病であることもわかり、今や原因の明らかな病気になっている。とは言っても、この研究からわかるように、一つの遺伝病のメカニズムを解明するのは大変な作業だ。

リンパ球の抗原に対する反応や、嗅覚細胞の臭い物質に対する反応は、それぞれの細胞が一種類の受容体を発現しているため、反応の特異性が保証される。この実現には複雑な分子メカニズムが必要になる。

熊本大学にいた頃に私たちが関わったB細胞で言うと、まずVDJ再構成により始まるmRNAを用いた他のV領域の染色体再構成が起こり、それ以上の再構成が起こらなくなる。これと同時に、翻訳された抗体分子を用いて増殖に必要な IL-7受容体の発現をoffにし、またRAG遺伝子をoffにすることで、一個の抗体分子が発現した細胞がそれ以上再構成を行えないようにしている。

一方嗅覚細胞では嗅覚受容体（OR）が同じ染色体に乗っているわけではないので、遺伝子再構成は使えない。そのため、一つのOR遺伝子のプロモーターだけに、エンハンサーがリクルートされるという離れ業が行われ、さらに一つの受容体が発現すると、他のOR遺伝子とエンハンサーのアクセスがOffになることがわかっている。ただ両方の染色体で２０００個もあるOR遺伝子を相手に、本当にうまくいくのか、詳細は不明だ。

今日紹介するコロンビア大学からの論文は、一個のOR遺伝子発現までの過程を、single cell 解析や、様々な遺伝子改変マウスを用いて解析し、OR遺伝子同士の競争の中からランダムに一つのOR遺伝子が選ばれると、転写されたmRNAにより他のOR遺伝子のチャンスをOffにする過程を明らかにした、著者らの執念が伝わってくる、元旦に紹介するに値する素晴らしい研究で、１２月２０日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「RNA-mediated symmetry breaking enables singular olfactory receptor choice（RNAによる対称性の破綻が一つの嗅覚受容体選択を可能にする）」だ。

OR 遺伝子は両方の染色体で２０００個もあり、発生過程で一つの遺伝子が選ばれる過程を調べるには single cell analysis が必須になる。この研究でも、核内での遺伝子同士の距離を調べるDip-CやHi-Cと呼ばれる技術を single cell に適用するという大変な実験を繰り返している。Single cell なので結果が yes or no とクリアに得られない技術的問題を、様々な方法を組みあわせて克服し、発生過程でOR遺伝子発現に関わる６０個あまりのエンハンサーが核内でいくつかのクラスターを形成し、そのうちの一つがOR遺伝子にバイ・チャンスでリクルートされると、最終的に他のOR遺伝子とエンハンサークラスターの相互作用が抑制されることを確認する。これまでも指摘されてきたことだが、single cell level で証明するとするために、まさに圧巻の実験が行われている。

次に、OR遺伝子同士のエンハンサークラスターを巡っての競争に終止符を打つ要因として、まず成功したOR遺伝子由来mRNAが他のOR遺伝子のアクセスを抑制する可能性について、今度はマウスレベルの遺伝子改変を用いて証明している。

一つの方法は、一度勝利が決まったOR遺伝子の発現を、他のOR遺伝子mRNAを強く発現させることで抑制する実験を行い、特に完全に勝者の決定していない時期では、勝者を覆せることを、２色の蛍光色素をOR遺伝子に導入したマウスを用いて示している。

さらに、蛋白質の翻訳が出来ないように遺伝子改変したOR遺伝子を強く転写させると、蛋白質は出来なくても他のOR遺伝子とエンハンサークラスターの相互作用を抑えられることを示して、この抑制がmRNAにより行われることを明らかにしている。

面白いのは、こうして確立したOR遺伝子の勝利も、OR蛋白質の発現がないと長持ちしない点だ。メカニズムは明確ではないが、リンパ球と同じようにRNAと発現蛋白質の二重スイッチにより、一つの細胞、一つの受容体の原則を守っていることがわかる。

以上が結果で、ここまでやるかという研究に感心する。ただ、それでもまだ現象論で、最終メカニズムについてはまだ研究が必要だ。しかしこれほど細部にわたる研究を知ると、私の好きな建築家ミース・ファン・デア・ローエの、「細部に神は宿る」という言葉を実感する。そんなことで、年賀代わりに彼のベルリンある自宅の写真をペーストする。

今年も大晦日を迎えた。世界ではとどまることのない憎しみの応酬が続き、我が国では法を平気で破る無頼の輩の巣窟に成り下がった立法府が放置されたままの大晦日だが、生命科学の進展を振り返ると、昨日紹介した生成AIの波を始め、新しい年へと続く多くの興奮があった。これについては、２１日 YouTube で今年の生命科学の一押しについて紹介しているので（https://www.youtube.com/watch?v=7MCKvmWCEgI）是非ご覧いただきたいが、大晦日の今日は、この時私の一押しとして紹介した論文を再掲しておく。

私の印象に残った進展は２つで、一つは５月８日に紹介した、頭の中で考えていることを非侵襲的に fMRI で解読することに成功したテキサス大学からの論文で、fMRI 一人１６時間という大変な実験だが、漫画を見て頭に浮かんだ文章をかなりの正確さで解読できるところまで来たのは驚きだ。また、解読にChatGPTの原点であるGPT-1を用いている点も、実際の脳とAIを組みあわせる研究という新しい方向性を示している様に思えた。

もう一つの一押しが、新しい発想に基づくK-Ras阻害剤の開発だ。HPでは８月１９日、スローンケッタリング研究所から発表された、K-Ras のポケットを化合物で塞ぐのではなく、イムノフィリンと呼ばれるシャペロン様蛋白質を K-Rasnと結合させて阻害する方法を紹介した。蛋白質同士の結合なので、変異に関わらず阻害でき、耐性がでにくい。

今日、これに加えて紹介したいのは我が国の中外製薬の研究所から１０月号の米国化学会雑誌に発表された論文で、既に第一相の試験まで進んでいる、変異の種類を問わない K-Ras阻害剤の開発だ。このHPでは原則として我が国からの論文は他のメディアでも紹介されるからと、紹介してこなかったが、この研究は新しい発想の創薬である点、さらに開発までの過程が詳しく書かれている点、そして K-Ras にとどまらず、新しい阻害剤開発につながる点で素晴らしい論文で、遅まきながらではあるが大晦日の今日紹介することにした。

この研究は、真菌から分離された環状ペプチドでできた免疫抑制剤サイクロスポリンが、経口投与可能で、細胞内に到達して働くことにヒントを得て、環状ペプチドが薬剤として利用できる条件検討から始めている。これまでもペプチドを用いた創薬は行われてきたが、この研究の特徴はまず薬剤として使うための条件検討、すなわち創薬基盤の構築から始めている点で、感心する。

５５３ペプチドについてまず薬剤としての利用可能性を調べると、８−１２アミノ酸からなるペプチドで、一定の脂肪への親和性を持ち、天然にはないN-アルキル化アミノ酸を備えた環状ペプチドであれば細胞内に到達すること、またこの条件を満たすペプチドの多くは経口投与可能で、血中濃度を維持できることを明らかにしている。詳細はすっ飛ばしているが、この辺の実験と記述は圧巻で、創薬への意志とは何かがよくわかる。役所の意向に忖度して枕詞のように創薬の可能性に触れている多くの申請書がいかに薄っぺらかが、この論文を読めばよくわかる。文科省、厚生省、AMEDのメンバーには是非一読を勧めたい。

さて、薬剤利用可能性の条件が整うと、今度は環状ペプチド合成のための様々な条件設定が待っているが、これも省略する。この結果、異なるmRNA配列に合わせて、様々な修飾アミノ酸がランダムに取り込まれ、薬剤利用可能な環状ペプチドを大規模に合成したライブラリーができる。そしてこの基盤が創薬に使えるか、最初の試金石としてこれまで創薬のチャレンジをはねのけてきた K-Ras を選んだのもさすがだ。

スクリーニングの結果 AP8784ヒット環状ペプチドを特定し、SOS結合部位に広く結合していることを確認している。その後、C末のアミノ酸のN-アルキルパターンを変化させて脂肪への親和性や K-Ras結合性がさらに高まるよう変化させ、ついにLUNA18という経口可能で、正常の K-Ras を含むほとんどの K-Ras変異を抑制し、移植ガンの増殖を完全に抑えることを確認している。実際、有効濃度が30pMというのは素晴らしい。

正常K-Ras も抑えるので、少し心配になるが、サルを含む様々な動物での投与実験の後、１０月の時点で第１相の臨床治験に入っているという。

これまで論文上では Ras阻害剤研究で我が国の存在感はほとんどなかったが、一躍トップに躍り出た感じだ。しかも新しい発想で素晴らしい。素人ながら考えると、小分子化合物と異なり、環状ペプチドが”べたっ”とつくことで Ra sの可塑性を押さえ込んでいる様に思える。先に紹介したスローンケッタリング研究所の基盤と比べても遜色ない。是非第３相までスムースに進むことを願う。

このように、来年はK-Ras制御によるガン治療の本当の元年になることを祈って、年越しを過ごそうと思う。

今年は大規模言語モデル（LLM）の様々な分野へ導入した論文がトップジャーナルに溢れるようになる元年と言えるかも知れない。一般の方ににとってLLMは、ChatGPTのようなテキストを学習させたモデルを指すのだと思うが、元々ノンリニアーな情報を扱う生物学では、早くから様々な目的でLLMの導入が進んでいるが、最も普及しているのが蛋白質の構造予測もでるαフォールドだろう。

過去の経験は未来の予測に重要だが、これまでの予測はデータをなんとか法則に落とし込んで、その法則を未来に適用してきた。これに対しLLMでは、過去のデータを自然にコンテクスト化して、そこから最も確率の高い結果を導き出す。まさに生物情報に合致したモデルと言えるが、これと似ているのが気象現象だ。

今日紹介するGoogleの２つの研究所からの論文は、３７００万パラメーターを持つニューラルネットを用いて、地球規模で過去の気象データを学習したモデルが、スーパーコンピュータを用いた気象予想より正確な予測を行えることを示した研究で、１２月２３日 Science に掲載された。タイトルは「Learning skillful medium-range global weather forecasting（地球規模の中期天気予想を可能にするモデル）」だ。

ノーベル賞を受賞した真鍋博士により気候モデリングによる予測が始まったが、現在は多くのデータをスーパーコンピュータで計算する方向に進んでいる。この研究では、これに対し、小さな領域の気象データを世界地図の上にマップして学習させることで、スーパーコンピュータ以上の予測性能が可能ではとチャレンジしている。

実際には世界を１００万ポイントに分け、地表でのデータとともに、上空の気象データなどが、地球を取り巻く仮想ネット上のノードに集約するようにデータを処理し、これをトランスフォーマーに学習させている。

マイナス６時間、０時間のデータを読み込み、プラス６時間の予測と実際の結果を示すことで、一種のマスク事前学習を行い、最終的なGraphCastモデルを作成している。

驚くのは、このモデルが４千万程度のパラメーターのニューラルネットワークで処理できる点だ。ChatGPTが１７００億パラメーター、研究室レベルで使えるGPT2が１５億パラメーターであることと比べると、ほとんどパソコンレベルと言って良い。

それなのに、日常の予測では中期予測センターHRESを凌駕する。さらに、台風やサイクロンと言った異常気象、さらには熱波や寒波のような異常気温の予測についても１０日後までの中期予測では圧倒的に予測精度が高い。

以上が結果で、専門でないのでずいぶん省略したが、LLMのパワーを思い知る。計算に基づく方法と比べると、LLMの宿命で予測の確率を出すことが難しいが、これも可能になるモデルがすぐに出てくる気がする。

このようにLLMは、ノンリニアな現象が溢れる我々の世界を読み解くすごい力になる。それをGoogleは完全に理解し、次から次へと新しいモデルとして実現している。GhatGPTで揺れた一年だったが、蓋を開けたらαFoldに続き、MedPalmからGraphCastまで、トップジャーナルだけで見てもGoogle一人勝ちの印象が強い。大きく後れをとった我が国では、遠い背中を追うのではなく、新しい発想でチャレンジする若者が必要だと思う。