統合失調症の遺伝性は高く、一卵性双生児の場合５割の一致率がある。またゲノム研究から、１００を超すコモンバリアントがリスク多型として特定されており、これに加えて病気の発症を強く後押しする希な遺伝子変異も特定されている。しかし、ガンと異なり体細胞で新たに生じる突然変異の研究はほとんど行われていない。これは、ガンと異なり変異が細胞の増殖につながらないため、検出が難しいので、脳組織で体細胞突然変異を特定できても、それは発生の早い段階で起こり、細胞のモザイク構成につながる変異に限られる。

今日紹介するハーバード大学からの論文は、６１人の統合失調症の解剖で得られた脳から特定の神経細胞を集めて、そのゲノムを詳しく解析し、体細胞突然変異を特定し、統合失調症でみられる特徴を探った研究で、１０月１１日 Science に掲載された。タイトルは「Somatic mosaicism in schizophrenia brains reveals prenatal mutational processes（統合失調症で見られる脳細胞のモザイクは発生前の突然変異を明らかにする）」だ。

統合失調症の脳細胞から核を取り出し、５０万個から１００万個の核から得られるDNAを、平均２３９カバー率で全ゲノム解析し、一塩基変異や、コピー数の変異などを特定している。繰り返すが、突然変異はあらゆる細胞で起こっているが、ガンのようにその細胞が増殖しない限り、検出するのは難しく、２００カバーレートから発見できるのは、変異が発生した後、細胞が一定期間増殖する発生時期に限られてしまう。そして、このような変異は、病気にかかわらず誰でも持っている。

実際、統合失調症と正常人の脳を比べても、検出できる一塩基変異の数はほとんど変わらない。しかし、変異の場所を遺伝子発現調節因子の結合サイトとの距離でプロットしてみると、統合失調症では結合部位に近い場所の変異頻度は正常の数倍にも上昇する。すなわち、転写調節サイトに近い体細胞突然変異が発生期に生じると、統合失調症になりやすいことを示している。

次に、そのときの変異の種類を調べると、メチル化DNAが脱メチル化された後、再度メチル化を受ける発生初期に生じた変異のタイプが目立っている。すなわち、受精後いったん失われたDNAメチル基が細胞分化とともに再構成される着床期に起こった変異が、統合失調症のリスクを形成していることがわかる。

さらに、体細胞で検出できる一塩基多型は、各個人にユニークで、発ガンに関わる場合以外は繰り返して観察されることはないが、調べた統合失調症６１人で、３回繰り返した同じ場所の同じ一塩基多型を発見している。この変異のタイプから、除去修復機構の異常が関わることが推察できるが、それ以上の解析はできていない。しかし、この部位の変異が統合失調症リスクとして関わることが強く示唆される。また、除去修復の低下が背景として統合失調症のなりやすさに関わる可能性が示唆される。

最後に細胞株にマーカー遺伝子を発現させる系で、変異部位の遺伝子発現調節活性を調べて、実際にエンハンサー活性が多型で異なることを機能的に確認し、今回統合失調症特異的として特定してきた一塩基多型の中に、確かに病気発症と関わるリスク変異が含まれていることを示している。

結果は以上で、大変な研究とはいえ統合失調症の理解に大きな光が差したというわけではない。しかし、特定の変異が統合失調症で選択されていることを見ると、ガンと同じで体細胞突然変異の寄与も調べることが必要だと実感する。

PI3K は様々なガンの増殖に重要な働きをしていることが知られており、当然副作用が予想されるものの、乳ガンでは使用が始まっている。ただ、治療の方法が限られ予後が悪いトリプルネガティブ乳ガンでは PI3K 依存度が低いとされている。今日紹介するハーバード大学からの論文は、このイメージを覆し、トリプルネガティブ乳ガンでも PI3K のさらに下流にある AKT を標的にし、細胞の分化を促す阻害剤と組み合わせることで、殺すことができることを示した面白い論文で、１０月９日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「AKT and EZH2 inhibitors kill TNBCs by hijacking mechanisms of involution（AKT と EZH2 阻害剤の併用は乳腺退縮経路をハイジャックしてトリプルネガティブ乳ガンを殺す）」だ。

EZH2 はポリコム遺伝子の一つでヒストンを抑制型にメチル化する酵素で、細胞の分化特性を決定している。この研究の結論は、EZH2 阻害剤で分化のエピジェネティックプログラムを変化させ、そこに PI3K シグナル下流の AKT 阻害剤を組み合わせると、さすがのトリプルネガティブ乳ガンも殺されるということだが、このときの細胞が死ぬまでの過程を克明に調べた点が最も面白い。

まず実際の臨床サンプルも含めてトリプルネガティブ乳ガン細胞の多くが EZH2 阻害剤、AKT 阻害剤の単独ではほとんど変化ないにもかかわらず、両方を併用すると死んでしまうことを確認した上で、阻害剤による転写の変化を調べ、両方の阻害剤が存在するときだけ GATA3 や ELF3 のような乳腺上皮への分化に必要な遺伝子が発現し、それまで間質細胞様形態をとっていたトリプルネガティブ乳ガンが乳腺上皮型に変化することを明らかにする。

一般的に EZH2 阻害によって細胞分化が変化するので、それだけで十分かと思うが、実際には AKT 阻害も必要になる。この原因を探っていくと、乳腺上皮への分化に必要な GATA3 のクロマチン構造が EZH2 阻害剤でオープンになるものの、この部位に結合して GATA3 遺伝子発現を誘導する FOXO1 が AKT によりリン酸化されていると、核内に移行せず、GATA3 の発現が抑制されたままになること、そして AKT 阻害によりこの抑制が外れ始めて GATA3 が誘導され、乳腺上皮型へと分化することを明らかにする。

次に、分化した細胞がどうして死んでしまうのかということのメカニズムを解析し、両方の阻害剤が存在すると、正常過程で乳腺が退縮するときに細胞死を誘導する BMF が発現し、細胞死が誘導されることを発見する。この過程をさらに探ると、EZH 阻害と AKT 阻害で、通常の乳腺退縮時に使われるシグナル、すなわち IL-6、JAK1、STAT3　シグナルが活性化し、BMF を誘導して細胞死を誘導していることがわかる。

最後になぜ EZH2 と AKT 阻害でこの経路が動くかをさらに探ると、おそらく EZH2 阻害により抑制が外れたレトロトランスポゾンが、細胞内炎症システム STING-TBK1 を活性化し、IL-6 を誘導する可能性を示している。この結果を受けて、両方の阻害剤が効かなかったトリプルネガティブ乳ガンに GATA3 遺伝子を過剰発現させ、STING を刺激してやると、EZH2 と AKT 阻害剤で殺せることを明らかにしている。

結果は以上で、細胞の分化は極めて複雑に調節され、それを完全に解明することで、ガンを正常の分化経路に乗せて殺すことが出来ることを示した重要な研究だ。これまで、白血病を分化させて抑える研究が広く行われてきたが、この研究によって、例えば卵巣ガンや前立腺ガンの悪性型も同じように制御できる可能性が生まれたと思う。

ALS では RNA 結合タンパク質の一つ TDP-43 の軸索欠損が高い頻度で観察され、病気発症に深く関わることが知られています。TDP-43 はスプライスに関わり、例えばシナプスタンパク質や軸索伸長に関わるタンパク質のスプライシングの異常は、ニューロン編成を誘導します。さらに異常 TDP-43 はリン酸化され細胞質内で凝集して細胞毒としても働きます。従って、TDP-43 の正常機能を取り戻すことは ALS 治療の重要な課題ですが、例えば TDP-43 を遺伝子導入すると、正常細胞にも導入され、スプライシングが狂って異常の原因になります。

今日紹介するロンドン大学からの論文は、TDP-43 が欠損した細胞だけで遺伝子発現が起こる遺伝子導入システムを開発して、ALS を治療しようとす試みで、１０月４日 Science に掲載された。タイトルは「Creation of de novo cryptic splicing for ALS and FTD precision medicine（ALS と前頭側頭痴呆を新しい隠れスプライシングを使って知慮する）」だ。

多くの遺伝子には cryptic splicing と呼ばれる、普通は除去される領域を含んだ mRNA ができることがある。これはスプライシング機構に様々な分子が異なるアンサンブルで参加するためで、TDP-43 が欠損すると、例えば AARS1 遺伝子クリプティックスプライシングにより異常タンパク質になってしまう。この研究では、まず AARS1 遺伝子のクリプティックスプライシングに関わる部位を逆に利用して、TDP-43 が欠損している場合だけ機能的な mRNA が形成され、遺伝子が発現されるシステムを完成させている。

次に、深層学習で cryptic splicing パターンを学習させ、TDP-43 欠損でだけ cryptic splicing が成功して遺伝子発現を誘導できる小さなカセットを完成させ、これをマーカータンパク質に組み込んだ遺伝子をアデノ随伴ウイルスベクターで TDP-43 をノックアウトした ALS モデルマウスに導入すると、異常が起こっている運動神経だけで導入遺伝子が発現することを確認している。

同じように、遺伝子編集に用いる CAS9 なども、TDP-43 が欠損した細胞だけで発現することを確認して、最後に TDP-43 機能を取り戻す実験を行っている。

ALS 細胞で TDP-43 機能を回復する目的で、現在 TDP-43 に、同じスプライシングに関わる RAVER1 遺伝子を融合させた分子を使う方法が有望視されている。これにより TDP-43 の正常機能が戻るだけでなく、TDP-43 を核内に再誘導することも知られている。ただ、これが正常細胞に導入されると当然スプライシングが狂う。

そこで、TDP-43 と RAVER1 の間に TDP-43 欠損時の cryptic splicing により機能遺伝子ができるカセットを組み込んで TDP-43 機能回復が可能かを調べ、欠損により起こる cryptic splicing によって起こるいくつかの異常遺伝子の出現を完全に抑えられることを示している。

結果は以上で、スプライシングを理解していないとわかりにくい話だと思うが、ALS の遺伝子治療に向けた大きな前進だと思う。

上皮の多様性の極みは何度も紹介した体中のタンパク質を発現できる胸腺上皮だと思うが、様々な臓器には、その機能を支えるべく多様な機能を発揮する上皮細胞が存在する。中でも免疫学から見たとき、腸上皮に埋め込まれた繊毛の束 (Tuft) を持つ Tuft 細胞は上皮とは思えない機能を有している。

まず、最も重要な機能は寄生虫などの外来病原体を感知して IL-25 を分泌する。このサイトカインは ILC2 と呼ばれる樹状細胞に働いて、2型アレルギー細胞を刺激する。しかも、2型アレルギー細胞から分泌される IL-4 や IL-13 は、Tuft 細胞に働いて増殖を誘導する。一方で、2型アレルギーは IgE 産生に関わり、マスト細胞を介して寄生虫除去に寄与する。このように、免疫システムを局所にとどめ、極めて巧妙な閉じた回路が Tuft 細胞と免疫系により形成されている。

今日紹介するユトレヒト大学、腸管幹細胞研究をリードしてきた Hans Clevers 研究室からの論文は、Tuft 細胞の分化と増殖を自由にコントロールする培養系を用いて、Tuft 細胞の知られざる幹細胞機能について明らかにした研究で、１０月２日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Tuft cells act as regenerative stem cells in the human intestine（Tuft 細胞はヒト腸管の再生に関わる幹細胞として働いている）」だ。

この研究ではまず腸上皮細胞の single cell RNA sequencing 解析から Tuft 細胞の分子マーカー AVIL を特定し、腸上皮のオルガノイド培養を用いて、まず Tuft 細胞の分化に Wnt シグナルが必須であることを示し、Tuft 細胞が腸管幹細胞とともにクリプトに存在する理由を明らかにしている。

先に述べたように、Tuft 細胞は IL-4 / IL-13 シグナルで増殖することが知られているので、オルガノイド培養でこれを確かめるとともに、Tuft 細胞特異的表面マーカーとして KIT が使えることを発見する。そして、このマーカーを使って Tuft 細胞を分離し、IL-4 / IL-13 が Tuft 細胞に直接働いて増殖を誘導すること、そして Tuft 細胞が４種類のサブセットに分けることができることを示している。

免疫系から見ると、タイプ2 とタイプ4 の Tuft 細胞が重要で、タイプ2 細胞はプロスタグランジンやロイコトリエンなどの脂質を合成して炎症調節に関わり、タイプ4 が免疫系の調節に関わることがわかる。また、それぞれのサブタイプへの分化に関わる転写因子も特定しており、T細胞が転写因子により様々なタイプに分かれるのと同じように、Tuft 細胞も多様化することで様々な機能に対応できている。

そしてこの研究のハイライトは、一個の Tuft 細胞から腸のオルガノイドを形成することができることを示したことだ。これは IL-4 / IL-13 非存在下でも可能で、Tuft 細胞が幹細胞として機能できることを示している。

最後に、オルガノイドを放射線照射で傷害する実験系で、IL-4 / IL-13 により Tuft 細胞の増殖を活性化することで、回復が高まることを示し、IL-4 / IL-13 が免疫系だけでなく、腸上皮の損傷治癒にも関わっていることを明らかにしている。そして、急速に腸上皮が発達する胎児期にも、Tuft 細胞が幹細胞の働きをして、本来の幹細胞を助けていることを明らかにしている。

以上が結果で、神経や免疫系とも近いTuft細胞の幹細胞としての正確を明らかにする重要な研究だ。

解読されたヒトゲノムの数は指数関数的に高まっており、最近では10万人以上を対象としたゲノム研究も珍しくなくなった。この背景には、long-read のようなハードウエアの発展だけでなく、大規模データ処理の様々な方法が次々と開発されてきたことが大きい。データ処理法の詳細をほとんど理解しない私にとって、この分野を理解するハードルは高くなったが、しかし詳細を飛ばして読んでいくと、ともかく面白い分野だと実感する。

今日紹介するスタンフォード大学からの論文は、データ処理の中でも最難関の short-read データからゲノム上の複雑な構造変化を特定する方法を開発し、複雑な構造変化を大きな集団で調べることで、人間進化から病気に至るまで様々なことを理解できることを示した研究で、９月３０日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Detection and analysis of complex structural variation in human genomes across populations and in brains of donors with psychiatric disorders（複雑なゲノム構造多様性を多くの人間集団と、精神疾患の脳で検出し解析する）」だ。

ゲノム上の重複、転座、欠失、挿入などは構造変異として、点突然変異から区別されるが、大きな領域に及ぶので、染色体を完全再構成する必要があり、困難な課題だったが、情報科学の進展により様々なタイプの構造変異が特定できるようになっている。この研究では構造変異の中でも、一つのストレッチの中のゲノム部分が切れて入れ替わったり、さらに重複や欠損が繰り返されたりした複雑な構造変異 (cxSV) を特定するための、生成AIモデル ARC-SV を開発している。

この方法のパーフォーマンスを検証したあと、４３６３人の世界中のゲノムを解析し、８４９３種類の cxSV を特定し、それぞれを分類、解析している。

cxSV は頻度が高い common cxSV とまれにしか存在しない rare cxSV に分けられ、rare cxSV の８割以上が一人の個人だけに存在する。このうち common cxSV はその集団の体脂肪や血液浸透圧に関わる集団の特異性を決める遺伝子と連関している。

一方、rare cvSV は重なる遺伝子に強い影響があるため、選択されてしまい集団内でほとんど維持できない。

cxSV が起こりやすいゲノム領域を調べると、これまで DNA 切断が起こりやすいホットスポットと強く連関している。これほど複雑な構造変異には何回も DNA 切断が必要なことを考えると当然だと思う。

これまでゲノム構造変異は進化への貢献度が大きいことが知られている。そこで、ボノボと人間で大きく変化した領域と、cxSV が起こる領域を比べると、特に rare cxSV が人間独自の進化を遂げた領域と重なる。cxSV 自身は生存可能性を低下させる変異が多いが、しかしこのような変化が人間独自の進化を促進してきた。

最後に、双極性障害や統合失調症の脳のゲノムから cxSV を抽出すると、特に rare cxSV はシナプス接合や神経投射に関わる遺伝子と重なる。一方、common cxSV ではこのような神経特異的な相関は見られない。そして、保存されている精神疾患の患者さんの脳から単一核を取り出し、single cell RNA sequencing や ATAC-seq を行って、cxSV の影響を調べると、精神疾患特異的 rare cxSV の多くが様々な形で、重なる遺伝子発現を低下させることを明らかにしている。

以上が結果で、最も進化の推進役となる、変異が起こりやすい場所で起こる複雑な変異が、人間への進化を推進するだけでなく、人間の精神の変化に大きく関わることがよくわかる面白い論文だ。おそらく、このような精神の多様性が、人間の進化を推進してきたのだろう。

タンパク質リン酸化を誘導するキナーゼは、発ガンにも大きく関与していることから、様々な阻害剤が開発され、分子標的薬の主流になっている。こうして開発されたキナーゼ阻害の化合物は、このブログで何度も紹介しているように、例えばタンパク分解システムを引き寄せて、キナーゼそのものを分解してしまうためにも使われる。とはいえ、基本的にはキナーゼの機能を阻害することが目的になる。

今日紹介するスタンフォード大学からの論文は、CDK9キナーゼ阻害剤を使って CDK9 を特定の領域にリクルートしたあと、同じ CDK9 を今度は本来の機能のキナーゼとして使うという、直感的にわかりにくい創薬の可能性を示した研究で、１０月４日 Science に掲載された。タイトルは「Relocalizing transcriptional kinases to activate apoptosis（転写に関わるキナーゼの局在を変化させて細胞死を活性化する）」だ。

この研究が標的にしたキナーゼは CDK9 で、主に cyclinT1 と結合して RNAポリメラーゼのセリン２部位をリン酸化して、転写のスウィッチを入れる。この CDK2 を、転写が BCL6 により抑制されている部位にリクルートして、直接 RNAポリメラーゼを活性化することが、この研究の目的になる。このとき、転写を抑制している分子として選んだのが BCL6 で、B細胞白血病の一つのタイプ、びまん性大細胞型Bリンパ腫の原因遺伝子の一つで、細胞死に関わる様々な遺伝子を抑制することで白血病の増殖を助けている。

もし CDK9 を BCL6 結合部位にリクルートできれば、その場所でだけ RNAポリメラーゼを活性化して転写の抑制を外すことが期待できる。ただ問題は、これに使える CDK9結合化合物は現在のところキナーゼ活性阻害剤なので、BCL6結合部位にリクルートできても、阻害されたままだと利用できない。

この研究では、理屈は後にして、BCL6結合化合物とCDK9阻害化合物を結合させ、BCL6 を発現するリンパ腫を殺せる化合物を探し、CDK-TCIP1 と名付けた化合物を特定している。

生化学的に調べると、この化合物により BCL6結合部位に CDK9 とそれに結合する分子がリクルートされること、その結果その部位に存在する RNAポリメラーゼのセリン2 がリン酸化され、BCL6 によって抑制されていた転写が活性化されることを確認している。

この活性に CDK9 のキナーゼ活性は必須なので、BCL6結合部位にリクルートされてきた CDK9 の一部は阻害剤から離れて、そこで近くの RNAポリメラーゼをリン酸化し、転写を活性化していると考えられる。その結果、アポトーシスに関わる分子が転写され、細胞死が誘導されると考えられる。

最後にこうしてできた化合物の生体内での活性を調べている。まずこの化合物を、薬剤として使える様な修飾を加えた後、マウス腹腔に投与すると、見事にリンパ節の胚中心の形成を抑えることを示している。BCL6 は胚中心形成に必須の分子であることが知られており、この結果は免疫反応時に B細胞の細胞死が誘導され、免疫記憶が形成されないことを示している。

結果は以上で、残念ながら、生体内に移植したリンパ腫を阻害できるかどうかは示されていないが、胚中心阻害実験から、最初想定した機能を持つ化合物ができたことは間違いない。リンパ腫となると、CDK9 だけでなく、同じ機能を持つキナーゼも使われている可能性があるので、いくつかの化合物を合わせて使う必要があるかもしれない。いずれにせよ、BCL6結合部位特異的に転写誘導を起こすことから、CDK9阻害剤だけと比べると、副作用は少ない。また、胚中心阻害活性は、自己免疫病の阻害剤としても使える。

いずれにせよ、阻害剤を活性化剤として使うという面白い発想の研究だ。

ようやく秋の空気を感じる昨日今日だが、今年のような暑さを異常気温などと片付けられなくなってきた。実際、２４年の大気中の炭酸ガス濃度は昨年より０.７%も上昇しているようだ。これに対し、様々な二酸化炭素削減のための技術が進められているが、削減自体にエネルギーが必要で、決め手にはなっていない。

今日紹介する米国メリーランド大学からの論文は、地中から掘り出された分解されることなく３７７５年間地中で保存されていた杉の木を分析して、空気から遮断した状態で木材を地中に埋めることで地球の炭酸ガスを理論上２７％削減可能であることを示した面白い研究で、９月２７日 Science に掲載された。タイトルは「3775-year-old wood burial supports “wood vaulting” as a durable carbon removal method（３７７５年間地中に埋葬されていた木材は“木材地下金庫”が持続可能な炭素除去方法を指示する）」だ。

現在年間の化石燃料からの CO2 排出量は３７ギガトンらしいが、地球上の植物が吸収する炭酸ガスは２２０ギガトンに達する。もしこれらの植物が分解せずにそのまま保存できれば、その分 CO2 は減り続けることになるが、ほとんどは人間も含む生物により分解されもとの CO2 に戻る。それでも、間伐材など使わない木材を分解できないようにして地中に埋めて CO2 を削減する可能性は追求されていたようだ。

この研究は、地中に木材を封じ込める実験のための工事中に、カナダモントリオールの地下２ｍからほとんど分解されずに埋まっていた杉が発掘されたが、年代測定の結果なんと３７７５年前の杉であることがわかり、この研究が始まった。すなわち、もし４０００年近く分解されずに残っていたら、そのまま炭酸ガスを４０００年埋蔵していたことになり、木材封じ込め方法の有効性を強く示すことになる。

そこで、埋まっていた木材を洗浄して、炭素の保存状況を克明に調べるとともに、木が保存されていた状況について詳しく調べている。

まず木材だが、セルロースやリグニンなど、木材としての基本成分は完全に保存されており、炭酸ガスが炭素として保持されたことを示している。計算上だが、この間の炭素現象は５％以下に抑えられていると計算している。

次に、これほどの保存条件が実現したメカニズムを地層から探ると、水分が多い上に、上部を空気が通りにくい粘土層によりカバーされており、好気性の微生物を遮断し、木材の分解を遅くしたと考えられる。もちろん嫌気性バクテリアは存在しうるが、基本的にはリグニンは分解できずにセルロースが残ったと考えられる。

以上の結果から、森の維持に必要な間伐材など、現在焼却されたり放置されたりする木材を地中に埋めて、空気を遮断する土壌をかぶせることで、木材の封じ込めが可能になるのではと結論している。

その上でもしこれが可能なら、世界中で１０ギガトンの炭酸ガス排出を封じ込めることができ、これは現在化石燃料から排出される量の２７％になると結論している。

我々都会に生きていると、本当に大量の木材を地中に封じ込めることが現実的かどうか理解しづらいが、使用済み核燃料保存より遙かに安上がりな方法で、もちろんその上に通常の土壌をかぶせれば利用可能と思えるので、世界中で可能性を追求する価値は十分ある。ともかく、あらゆる可能性を試す以外、現状は変わらない。

TET2 はメチル化されたシトシンを酸化することで、最終的にメチル基を外す機能を持つ分子で、欠損すると造血幹細胞のクローン増殖を誘導し、白血病の引き金になることが知られている重要な分子だ。このブログでも TET2 を扱った論文については何度も紹介してきた。しかし、紹介するとき私の頭にあったメカニズムは、TET2 によりメチル化された DNA のメチル基が外れ、その結果様々な遺伝子の過剰発現が起こって増殖が高まるというものだった。特に DNA メチル化でトランスポゾンや内因性レトロウイルスなどが抑制されており、それが細胞内で活性化され増殖を高めていると考えてきた。

今日紹介するシカゴ大学からの論文は、私のこれまでの理解を完全にひっくり返し、造血細胞のクローン増殖に関わる TET2 の機能はメチル化された染色体構造変化に関わる RNA を標的にしていること、そしてこれにより内因性レトロトランスポゾンが活性化することが増殖に関わることを明らかにし、TET2 機能を考える上で重要な研究で、１０月２日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「RNA m5 C oxidation by TET2 regulates chromatin state and leukaemogenesis（RNA のメチル化シトシンを TET2 が酸化することがクロマチン構造を変化させ白血病化を誘導する）」だ。

TET2 をノックアウトすると ES 細胞のクロマチンはオープンになり転写が上昇する。TET2 は DNA と反応する時は特定の Zincfinger 分子が必要だが、RNA のメチル基と反応する時は PSPC1（RNA 結合分子）を必要とする。そこで TET2 ノックアウトの効果をメチル化 DNA とメチル化 RNA に分けて調べるために PSPC ノックアウト ES 細胞を調べると、染色体と結合するメチル化 RNA の濃度が高まり、この RNA が結合する領域のクロマチン構造がオープンになることがわかった。すなわち、TET2 はクロマチン構造の開閉を決めている RNA を脱メチル化することで、クロマチン構造を閉じる役割があり、これが欠損するとこの領域がオープンになる。

面白いことに、DNA メチル化によりクロマチン構造が調節されている領域はエンハンサーやプロモーター部位が多く、一方染色体に結合する RNA が調節している部位は、トランスポゾンや内因性のレトロウイルスの繰り返し配列が標的になっている。そして、TET2 や PSPC ノックアウトでは、このようなトランスポゾンのクロマチン構造がオープンになり、転写されていることを明らかにする。そして、この領域のクロマチン構造を決めているのが遺伝子発現を抑制する K119 部位がユビキチン化された H2A ヒストンで、TET2 ノックアウトでは、H2AK119ub が脱ユビキチン化が進んでクロマチンが開くことを明らかにしている。

最後に、H2AK119ub を除去する際のメカニズムを調べ、TET2 がノックアウトされるとクロマチン結合型メチル化 RNA が上昇し、これに MBD6（メチル結合分子）が結合すると、脱ユビキチン化酵素が H2AK119ub 結合部位にリクルートされ、ヒストンの脱ユビキチン化が進み、特定のクロマチンをオープンにすることを明らかにしている。言い換えると、TET2 はメチル化 RNA を脱メチル化することで、MBD6 とメチル化 RNA の結合を阻害し、H2AK119ub の脱ユビキチン化を抑えて、閉じたクロマチンを維持することがわかった。

ここまでの研究は全て ES 細胞で行われているが、最後に TET2 と MBD6 の役割を造血幹細胞で調べ、同じように TET2 がノックアウトされるとレトロトランスポゾンの発現が高まることが造血幹細胞の増殖を誘導すること、また MBD6 をノックアウトすることでメチル化 RNA の H2AK119ub の脱ユビキチン化阻害活性を抑えて、閉じたクロマチンを回復させ、幹細胞の異常増殖や、白血病かを抑えられることを示している。

結果は以上で、少しわかりにくかったかもしれないが、これまでの通説を覆す（少なくとも私の頭の中の）、優れた研究で、勉強した気分になる。

神経細胞にも幹細胞が存在し、様々な損傷によって活性化され、神経細胞を補えることが知られているが、この能力は老化とともに低下する。これまで、長く生存してきて疲弊するのは当然だと考えてしまっていたが、老化の研究が進むと、細胞全体が疲弊するのではなく、キーとなる過程が存在し、そこに介入することで、再活性できることもわかってきた。

今日紹介するスタンフォード大学からの論文は、CRISPR/Cas を使った遺伝子スクリーニングを行い、老化を促進する鍵となる経路を探索、老化神経幹細胞の再活性化を妨げる因子を特定したという研究で、１０月２日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「 CRISPR–Cas9 screens reveal regulators of ageing in neural stem cells（ CRISPR-Cas9 スクリーニングにより神経幹細胞の老化調節機構が明らかになった）」だ。

方法は極めてストレートで、Cas9 を発現している老化神経幹細胞培養にレンチウイルスで遺伝子を切断するガイドを導入し、一定期間培養後、どのガイドが濃縮されるかを調べている。もし特定の遺伝子が幹細胞の再活性化を妨げていたら、それが除かれた細胞はより増殖するため、ガイドの頻度から増殖抑制に関わる分子を特定できる。

そして、老化幹細胞だけで抑制効果がある分子を３０１個も特定している。次に、この中から効果の高い１０種類の遺伝子を選んで、今度は老化した Cas9マウスの脳内にガイド RNA を注射して遺伝子ノックアウトを行い、試験管内の結果が、生体内でも確認できることを示している。正直、ちょっと無理があるのではと思うスクリーニング方法だが、個々の遺伝子について一つづつノックアウトして確認している。

こうして得られた老化とともに発現が上昇して幹細胞の再活性化を抑える遺伝子のトップ１０は、シリア形成、アルツハイマー病リスク遺伝子、そしてグルコーストランスポーターだった。

この研究では、おそらく研究のしやすいグルコーストランスポーター、GLUT4 に絞ってその後の解析を進めている。GLUT4 はインシュリン依存性のトランスポーターで、細胞のグルコース取り込に関わる。例えばグルコースが高いのに高インシュリンが続くインシュリン抵抗性では当然発現が上昇する。インシュリンと関係するかどうかはわからないが GLUT4 は老化とともに上昇する。そして、老化マウスでだけノックアウトすることで、幹細胞の再活性化能力を高めることができる。

さらに、グルコースを除去した培地で培養すると、老化細胞を活性化することができ、またグルコースの分解を阻害する 2DG を加えても、活性化能力が回復する。また、老化幹細胞では、グリコリシスが高まる一方、ミトコンドリアの活性が低下していることも確認している。

以上が結果で、最後は一般的に知られているように、老化には糖質制限が重要という結果に終わっているが、今後、他の遺伝子の機能を追求することで、老人の脳でも、損傷時の再生能力を高める可能性が生まれるかもしれない。

Acinetobacter baumannii (Abm) のような病院内で発生する多剤耐性菌は現代の医療に残された重要問題で、このブログでも紹介したように、耐性のでない新しい抗生物質の開発が続いている。一方で、抗生物質とは異なるメカニズムで細菌を殺す溶菌ファージを用いて耐性菌を制御するための研究も進んでおり、やはり何度も紹介してきた。

今日紹介するハンガリーの生物学研究センターからの論文は、治療の対象となる Abm のゲノムを世界中から集め、その系統進化と多様化を徹底的に調べ、最適なファージ治療の可能性を追求した研究で、９月２６日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Genomic surveillance as a scalable framework for precision phage therapy against antibiotic-resistant pathogens（多剤耐性病原菌に対するプレシジョンファージ治療の大規模なフレームワークのためのゲノム探索）」だ。

ハンガリーからの論文を見ることはほとんどないが、ノーベル医学生理学賞で言えば、RNA ワクチンのカリコさんもハンガリー人だし、私たちの世代にとってはビタミンＣや筋肉研究で有名なセントジェルジが思い出される。

研究の着想は極めて論理的で、ファージ治療を成功させるために、まず Abm の多様性を徹底的に調べ、できるだけ多くをカバーできるファージ分離の原理を突き止めようとしている。まさに、Covid-19 の際全世界で進んだウイルスの進化地図作成と同じ方向性だ。

日本を含む Abm ゲノムデータベースから１５４１０のゲノムを取り出し、配列に基づく系統樹とともに、ファージ感染では最も重要になるカプセルの合成に関わるゲノム領域に焦点を当てた系統樹を作成している。

こうして浮き上がってきたのは、コロナウイルスと異なり、都市や地域に限定されて進化していく点で、病院を中心として感染が起こることを裏付けている。従って、地域が異なると多様性は大きくなるが、それでもほぼ全ては３１種類の頻度の高いタイプに分類することができる。

もう一つ重要なのは、各地域で見ると多様性の形成が遅く長期にわたって変化が少ないことで、コロナウイルスのように同じ地域で急速に多様化するようなことはない。すなわち、現存の Abm から有効なファージを分離できる可能性が高い。

そこで、ハンガリーやルーマニアから実際の Abm 株を分離、そこから最も頻度が高い１１タイプの Abm に反応できる、１５種類のファージを分離することに成功している。

このファージを実際の Abm に感染させ、ファージに対する耐性の出方を調べた結果、それぞれのファージに対して異なる遺伝子の変化が起こることが明らかになり、いくつかのファージを組み合わせることで、ほぼ耐性の出現を抑えられることを示している。その上で、マウス腹腔に Abm を注射し、そこにファージを感染させる実験で、一週目での生存を調べると、ファージなしでは１日で全部が死亡するが、ファージにより７日目の生存率が80−100％になることを示している。

さらに、ファージ感染で発生した耐性菌は、驚くことにそれまで耐性を持っていた抗生物質に対する感受性が戻ることも明らかにし、抗生剤との新しい協調を誘導できる可能性を示している。

以上が結果で、よく読んでみると、論理立てに読者の頭を導くような仕掛けで、本当は世界中の Abm を調べなくても、ファージ治療を開発できるのではと思うが、査読者も含めてうまく読者を誘導することも重要な技術だと思う。おそらく限られた予算の中で、できることをうまくストーリーに仕上げた点で、勉強になる論文だと思う。