2月1日 アフリカコサ族の統合失調症ゲノム解析(1月31日 Science 掲載論文)
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2月1日 アフリカコサ族の統合失調症ゲノム解析(1月31日 Science 掲載論文)

2020年2月1日

現在様々な理由から、アフリカ人のゲノム解析が精力的に進んでいる。まず何よりも、アフリカでホモ・サピエンスは誕生し、多様化した。ユーラシアに移動したのはそのうちの一部で、その時生まれた遺伝子多様性はアフリカに残っている。すなわちユーラシアに移動した人種に比してゲノム多様性が高い。しかも、ネアンデルタール人など他の人類との交雑程度が低い。これまで主にコケイジアンで進んできたゲノム研究では見落としてきた新しい事実が、アフリカ人ゲノムからわかるのではと期待される。そこで、今日明日とアフリカ人ゲノムに関する論文を紹介することにした。

最初の今日は、ワシントン大学を中心とするグループからの論文で、南アフリカコサ族の統合失調症のゲノム解析研究で1月30日号のScienceに掲載された。タイトルは「Genetics of schizophrenia in the South African Xhosa (南アフリカコサ族の統合失調症患者の遺伝学)」だ。

タイトルを見てコサ族は統合失調症が多いのかと勘違いしてしまったが、そうではない。中央アフリカから南アフリカへと移住して、独自の言語と文化を持つコサ族の統合失調症患者でゲノム解析を行い、他の民族とは異なる事実を発見しようとした研究だ。

コサ族とは南アフリカ黒人解放をリードしたマンデラさんが属する民族で、アフリカでは2番目に人口が多い。この民族の統合失調症患者さんと、正常人それぞれ約900人をリクルートし、エクソーム(ゲノムのタンパク質へと翻訳される部分)を解読し、両者の違いを比べている。

まずエクソームレベルでの配列多様性を比べると、予想通りアフリカ人の多様性は群を抜いている。しかも、民族間の交雑程度は少ない。

エクソーム解析で得られた様々な変異から、機能欠損につながる変異をリストし、それを患者さんだけで見られる稀な変異と、正常人でだけ見られる変異に分けている。例えばCNTNAP1(シナプス形成に関わる分子)の変異は4人の統合失調症で見られたが、正常人にはなかったが、これを症例変異と呼んでいる(実際にはもっと数を増やせば正常人でも見つかる可能性はある)。

こうして、正常人変異と、症例変異を比べた結果、

  • 機能欠損変異は統合失調症患者さんの方により多く発見される。一方、機能に無関係な変異で見ると、そのような偏りは見られない。
  • 統合失調症に偏る機能欠損型変異の3割はシナプス機能に関わる分子で占められる。
  • 今回リストした統合失調症で偏って欠損していた遺伝子の多くは、これまでのデータベースを検索すると、統合失調症や自閉症で発現が低下しており、逆に双極性障害では発現が上昇している遺伝子が多い。
  • 今回の結果は、スウェーデン人で調べたデータと共通しており、コサ族特異的ではない。

結果は以上で、結論はこれまでと変わることはない。すなわち、統合失調症は一つの遺伝子で決まる病気ではなく、複数の遺伝子が絡み合って形成される。統合失調症になると、生殖可能性は低下するので、おそらく症例に関わる遺伝子は常に淘汰圧に晒されており、その意味で新しく発生する遺伝変異が発症には重要になる。そして、病気のメカニズムとしては、シナプス伝達と可塑性が障害されることが考えられる。

コサ族で調べたことの意義がまだ明確ではない研究で終わってしまっているが、アフリカ人のゲノムを調べる重要性はよく理解できた。

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1月31日 ゲノム解析から「タバコはいつやめても遅くない」ことがわかる(1月29日号 Nature 掲載論文)

2020年1月31日

疫学的には昔から9割近くの肺ガンがタバコが原因であることが示されていたが、ガン細胞のゲノム解析が始まって、喫煙者の肺ガンではゲノムあたりの突然変異が数千、数万に及ぶことがわかり、なるほどタバコが正常肺のゲノムを傷つけ続けていることを認識できた。ただ、私の様に50歳近くまでタバコを吸っていた人間にとって悲しいのは、タバコをやめた人の肺ガンでも、喫煙者と同じ様に突然変異が多いことで、タバコをやめても昔の傷は治らないのかと思っていた。

ただ、ガンは多くの変異が集まって発生することから、発生したガンは変異の多い細胞だけ選択されていると考えられ、肺の通常の細胞がタバコでどのぐらい傷ついているかを明らかにしてはじめて、タバコをやめるメリットがより正確に計算できる。今日紹介するロンドン大学からの論文はガンを含む様々な病気で気管支鏡検査をした時に採取した個々の正常細胞ゲノムを調べ、禁煙した人と喫煙を続けている人とのゲノム変異を調べた研究で1月29日号のNatureに掲載された。タイトルは「Tobacco smoking and somatic mutations in human bronchial epithelium(喫煙による気管支上皮の体細胞突然変異)」だ。

この研究では様々な肺の病気で気管支鏡検査をした、非喫煙者、禁煙した人、喫煙者から、正常上皮をバイオプシーで採取、その組織から細胞コロニーを形成させ、単一細胞由来のコロニーを一人当たり11〜60個採取し、それぞれのゲノムを、だいたい16coverageで解読している。すなわち、同じ人から採取していても、多くの変異は細胞ごとに違っており、この方法でそれが解析できる。一つのコロニーから変異が見つかった場合、解析した配列の中に変異が含まれる確率(変異アレル頻度)は概ね50%で、コロニーが単一細胞から由来していることが確認できる。

実際には膨大な研究なので、結果は箇条書きにまとめると以下の様になる。

  • 各細胞の突然変異数を個人あたりで平均すると、予想通り喫煙経験がない人と比べて、禁煙した人も含めて喫煙歴があると突然変異数は平均で数千のオーダーで高い。
  • ただ予想に反し、喫煙者と比べ、禁煙した人のコロニー同士の多様性は極めて高く、変異の少ない細胞と、変異の多い細胞が混じっている。
  • 禁煙を実施した人の2〜4割の細胞はほとんど正常範囲の変異しかない細胞も見られるが、喫煙者ではこの様な変異の少ない細胞はほとんど存在しない。すなわち、細胞によってはほとんど正常という細胞が禁煙した人には存在するが、喫煙中の人には見られない。
  • 突然変異のタイプを調べると、喫煙者も禁煙した人も、SBS-4と呼ばれる、肺ガンでよく見られる変異のタイプが多い。
  • 予想通り、突然変異が多いほど癌遺伝子や、がん抑制遺伝子の変異も多く、この変化で細胞の進化的優位性が高まっていることも計算できる。
  • 一方、テロメアは正常細胞に近いほど長く、驚くことに、禁煙をした人で変異の少ない細胞は、テロメアも長い。

以上の結果を相互すると、確かに喫煙歴があると、ゲノム変異が上昇するが、変異細胞は静止幹細胞からの新しい細胞で置き換わっている。この静止幹細胞は、変異原から守られており、その結果新しい細胞は変異が少ない、ということになるのだろう。ただ、これだけならもっと喫煙者にも正常に近い細胞が見られてもいいと思うが、ともかくタバコをやめると早い時期から正常型の細胞に置き換わってくれるということがわかったのは重要だ。ようするに、今からでも遅くない。

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1月30日 TAUタンパク質はガンと闘う(1月22日号 Science Translational Medicine 掲載論文)

2020年1月30日

アルツハイマー病(AD)の神経細胞死に直接関わるのが、リン酸化TAUの増加であるというコンセプトは今や広く認められてきた。またADだけでなく、TAUタンパク質が神経変性疾患に深く関わっていることが明らかになり、これらをTaunopathyと総称する様になっている。こうみてくると、「TAUなんて危ないだけで、ゲノムから消えた方がいい。実際、TAU遺伝子をノックアウトしても、発生は正常に進むではないか」と考えるのもうなづける。

しかし、ノックアウトで何も起こらないとしても、TAUが微小管の安定化に関わることは細胞学的・生化学的に明らかになっている。このTauの機能の一端を見ることができるのが、今日紹介するスペイン・マドリッドのオチョア分子生物学研究所からの論文で、TAUは悪性の脳腫瘍グリオブラストーマの増殖を抑える効果があることを示した研究だ。1月22日号のScience Translational Medicineに掲載された。タイトルは「The IDH-TAU-EGFR triad defines the neovascular landscape of diffuse gliomas (IDH/TAU/EGRの3極がびまん性グリオーマの血管新生の形を決める)」だ。

もともとこのグループはADでは悪役の TAUが、グリオーマの増殖を抑えるのではという考えを持っていた様だ。これを確かめるため、ガンのデータベースからTauの発現を調べてみると、グリオーマが悪性になるほどTauの発現が低下することを確認する。さらに、Tau発現の高いグリオーマでは患者さんの予後も良い。

グリオーマの予後を決めるもう一つの因子としてIDH1/2(isocitrate dehydrogenaseでこれが変異するとメチル化レベルが高まる)が知られており、変異がある場合は予後がいい。メカニズムは省くが、DNAメチル化レベルが高まる結果とされている。そこで、IDHの変異とTauの発現が関係がないかデータベースで調べると、期待通りIDH変異を持つグリオーマはTauの発現が高い。DNA メチル化が高まって遺伝子発現が上昇するのは直感に反するが、Tau上流の特定のサイトがメチル化され、染色体構造が変化した結果だろうと想像している。要するに、IDH変異がグリオーマを抑制できる一つの要因としてTauの発現を直接制御しているからだと結論している。

ではなぜTauがグリオーマの増殖を抑えるのか?これについては以前の研究をフォローしていないので頭がついていかないが,著者らはまずTauとEGFシグナルの関係に着目し、

  • Tauは微小管を安定化させることで活性化EGF受容体の分解を早める。Tauと同じ効果は微小管安定化剤でも得られる。
  • EGFシグナルが抑制されると、NFkBの活性化を抑制してグリオーマが間葉系細胞への変換を抑制する。
  • この間葉系への転換は、グリオーマに血管周囲細胞としての機能を付与することで、血管新生を更新させるが、これが抑制されることで、機能的血管新生が抑えられ、グリオーマが抑制される。

と解析を進めている。そして、IDH変異、Tau遺伝子クロマチンの変化、Tau転写の上昇、微小管の安定化、EGFシグナル低下、NFkBシグナル低下、グリオーマの血管周囲細胞への転換の抑制、血管新生抑制、グリオーマの悪性か阻止、と続くシナリオを提案している。

面白い話だが、まさに風が吹くと桶屋が儲かる話に似ており、この細い糸で全てが説明できるのか疑問を感じるが、これまで知らなかった様々なことが学べる論文として楽しんでおけばいいだろう。

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1月29日 毒蛇の毒腺のオルガノイド培養 (1月23日号 Cell 掲載論文)

2020年1月29日

現在オルガノイド培養というと、亡くなった笹井さんや、現在慶應大学の佐藤さんたちによって確立された、脳や消化器官のオルガノイドがポピュラーだが、その歴史は古く、例えば幹細胞からの組織形成にオルガノイドが使われる様になった最初は、ES細胞からのembryoid bodyだろう。他にも、胸腺のオルガノイド培養も免疫系ではよく使われていると思う。

当然、モデル動物でない材料を培養したいときに利用したい技術と言えるが、増殖因子の必要性などを考えるとそう簡単ではない。ところが今日紹介する佐藤さんがオルガノイド培養を最初に完成させたHans Clevers研究室から、人間やマウスと同じ条件で、蛇毒をつくる毒腺のオルガノイド培養が可能だという論文が1月23日号のCell に発表された。タイトルはそのものズバリ「Snake Venom Gland Organoids (蛇の毒線のオルガノイド)」だ。

蛇毒の多様性は著しく、それぞれがどの様に進化してきたのかは、遺伝子だけでなくそれを作るシステムを研究する必要があるが、上皮器官なのでもオルガノイドがうってつけだ。ただ、では佐藤さんたちが開発した複雑な培養カクテルを蛇で用意することは簡単でないと当然想像する。

ところがなんとCleversのグループは、マウスで樹立した条件をそのまま使えば蛇の毒線のオルガノイドが形成できることを示した。ただ、温度だけは32度で培養することが大事で、37度では増えない。私にとっての最も大きな驚きは、哺乳動物からずいぶん進化的に離れた蛇の複雑な培養が、同じ増殖カクテルで可能になった点だ。もちろんさらに至適な条件を達成するために、フォルスコリンなどを加えるという改良を行っているが、基本的にはマウスの条件でオルガノイドを長期間、継代することが可能になった。

あとは、こうして形成したオルガノイドを分化させて、蛇毒が合成されるかどうか、またどこまで正常組織に近いかを調べることになる。この系では、増殖している間は、蛇毒を分泌する能力がないが、増殖因子を全て除去すると分化が始まり、蛇毒遺伝子の発現が誘導できる。この蛇毒が機能的かどうか、まず細胞から分泌されること、そして分泌されたペプチドが神経や筋肉のGABAやアセチルコリン作動性シナプスを抑制することを確認している。

正常の組織とどこまで近いかについては、single cell trascriptome解析を行い、各細胞の割合は異なるが、正常組織とほぼ同じ細胞腫がオルガノイドで維持されていること、また異なるトキシンに対応する別々の上皮細胞を特定している。また、毒腺の近位側と遠位側から別々に調整したオルガノイドは、取り出された場所の記憶を維持しており、例えば毒素の発言で見ると、遠位側の方が多くの毒素を作ることも明らかにしている。

他にも様々な問題について調べているが、全て割愛していいだろう。さらに改良を加えれば、もちろん毒腺だけでなく、消化管組織全体の研究も可能になる気がする。

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1月28日 Single cell transcriptome解析は実際の臨床に有用か(1月20日Nature Medicineオンライン掲載論文)

2020年1月28日

Single cell trascriptome解析のパワーは驚くべきもので、今やトップジャーナルに掲載されてくる発生学や医学の研究では、使っていない研究の方が少ないといった状況になってきた。実際、腫瘍組織や免疫反応をモニターする目的にこの技術の価値は高い。極論すれば、何も考えなくても調べてみれば、そこで起こっているプロセスが見えてくるといった感じだ。その意味で、臨床の現場でも当然役に立つはずだが、疾患の解析研究がほとんどで、臨床の経過を把握して適切な治療を考えるといった状況で使われた論文は見たことがなかった。

今日紹介する米国国立衛生研究所からの論文は、single cell transcriptome検査が患者さんの状態を把握し治療を選択するのに役立つ可能性を示した、臨床の1例報告で1月20日Nature Medicineにオンライン出版された。タイトルは「Targeted therapy guided by single-cell transcriptomic analysis in drug-induced hypersensitivity syndrome: a case report (single cell trascriptomic解析結果に基づいた薬剤過敏症の標的治療:一例報告)」だ。

友人の愛媛大学名誉教授の橋本先生の総説によると、薬剤過敏性症候群(DiHS )は、薬剤の服用によって誘導される薬剤アレルギーの一種だが、難治性で薬剤投与を中止しても病気が進行する。また、この病気の長期化にヘルペスウイルスが関わっていることも明らかになってきた、特異な臨床経過をとる薬剤アレルギーだ。

多くの症例はステロイドの大量療法で治療されている様だが、この論文で紹介された症例はあらゆる治療に抵抗性で、ステロイドやサイクロフォスファマイド、さらにはミコフェノール酸モフェチルなど様々な免疫抑制剤を試みて、ある程度炎症を抑えることができても、薬を離脱できず、その結果腎障害が現れてきたという患者さんだ。皮膚科の経験はないが、医師なら原因を把握できているのに、治療に反応せずあれよあれよという間に悪化する患者さんは必ず経験している。

このとき、まず皮膚に浸潤している細胞を集めて、single cell transcriptome解析をしたら、治療ヒントが得られるのではと着想したのがこの研究で、詳細は省くが、強くサイトカインでJAK-STAT経路が活性化されているT細胞が局所に浸潤していることがこの検査でわかった。

驚くことに、薬剤により誘導されるアレルギー反応なので特定の抗原特異的T細胞が増殖していると思いきや、予想に反して多様なT細胞が反応していることもわかった。

一方、利用しやすい末梢血を用いた検査では、正常と比べて少し差が認められるが、やはり皮膚からの細胞が診断には必要な様だ。

これらの結果から、可能な治療標的を検討し、それまで利用した薬剤を除外すると、ヘルペウスイルス薬とJAK阻害剤が特定され、ウイルス薬を短期、JAK 阻害剤を長期間投与している。結果は劇的で、ステロイドホルモンやサイクロフォスファマイドの使用を減じても症状は再発せず、4ヶ月目の写真が示されているが、皮膚症状は完全になおり、さらにsingle cell trascriptome解析でも活性化リンパ節は消えている。

一例報告としてはここまでだが、この研究ではもう一度同じ様な薬剤反応を試験管内で誘導できるか実験的研究を行なって、薬剤過敏性症候群の反応の特殊性を検討している。試験管内でも、薬剤に対するT細胞活性化が見られるが、これはクラスIIMHC 依存的ではあっても、抗原特異性のないスーパー抗原様の反応であること、さらにこの試験管内の反応をJAK阻害剤だけでなく、抗ウイルス薬でも抑制できることを示している。

結果は以上で、この病気のメカニズム研究がどこまで進んでいるかフォローできていないが、この一例報告はこの病気の理解と治療を大きく進展させたのではという印象を持った。

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1月27日 CAR-Tのイノベーション(1月24日号 Science 掲載論文)

2020年1月27日

CAR-Tを固形ガンにも使うための研究が続いているが、抗原については胎児期に強く発現するClaudin6,Claudin18,mesothelinなどが現在有望な抗原として、基礎・臨床研究が進んでいる。一方、CAR-Tの増殖を助ける様々な方法も開発されており、一つの例が山口大の玉田さんらのIL−7とCCL19を導入したCAR-Tだろう。ただこれらはほんの氷山の一角で、免疫系についてのあらゆる知識をCAR-Tに詰め込もうと、様々な研究が進んでいる。

今日紹介するドイツのBioNTechという会社からの論文は、動物実験段階とはいえ、免疫系の特徴をうまく生かしてCAR-Tをよりコントロール可能にした期待できる技術についての研究で1月24日号のScienceに掲載された。タイトルは「An RNA vaccine drives expansion and efficacy of claudin-CAR-T cells against solid tumors (RNAワクチンは固形がんに対するclaudin CAR-Tの増幅を誘導する)」だ。

この研究の目的は2つ。一つは固形ガンに対するCAR-Tの抗原としてClaudin6およびClaudin18が使えないかという検討と、もう一つが抗原をコードするmRNAをリポソームに入れて注射して、CAR-Tの増殖を人為的にコントロールできないかという検討だ。

まず、Claudin6が正常の組織ではほとんど発現しておらず、一方多くの卵巣ガンでは強い発現が見られることを示し、Claudin6を発現したヒトの卵巣ガンを人間のT細胞から作成したCAR-Tで消滅させられることを示している。

次に、このCAR-T細胞を、ガンではなくclaudin6抗原mRNA を詰めたリポソームを注射することで増殖を調節できるか調べている。結果、リポソームはリンパ組織の樹状細胞やマクロファージに取り込まれ、そこでclaudin6が発現し、CAR-T細胞の増殖を誘導することを示している。

重要なのは一回の注射で、2週間目をピークとするCAR-Tの増殖が見られるが、その後CAR-T細胞数は増殖しなくなることから、CAR-Tが普通のT細胞と同じ様に振舞っていることを示している。そこで、注射するCAR-T細胞数を1000個にして同じ実験を行ったところ、抗原を2回注射することで十分な数が得られることから、CAR-Tの数が少ない場合でも、抗原注射を行うことで治療を続行することが可能であることを示している。さらに抗原を注射する間隔を長くしても、抗原注射でCAR-Tが再び増殖することから、記憶細胞として組織で待機する可能性も示している。

また、CAR-Tにつきもののサイトカインによる副作用も、抗原刺激依存性に起こるので、ガンだけでなく抗原刺激を別ルートで行えることのアドバンテージを示している。

以上の検討の上で、Claudin6発現の卵巣ガン細胞、およびclaudin18を発現する直腸ガン細胞で、CAR-T治療を行い、抗原注射を加えることでガンをより高率に除去できること、また再発が見られても抗原を再投与することでガンの増殖を抑制できることを示し、CAR-Tの数を常に一定の数に保つことの重要性を示している。

結果は以上で、特に目新しいというより、いくつかの技術を組み合わせた技術だと言える。ただ抗原を使ってCAR-Tの増殖を調節するのはシンプルなので使いやすいと思う。同じ戦略は現在進められているCD19を用いたCAR-T治療にも使えるだろう。小児の白血病の場合、最初に徹底的に叩くことは重要で、今後期待される。もちろんClaudinを抗原にすることも今後さらに進むだろう。特に治療の難しいすい臓ガンにはClaudin18が発現していることが多い。

実際には、claudin遺伝子が本当に他の細胞で発現しないか心配な点もあり、マウスでの結果がそのまま応用可能かわからないが、治験が進むことを期待したい。

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1月26日 ストレスで白髪が増えるメカニズム(1月23日 Nature オンライン掲載論文)

2020年1月26日

恐怖体験により一夜にして白髪になるという話があるが、すでにメラニンを含む毛から、メラニンが失われることはないと思う。ただ、ストレスが白髪や白斑の原因になることは確かな様だ。とはいえ現役時代、色素細胞の増殖や生存を操作する研究を続けていても、ストレスを用いて操作するということを考えたことは全くなかった。

今日紹介するハーバード大学からの論文はストレスでマウスの白髪を誘導する方法を確立し、このメカニズムを調べた論文で1月23日号のNatureに掲載された。タイトルは「Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells(交感神経が過興奮することでメラノサイト幹細胞が枯渇する)」で、共著には懐かしいLen ZonやDavid Fisherなどの古い友人が名を連ねている。

ストレスで白髪を誘導する実験系を作るのは難しいのではと個人的には思うが、狭い場所に拘束するストレスや、慢性的に予想外の刺激を受けるストレス、そして最後に唐辛子成分カプサイシンと同じ効果を持つRTXを注射して痛み受容体を刺激するストレスのいずれかを使ってストレスをかけても、時間が経つと白髪を誘導できることを示している。最初に述べた様に、毛からメラニンが抜けることはないので、白髪が見られるのは、毛が生え変わる時に色素細胞が欠損してしまっていることを示している。すなわち生え変わりの時に新しい色素細胞を供給する幹細胞が欠損してしまっていることを示している。

そこで、RTXを注射してストレスを与えた時、メラノサイト幹細胞がどうなっているのか、幹細胞が維持されている毛根上部のバルジ領域を調べると、ほとんどの毛根で5日もすると幹細胞の数が減ってしまうことを発見する。この様に幹細胞が減ってしまうと、次の毛の生え変わりでメラニンを供給する色素細胞が十分作れないことになる。

余談になるが、この結果はもし次の日に全ての毛を抜いて、もう一度同時に再生させれば、一夜にして白髪になるという状態は再現できるかもしれないが、通常の毛の生え変わりサイクルが維持されている限り、白髪が徐々に増えるということになる。

次の問題は、ではなぜストレスで幹細胞数が減少するのかという問題だ。様々な可能性を追求した結果、交感神経興奮により分泌されるノルアドレナリンがメラノサイト幹細胞の減少に関わることを明らかにしている。化学物質を用いて人為的に交感神経を刺激する実験で幹細胞がほとんど消失するのを見せられると、ストレスは禁物という気持ちになる。

では、ノルアドレナリンが実際に幹細胞を殺すのだろうか?これを調べるため、RTXを注射する実験や、ノルアドレナリンを直接毛根に作用させる実験を行い、ノルアドレナリンによって静止期にあった幹細胞が増殖期に入り、その結果幹細胞が枯渇化してしまうことを発見する。実際、この時に細胞周期の阻害剤を作用させて増殖期に入るのを阻害すると、メラノサイト幹細胞が維持される結果、白髪も防止できることを確認している。

結果は以上で、言われてみれば驚くほどの結果ではなく、なぜこんなことがわからなかったのかと思ってしまう。しかしストレスは禁物だということがよくわかった。また白髪は命に関わる話ではないが、静止期の幹細胞もメカニズムがわかれば増殖期に入れる方法があるとすると、がんの幹細胞を枯渇させる方法も開発できるはずだと確信した。

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1月25日 チンパンジーの男の友情(AMERICAN JOURNAL OF PRIMATOLOGY オンライン掲載論文)

2020年1月25日

今日の朝からSSL暗号化の作業のため、新しいアップロードが26日朝まで難しくなる。これに備えて、1日2報づつ紹介して穴が開かない様努力してきたがやはり流石に疲れる。そこで25日は気楽に、昨年のウガンダ旅行との関わりだけで選んだ。

ウガンダ旅行でのゴリラの写真はすでに紹介したが(https://aasj.jp/news/lifescience-easily/11390)、もう一つの目的はキバレで野生のチンパンジーを観察することだった。図は2匹のチンパンジーがグルーミングしているところを撮影したものだが、オス同士がこの写真の様に強い絆を形成するのがチンパンジーの特徴だ。

今日紹介するテキサス大学からの論文は昨年私たちが行ったキバレのチンパンジーを1年間観察して、この男同士の友情がどう形成されるか調べた論文でAmerican Journal of Primatology にオンライン出版されている。タイトルは「Adolescent male chimpanzees (Pan troglodytes) form social bonds with their brothers and others during the transition to adulthood (思春期のチンパンジーも兄弟や他のオスと絆を形成する)」だ。

このホームページ内に言語の誕生について調べたノートをアップしているが(https://aasj.jp/news/lifescience-current/10954)、この中にチンパンジーの狩が、一見集団で行われている様に見えても、基本は自分が獲物を先に捕まえて食べることだけを目的にしていることを紹介している。すなわち、捕まえたらいち早く群れから離れて自分で肉を食べる。ただこのときも、絆を形成しているオスとは餌を分け与えるらしい。

この絆が形成されるルールを観察から探ったのがこの研究で、

  • オス同士での絆形成は思春期から始まる。
  • 絆は、同じ群れにいつもいる(association)、近くに一緒にいる(proximity)、そしてグルーミングをし合うの3段階に分かれるが、絆が強くなる関係ほど、血縁関係とは相関がなくなる。
  • 絆を形成する相手の年齢は決まっていない。
  • 例外的に、父親とグルーミング関係を成立させる若いチンパンジーも多い。

結果は以上だが、このために1年間の精密な観察が行われているし、遺伝子検査による血縁関係まで調べられているので大変な研究だ。父親とのグルーミング関係は予想外だった様で、今後この観察を軸に、どう相手が選ばれ、なぜ強い絆は兄弟では結ばれないのかを説明するモデルが形成されるのだと思う。

この論文を読んで、私たちが観察したチンパンジーの群れが、大きな群れのサブグループであることも勉強できた。個人的には、父親とのグルーミング関係は、フロイトのエディプスコンプレックスを反映した階層関係なのか、それともチンパンジーは父親とは競争関係が成立しないのかが一番気にかかる。

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1月24日 生きたAsgardアーキアの分離(1月15日 Nature オンライン版掲載論文)

2020年1月24日

昨年サイエンス誌の選んだ2019年のブレークスルーの一つに、我が国の海洋研究開発機構および産総研がAsgardアーキアの培養に成功したことが選ばれたことを紹介した(https://aasj.jp/date/2019/12/21)。この時はまだ正式な論文は出ておらず、プレプリントが発表されただけだったが、ついに1月15日Natureオンラインに発表された。タイトルは「Isolation of an archaeon at the prokaryoteeukaryote interface (真核生物と原核生物の中間にあるアーキアの分離)」だ。

海洋の浮遊している生物のDNAを網羅的に解析するメタゲノム解析が進み、真核生物と原核生物を橋渡しするAsgardアーキアの存在がスウェーデンのグループによって確認されたのは2017年のことだ(https://aasj.jp/news/watch/6362)。しかし今日紹介する論文を発表した井町さんたちは、なんとそのずっと前2006年から深海沈殿物から生きた細菌を分離しようと試みていた。

最初から成算があったのかわからないが、沈殿物をメタンだけが供給されたバイオリアクターでなんと5年半培養を続け、様々な生きた細菌が増殖しているのを確認する。こうして培養されたバクテリアの集団を、今度はバクテリアの増殖を防ぐ抗生物質を加えた単純な培地で1年以上培養、ちょっと濁りが出てきた試験管の培養、継代を続け、始めてから12年してついに、メタノゲニウムと生きたアーキアだけがゆっくり増殖する培養に到達している。

12年という時間には本当に頭がさがる。しかし、そのおかげでゲノムから推察するだけではない、生きたアーキアが得られ、MK―D1と名付けている。MK-D1は自律的に生存できないため常にメタノゲニウムの存在が必要で、ゲノム解析からわかる代謝システムから、共生しているバクテリアからアミノ酸を取り込んで、エネルギー源や有機物合成に利用している。

何よりも重要なのは、MK-D1ゲノムが、他の原核生物と比べ最も真核生物に近い点で、ついにメタゲノム解析から推定されていたAsgardアーキアが分離されたことになる。

実際、真核生物に特徴的な細胞骨格分子などがMK-D1には存在している。しかし驚くことに、細胞内小器官は存在しない、共生で生きる様進化した極めてシンプルな生物であることがわかった。

アクチンなど原核生物にはなかった細胞骨格のおかげで、代わりに長い突起を細胞から出しており、また細胞小胞を出芽させることができる。この特異な構造が、おそらく共生や、細胞毒の酸素を処理してくれるバクテリアとのコミュニケーションに重要な役割を演じていると著者らは考えている。

すなわち、真核生物の誕生はリン・マーギュリスが考えた様に、アーキアがバクテリアを飲み込むのではなく、触手が巻きついた様な構造がまずでき、それが一つの細胞へと変化することで進むことを示している。

他にも面白い話はまだまだ出てきそうだが、メタゲノムで開いた入り口からついに家の中に入ることができたと言った素晴らしい研究だと思う。何よりも、次は試験管内で真核生物を作る研究が可能になる。期待したい。

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1月23日 VISTA:最初の免疫チェックポイント(1月17日号 Science 掲載論文)

2020年1月22日

チェックポイント治療(CPT)が始まってわかったことは、私たちの免疫システムが自己に対して牙を剥かない様に何重ものチェックポイントが設定されていることだ。ノーベル賞を受賞したCTLA4やPD1だけでなく、ポジティブ、ネガティブ合わせて多くの分子がこの調節に関わることが知られている。

今日紹介するダートマス大学とベイラーカレッジの共同論文はこの中の一つVISTAの機能について調べた研究で1月17日号のScienceに掲載された。タイトルは「VISTA is a checkpoint regulator for naïve T cell quiescence and peripheral tolerance(VISTAはナイーブT細胞の静止期とトレランスの調節分子)」だ。

この論文を読むまでVISTAのことはおとんど何も知らなかったが、B7ファミリー分子でチェックポイント分子の一つと言える。ただ、免疫反応の途中で反応細胞を疲弊させるPD1のように抗原刺激後発現するのではなく、まだ刺激を受けていないT細胞に広く発現していることが知られている。

これまでVISTAノックアウトマウスは自己免疫病になることが知られており、チェックポイント分子であると考えられていたが、ナイーブT細胞での機能はまだはっきりとしていなかった様だ。この研究ではVISTAノックアウトT細胞をsingle cell trascriptomeで調べ、VISTAが欠損すると静止期のT細胞が消失し、活性化された記憶タイプのT細胞になること、また転写レベルでVISTAノックアウトでは静止期の維持に関わるKLF2などを含む様々な分子の発現が低下することを発見する。

次に、ATAC-seqを用いてVISTAの下流で変化する遺伝子のクロマチン構造を調べ、静止期を維持する様々な分子のクロマチン構造がVISTA刺激によりonになることを明らかにする。すなわち、VISTAは免疫反応の最初に、抗原により刺激されたT細胞が強い反応を起こすのを、クロマチン構造の修飾を変化させることで、量依存的に抑えていることが明らかになった。

最後にVISTAを活性化するモノクローナル抗体を作成し、この抗体でナイーブT細胞を抗原存在下に刺激すると、T細胞がアポトーシスを起こして死滅し、生体内で自己抗原に対して反応が起こるのを止めることを明らかにしている。作成が難しいのか、抑制的に働くモノクローナル抗体は作成できていない。

以上の結果から、VISTAが抗原刺激初期のチェックポイント分子で、細胞を静止期に止めるとともに、抗原シグナルに応じて細胞死を誘導することを明らかにし、その後CTLA4、PD1と異なるステージを調節するチェックポイント分子が使われる階層性を持つことを示している。

また、活性化型の抗体を使った研究は、今後自己免疫を抑えるための手段としてこの抗体が使える可能性を示唆している。あるいは、臓器移植時にこの抗体でVISTAを刺激しトレランスを誘導できるかもしれない。一方、もし可能なら抑制型の抗体も作り、免疫初期段階でチェックポイントを外してがん免疫をより高めるという研究も可能になるかもしれない。しかし、免疫はなんと重装備のシステムなのか、驚きを禁じ得ない。

カテゴリ:論文ウォッチ
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