2025年6月10日
インスリン抵抗性は２型糖尿病へとつながる最も重要な前段階で、同じ量のインスリンに対する身体の反応が低下するため、たとえばインスリンによって血中ブドウ糖が下がりにくくなったり、脂肪酸の放出が増えて肝臓に蓄積したりする状態を指す。インスリン抵抗性が生じると高血糖状態が続き、膵臓のインスリン分泌がさらに亢進するという悪循環が生じ、これが膵臓を疲弊させ、インスリン分泌能が低下した本格的な２型糖尿病へと発展する。
最近、GLP-1受容体作動薬やSGLT2阻害薬といった新しい糖尿病治療薬が登場し、糖尿病治療は大きく変化した。その結果、インスリン抵抗性そのものを治療する薬剤の開発が、次の大きな目標となりつつある。
今日紹介するコペンハーゲン大学からの論文は、インスリン抵抗性の鍵となる骨格筋での変化を、バイオプシーによって得られた筋組織のプロテオーム解析を通じて明らかにした研究で、５月２７日付で Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Personalized Molecular Signatures of Insulin Resistance and Type 2 Diabetes（インスリン抵抗性と2型糖尿病の個人別分子レベルの特徴）」だ。
インスリン濃度が上昇すると血糖が低下するが、この反応の大部分は骨格筋におけるGLUT4の細胞膜への動員とそれに伴うグルコース取り込みによるものである。そのため、急性のグルコース応答において骨格筋の役割は非常に大きい。この研究では、２型糖尿病患者３４名、健常者１２名をリクルートし、インスリン抵抗性を精密に反映する M-value を算出したうえで、空腹時およびインスリンを一定濃度に保った状態（インスリンクランプ法）で骨格筋組織をバイオプシーし、質量分析を用いてリン酸化タンパク質を網羅的に解析した。これにより、インスリン抵抗性の進展に伴い骨格筋で生じる変化を追跡している。
インスリンシグナルはインスリン受容体から始まるリン酸化カスケードによって伝達されるため、プロテオーム解析の重要性は言うまでもない。さらに、試験管内実験ではなく、実際の体内の筋組織での反応を解析したことで、これまで見落とされていた新たな治療標的が見えてくる可能性がある。
結果は膨大であるが、特に興味深い点を以下に箇条書きする。
ミトコンドリア機能と糖尿病の関係は以前から議論されてきたが、本研究ではミトコンドリア機能の上昇と糖分解の低下がインスリン抵抗性と強く関連しており、インスリン分泌の低下という糖尿病診断とは切り離して考えるべきことが示された。
意外なことに、インスリン抵抗性が発生すると、インスリンに対する反応性だけでなく、空腹時の骨格筋においても様々なタンパク質のリン酸化状態が変化していた。なかでも、JNK/p38経路のリン酸化は、インスリン抵抗性に伴う自然炎症と強く相関していた。
今回の最大のハイライトは、この自然炎症にも関与する変化の上流に、筋肉特異的に発現するAMPKγ3が位置していることを特定した点である。さらに、この分子が活性化される際にリン酸化されるセリン６５番目の部位はヒトにのみ存在し、チンパンジーなどの近縁種には存在しない。この点はヒト特有の糖代謝進化とも関係しており興味深い。加えて、筋肉特異的なリン酸化反応ということで、インスリン抵抗性を標的とする創薬において理想的な分子と考えられる。
当然ながら、糖尿病診断と直接相関するリン酸化タンパク質の変化も発見されている。ただし、インスリンシグナル伝達の中核とされるAKT分子のリン酸化レベルは、インスリン抵抗性が発生した後でも保持されていたという意外な結果が得られた。これは、体内ではさまざまな代償経路が働きシグナルが維持されていることを示唆しており、この代償メカニズム自体が治療標的になり得る。
最後に、男女差についても検討されており、脂肪代謝に関わるタンパク質の変化は女性と男性で大きく異なることが明らかとなった。ただし、これはホルモンや生活習慣の差に起因するものであり、遺伝的な差異によるものではないと考えられる。
以上が主な結果だが、このほかにもこれまでの知見と一致する多くの変化が詳細に記述されている。さすが糖尿病創薬に特化したノボノルディスク社を擁するデンマークならではの、大規模かつ徹底した研究であり、この研究を成し遂げたこと自体に脱帽である。インスリン抵抗性改善に向けた多様な取り組みが進展していることを強く実感させる論文である。
2025年6月9日
ゴリラも含めてほとんどの大型野生動物は見ているが、サイだけは近くで見たことがない。写真は神戸理研時代のスタッフの一人Tim Schroederが撮影したものだが、いつもこの写真を見ながら、彼をうらやましく思っていた。
このみごとな角こそサイのシンボルで、おそらく野生では彼らを守る重要な役割を持っているのだが、この角が漢方薬として解熱や鼻血に利用されていることから、角だけを求める密猟が絶えず、サイを絶滅の危機にさらしている。調べてみると、サイの角の最大の集積地はベトナムらしく、ここから中国やタイへと取引が行われるようだ。
今日紹介する南アフリカ・ネルソンマンデラ大学からの論文は、サイを絶滅から守る切り札として、敢えて角だけを切り取ってしまう方法が有効であることを示した研究で、６月５日号の Science に掲載された。タイトルは「Dehorning reduces rhino poaching（角を切断することでサイの密猟を減らせる）」だ。
この研究は南アフリカ有数のサファリフィールド、クルーガー国立公園で行われた。というのもサイが住む他の地域と比べてクルーガー国立公園では急速にサイの個体数が減っており、２０１７年と比べると２０２２年では半数以下に低下していたからだ。
これまではレンジャーやカメラによる取り締まりの強化、厳罰化などで対応し、南アフリカで約１００億円近いお金がこれに費やされていたが、効果は限られていた。そこで、苦肉の策として「身を切る改革」ではないが、密猟者が狙っている「角を切る」ことで、サイを守れないか調べたのがこの研究だ。
この目的で、クルーガー全体で短い期間にできるだけ多くのサイの角を切断し（１８ヶ月の間にほぼ半数のサイの角を切り取っている）、その間の密猟数をクルーガーの８つの地域で追跡している。
結果は期待通りで、元々生息数の少ない地域では密猟が激減している。一方、生息数が多く密猟コストが少ない地域では、密猟を半分ぐらいにしか抑える効果がなく、残った角のためでも密猟することがわかった。
いずれにせよ、ほとんどの地域で効果は急速にはっきりと確認できたことは、この方法の有効性が示されたと結論している。
もちろん生物学的な問題はあると思うが、サイを守るという点ではこの取り組みを広げて、密猟コストを上げる方策を政府も採用する可能性はある。密猟者を見つけて罰するより、サイを見つけて角を切る方がコストも1／6で済むようだ。とすると、もはや写真のようなサイをアフリカで見ることはなくなるかもしれない。
それより、ベトナム、タイ、中国と言ったトレードの根元を取り締まる一方、アフリカでの貧富の差を減少させることが重要だと思う。この現状をもう一度世界に突きつける意味で、この論文の価値は大きい。
2025年6月8日
相分離についてこのブログで初めて紹介したのは２０１７年だった（https://aasj.jp/news/watch/7045 ）が、それ以来細胞内でおこる相分離現象が、様々な機能に必要な分子を局所に濃縮して、生物過程の効率を高めていることについては５１回も紹介している。しかし一部の論文を除き、相分離体内での過程を操作するという方法についての論文は発表されていない。
今日紹介するベルリン・マックスプランク分子遺伝学研究所からの論文は、相分離体内での過程を操作する方法の可能性を示した面白い研究で、６月４日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Probing condensate microenvironments with a micropeptide killswitch（相分離体の微小環境をマイクロペプチド・キルスイッチで探査する）」だ。
この研究の始まりはHMGB1分子のC末端にフレームシフトで全く新しい変異が発生し、これが本来核小体に存在しないHMGB1分子を核小体に移動させた結果、主に骨格の発生異常が起こることを示した研究で、このブログでも紹介した（https://aasj.jp/news/watch/21510 ）。
その後の研究過程で、フレームシフトで生まれた自然に存在しないペプチド自体が相分離体内の性質を変化させることが異常の原因で、このペプチドを他のタンパク質に結合させて細胞に導入すると相分離体が他の分子をリクルートして維持されるダイナミックスが抑えられることを発見し、このペプチドをキルスイッチ (KS) と名付けている。
この効果を調べるため、最も重要な相分離体の一つ核小体マトリックス分子NPM1と結合するナノボディーにGFPとKSを結合させ、これを細胞に導入すると、ナノボディーによって核小体に移行したKSは、核小体内の分子の動きを強く阻害する（GFPをレーザーでブリーチして蛍光の回復を見ることでわかる。KSが存在すると蛍光回復が抑えられるが、ナノボディーだけでは何も起こらない）。
さらに核小体内分子ダイナミックスの変化を調べるため、核小体内の分子を質量分析器で調べると、NPM1に結合する重要な分子を始め様々な分子が核小体へリクルートできなくなっていることを発見する。この異常は、KSの配列を変化させることで防止できることから、KS自体の作用であることがわかる。
以上の結果に基づき、実際に機能している相分離体の機能を特異的に抑制する実験を行っている。
様々な系を試しているが、ここではNUP98遺伝子とKDM5A遺伝子が点在により核内で相分離して転写を高めることで起こる白血病に対する操作例を紹介する。転座遺伝子をマウスに導入すると白血病が起こるが、白血病発生後この分子と結合するナノボディーにキルスイッチを結合させた分子を発現させると、核内に存在した相分離体の数が減少し、細胞の増殖が抑えあれる。
もう一つの実験として、アデノウイルスが感染したとき53K分子により相分離体が形成されるが、この52KにKSを結合させると、52Kにリクルートされてウイルス粒子の合成に必要な IIIa分子の52K相分離体へのリクルートが抑えられ、ウイルス粒子の産生が９０％低下する。このときレーザーでブリーチして相分離体のダイナミックスを調べると、ほとんど分子の移動が抑えられていることが確認される。
以上が結果で、もちろんすぐに臨床応用というわけにはいかないが、相分離体を研究するための極めて重要なツールになるように思える。以前の論文で、相分離体が変化して起こる発生異常が他にも１００近く存在することが示されていたが、これらを丹念に調べることでさらに新しいツールが開発できる気がする。面白い研究だと思う。
2025年6月7日
日本の古代史の由来や文化を知るためには中国を中心とした東アジアの先史時代の理解が必須になる。事実、現在はポリネシアなどに強く残っているデニソーワ人も、元はチベット周辺に由来しているのではないかと考えられており、現在探索が続いている。また、中国史として記録に残る、紀元前１６００年の殷、周より以前の新石器時代の集落の発掘も進んでおり、ゲノム考古学が進む条件が整っている。その結果、中国のゲノム考古学研究論文をトップジャーナルで目にする機会が増えてきた。
詳しくは紹介しないが、先週出版された Science にも現在のベトナム、カンボジア、タイ、インドなどに広がっている Austroasiatic language を使う民族のルーツを雲南省出土の７５００年前の古代人たどる論文が発表されていた（Science 388, DOI: 10.1126/science.adq9792）。
このような民族のルーツを探すゲノム考古学に加えて、今最も面白いのはゲノムから当時の文化を解明する方向で、ヨーロッパについてはこれまでも何度も紹介してきた。今日紹介する北京大学考古学研究大学からの論文は、我が国の登呂遺跡のような考古学公園として公開されている山東省大汶口文化遺跡に属する Fujia 地区の2つの墓に埋葬されていた古代人ゲノムの解析で、６月４日 Nature にオンライン掲載されている。タイトルは「Ancient DNA reveals a two-clanned matrilineal community in Neolithic China（古代DNAによって中国新石器時代の2つの母系氏族社会が明らかになった）」だ。
これまでヨーロッパの新石器時代や青銅器時代の同様の研究を紹介してきたが、基本的には男系社会で、女性は外の村に嫁いでいたことが明らかになっている。この研究では２７５０年から２５０年、６世代以上が埋葬されているゲノムを解析し、この領域では新石器時代から徹底した母系社会が形成されていたことを明らかにした。
まず、埋葬されている骨の３割程度が二次葬で、他の場所からもう一度運ばれて埋葬されているため、一部の骨が欠損したりしている。
最も大きな驚きは、母方から受け継がれるミトコンドリアのハプロタイプが、墓１では１００％、墓２では９６.５%一致していることで、埋葬されている男性女性ほぼ全てが特定の母親を祖先として持っていることがわかった。２つの墓で祖先を示すミトコンドリアは異なるハプロタイプなので、それぞれは異なる氏族の墓であることがわかる。この二つが近接して存在することは、氏族形成過程では異なるハプロタイプを持つ二人の女性が同じ村で異なる氏族を形成したことになる
一方男性型を示すY染色体は極めて多様で7種類以上が確認されており、またそれぞれの氏族でもオーバーラップしていることから、少なくとも埋葬という行為では完全に女系ルールが守られていることがわかる。さらに驚くのは、特に夫婦兄弟であるからと言うような埋葬の仕方が行われているのではなく、同じ氏族が同じ場所に埋葬されていること、そして二次葬が存在するということは、他の場所で埋葬されていた骨も、同じ氏族であれば同じ墓に運んでこられたという点だ。
とはいえ、男性が村を去るというようなことはほとんど無かったようで、埋葬されたゲノムには近親相姦ではないが、４-６親等の近縁結婚が行われていた証拠が存在することから、小さな村で男性は他の母系氏族に加わり、死後はもう一度元の氏族の墓に埋葬し直されたと考えられる。
アイソトープから推察される食物についても、ほぼ全てが栽培されたアワと、それで飼育されたブタ、そして貝などの海産物という極めて限られた食材で生きていたことがわかり、人間の長い距離の移動はなかったと考えられる。
以上が結果で、新石器時代に明確な女系社会が存在していた重要な証拠が出たと思う。とはいえ、母系集団埋葬とも言える埋葬形式が徹底しているため、実際の家族社会がどうだったのかは今後の課題になるだろう。我が国で同じような研究がもっと進むことを期待したい。
2025年6月6日
6月4日 Nature にオンライン掲載された論文の中に、機械的刺激による脳脊髄液流回復、および塞栓除去による血流再開というトランスレーショナル研究が掲載されていたのでまとめて紹介することにした
最初の論文は韓国生物科学研究所 (KAIST) からの論文で、独自に特定した脳脊髄液灌流システムを刺激して脳脊髄液のクリアランスを高める方法の開発研究だ。タイトルは「Increased CSF drainage by non-invasive manipulation of cervical lymphatics（頸部リンパ節を非観血的に操作することで脳脊髄液の灌流を高められる）」だ。
この研究は血管生物学のトップサイエンティストの一人 Koh さんの研究室からで、２０１９年 （Nature, Vol 572, 62） 、２０２４年（Nature, vol 625, 768）と Koh さんたちが独自に特定してきた脳脊髄液がリンパ管へと灌流する流路についての研究の続きになる。Glymphatics は最近の大きなトピックスだが、Koh さんたちの仕事は最終的にリンパ管へとドレーンされる経路を明らかにした点が高く評価されている。
この研究でも、脳室に蛍光デキストランを注入してそれが Prox1 でラベルされたリンパ管を通って流出する経路を追跡するオーソドックスな手法で、それぞれの流れを特に所属リンパ節との関係で明らかにしたあと、頸部リンパ節を通って半分以上の脳脊髄液が流れること、このときリンパ管の平滑筋による運動が便とともに重要な役割を演じることを確認している。
次に、高齢マウスではリンパ管でのNOSシグナルが低下することで、脳脊髄液の流量が３０％低下することを発見する。そして、ここからが発想豊かなハイライトだが、ドレーンするリンパ管が存在する目の周り、鼻の側面、そして頸部を１秒間隔で刺激（ほとんど指圧といった感じ）する機械を開発し、これを３０分続ける実験を行い、見事にリンパ流とともに脳脊髄液の流量を高められることを発見している。要するに指圧でリンパ流を戻すという伝統的発想に基づいており、さすが Koh さんならではのアイデアだと感心した。老化だけで無く、アルツハイマー病など様々な疾患で脳脊髄液のドレーンを高める必要が認識されているので、人間でも是非試してほしい。
次はスタンフォード大学からの論文で血管内に流れを発生させて血栓を小さくまとめてから除去する方法の開発だ。タイトルは「Milli-spinner thrombectomy（ミリスピナー血栓除去）」だ。
脳塞栓などは血栓を溶かすTPAのおかげで、発作５時間がたっていなければ治療が可能になってきたが、大きな血栓となると溶かすのは簡単でない。そこで、バイパスを設置したり、カテーテルを挿入して血栓を外科的に剥がしとる方法で治療される。カテーテルを用いる方法は、今でも様々な危険性を伴うので、熟練が必要になる。
この研究グループは、血管内で一種の渦を発生させて血栓をコンパクトにまめることができると、それを吸引除去できるのではと着想し、カテーテルの先にヒレのような突起と、その間には長方形の隙間を入れることで、血栓を外側から圧迫してカテーテルの方向へまとめる力が発生することを確認している。
あとは、この方法で対応できる血栓の種類や、除去までにかかる時間などをモデル実験系で確認したあと、除去が比較的難しい赤血球が３０％ぐらい混じった固い血栓を、最初はモデル血管実験系、そして最後はブタの腎動脈、及び外頸動脈に血栓を発生させた動物モデルを用いて、この方法で２分ほどで血栓が除去できることを示している。これだとすぐに人間の治験が可能だとは思うが、先行技術がある以上、どの患者さんから始めるかの選択はかなり難しい気がする。
2025年6月5日
プロトカドヘリンについてはこれまで何回か紹介したと思うが、神経細胞に発現するカドヘリンファミリーの接着分子で同じ分子同士結合するのだが、クラシカルなカドヘリンと異なり、同じカドヘリンと結合すると、細胞膜上でクラスターを形成し、これがアクチンの再活性化を促して神経突起の repulsion を誘導する。このおかげで、同じ細胞に同じ神経突起が結合できないようになっている。このため、一個の神経細胞は一個のプロトカドヘリンだけを発現する必要があるが、最近の研究でこれに染色体3D構造調節が関わることも示されている。
今日紹介するUCLAからの論文は、プロトカドヘリンの一つ γC3 が神経細胞ではなくアストロサイトに強く発現している意味を極めてマニアックな実験で示した研究で、５月２９日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Astrocyte morphogenesis requires self-recognition（アストロサイトの形態形成に自己認識が必要）」だ。
これまでプロトカドヘリンというと神経細胞を中心に研究されてきたが、実際にはアストロサイトやミクログリアにも発現が認められることが知られている。この研究では、アストロサイトが γC3 プロトカドヘリンだけを強く発現しているのに注目し、この発現がアストロサイトの機能に必須かどうかを調べるため、まず γC3 遺伝子をノックアウトして調べると、神経発生やアストロサイト同士の関係性にほとんど変化は認められないが、突起を広く伸ばしたアストロサイトの形態が大きく変化し、突起の広がりが減少し、突起間の感覚が減少し、縮こまった感じになることを発見する。
あとは、この変化が γC3 同士の結合、homophilic adhesion によるものかどうかを調べるため、γC3ノックアウトマウスにアストロサイト特異的に様々な構造をもつ γC3 の変異体を導入して、アストロサイトの形態を正常化できるかどうか調べている。
完全ノックアウトマウスのアストロサイトに正常の γC3 を戻すと完全に形態は正常化する。しかし、homophilic adhesion 機能を欠損した γC3 変異体では全く正常化しない。他にも、様々なプロトカドヘリンのドメインを交換して分子構造は異なるが homophilic adhesion は維持されている γC3 を導入する実験を組み合わせて、homophilic adhesion が形態形成に必須であることを示している。
実にプロトカドヘリンを知り抜いたマニアックなプロの実験だが、紹介はこの程度でいいだろう。要するに、アストロサイトは神経とは異なるプロトカドヘリンを強く発現することで、自分の形態を維持していることになる。
メカニズムや、アストロサイト形態異常が神経機能にどう影響するのかについてはほとんど調べられていないが、神経と同じで homophilic adhesion が突起同士の反発に関わるとすると、自分の突起が自分に結合するのを防ぐというプロトカドヘリンの性質をうまく使って、細胞突起を広く広げるのに使っていることになる。しかし、神経機能に及ぼす影響が気になる。
2025年6月4日
イタリア・ミラノにあるサンラファエロ研究所は遺伝子治療のダイナミックな研究を発表し続けている研究所で、今振り返ってみるとなんと７回も論文を紹介している。論文を読むとき最初は著者は気にしないようにしているので、面白いと引きつける研究が多いのだと思う。
今日紹介する論文は２０２２年６月に紹介したCXCR4に対する抗体を使って血液幹細胞を末梢に追い出し遺伝子導入した骨髄細胞を定着させるという、患者さんに負担の少ない遺伝子治療開発を目指すプロジェクト（https://aasj.jp/news/watch/19804 ）の一つで、今度は直接遺伝子を静脈注射して遺伝子治療を行うための条件を調べた研究だ。５月２８日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「In vivo haemopoietic stem cell gene therapy enabled by postnatal trafficking（生後の造血幹細胞の移動が生体内での遺伝子治療を可能にする）」だ。
難しいテクノロジーは全く使わない驚くほどシンプルな研究で、レンチウイルスに導入した蛍光マーカー遺伝子を直接マウスに注射して、造血幹細胞に導入する条件を探索しているだけだ。とはいえ、ベクターを直接注射してもまず遺伝子は導入できない。
この理由を考えると、最も未熟な幹細胞は骨髄では静止期にあることが多い。そのため、骨髄移植には徹底的な幹細胞アブレーションが必要になる。著者らは胎児造血から骨髄造血へと移行する時期は、一度末梢に造血幹細胞が流れたあと骨髄ニッチに定着して増殖を始めるので、この時期を狙えば直接遺伝子導入が可能ではないかと着想する。
そこで、末梢血に血液幹細胞が多く流れる時期を探すと、期待通り新生児期に幹細胞が骨髄へと移動するとき末梢血中の数が上昇することを確認する。この時期にレンチウイルスに組み込んだGFPを静脈注射すると、うまくいった場合２０％近い幹細胞に遺伝子導入が可能で、導入した遺伝子の組み込みサイトから、かなりの数の遺伝子導入された幹細胞が長期間造血を続けることを発見する。
あとは、これまでの研究に基づきインターフェロンを阻害したとき、またCD47を強く発現してマクロファージの取り込みを防ぐことで、さらに遺伝子導入の効率を高められることを示している。
このように、新生児期という限られた時期を狙えば、ウイルスベクターを静脈注射するだけで幹細胞への遺伝子導入が可能であることを確認できたので、小児の遺伝性の免疫不全や遺伝子疾患モデルの治療を試みている。Adenosine-deaminase (ADA) 欠損症と、DNA修復異常の Fanconi 貧血をモデルとしているが、Fanconi の方だけ紹介する。
Fanconi 貧血の場合元々造血幹細胞の数は低いが、新生児期にベクターを注射すると、時間とともに白血球数やリンパ球数が正常化するのが見られる。さらに、マウスをマイトマイシンで処理すると、修復異常により貧血を悪化させることができるが、遺伝子導入後にこの処理を行うと、遺伝子導入された幹細胞のより選択的な増殖を観察することができ、貧血もほぼ完全に治療できる。
最後に、人間についても新生児期から１８ヶ月まで末梢血の幹細胞数を調べ、マウスと同じように末梢血に幹細胞が流れて、骨髄への移動が見られることを示し、すぐに人間でも臨床治験を行える可能性を示唆している。
他にも、新生児期でなくても、生後の早い時期であればG-CSFを注射して幹細胞をもう一度末梢に動員することでも直接遺伝子導入が可能であることも検討したりしているが、とりあえずは遺伝子疾患を胎児期に特定して、生後すぐに遺伝子を注射という治験が行われると期待している。
単純だが臨床へのトランスレーション意図が明確な研究だと思う。
2025年6月3日
腸内細菌叢が介入可能な「もう一人の私」として重要なことは明らかだが、次世代シークエンサーの普及でこの分野が進展し始めた頃は、もっぱら、どのタイプの菌が増えたとか多様性が減じたとかと言った現象論にとどまっていて、そこから生まれる介入方法は結局細菌叢の移植を超えることはなかった。しかし、全ゲノム研究が進み、それぞれのバクテリアの機能面が明らかになってくると、ホストとの関係をより因果的に研究できるようになった。
この流れの先頭を切っているのがこのブログでも何回も紹介した MITのRamnik J Xavier さんで、読んで面白い論文を発表し続けている研究者の一人だ。今日紹介する論文はこの Xavier 研からの論文で、Bacterioides が合成するスフィンゴリピッド (SpL) がコレステロール合成系を介して IL-10 分泌を誘導して腸内の炎症を低下させることを示した面白い研究で、5月30日Cell Host & Microbeに掲載された。タイトルは「Bacteroides sphingolipids promote anti-inflammatory responses through the mevalonate pathway（Bacterioides 由来のスフィンゴリピッドはメバロン酸経路を介して抗炎症反応を促進する）」だ。
昨日に続いて今日も SpL の話になるが、今日は腸内細菌叢の主要構成要素の Bacterioides が合成するSpL の話だ。これまでの解析から腸内細菌叢のなかで SpL を合成する能力があるのは Bacterioides 属だけであることがわかっており、Xavier らはこの合成の酵素spt をノックアウトした Bacterioides は腸内炎症を抑制する能力が低下し、逆に炎症を亢進させることを２０１９年に明らかにした（Cell Host & Microbe 25, 668–680, May 8, 2019）。
それからほぼ６年、炎症を抑える脂質成分を追求した結果がこの論文になる。炎症を収める野生型のBacteriodes (BTW) と spt 酵素がノックアウトされた結果炎症を促進する Bacterioides (BTspt) の脂質成分を比較するとともに、BTWの脂質がホストに働くとき重要と考えられている細胞膜由来粒子 (OMV) の脂質成分を比較して、BTWでだけ合成され、しかもOMVで濃縮している脂質として哺乳動物には存在せず、主に昆虫に存在している SpL、dihydroceramide phosphoethanolamine (CerPE) であることを突き止める。
そして、1）BTW由来 CerPE が OMV に運ばれ、腸管上皮や血液系の細胞に取り込まれたあと、２４時間以上細胞内にとどまれること、2）この結果 OMV は腸内の炎症を抑えることができること、3）炎症抑制は IL-10 分泌と IL-1β 分泌抑制が関わること、4）このうち IL-10 合成はコレステロール合成経路のメバロン酸合成過程を CerPE が促進することにより、抗コレステロール薬スタチンでこの効果をブロックできること、を明らかにしている。
CerEP がメバロン酸合成経路を高めるメカニズムは明確ではないが、この結果は様々な意味で重要だ。
まず、これまで OMV はバクテリアから遺伝子やタンパク質の運び屋としてホストに作用していると考えられてきたが、中身がなくてもそれが合成される脂質自体でホストの反応を誘導できることは、OMV を考える点で大きな転換点となるだろう。
さらに、異質な脂質がホストに抗炎症メディエータとして働くことで、哺乳動物の発生以来続く Bacterioides の共生関係を築いてきたことも面白い。もちろん、腸内炎症を抑える新しい方法の開発や、私も服用しているスタチンの作用を理解する意味でも重要な論文だと思う。本当にプロの研究だと感心する。
さて、話は変わりますが、私は今日で７７歳喜寿を迎えました。うれしいことに、先週、プログラムディレクターを務めたさきがけプロジェクトの同窓生が研究報告会を開催してくれ、彼らの活躍ぶりにふれることができました。そのとき喜寿のお祝いとしてTシャツをプレゼントしてくれたので、これを着て自身の近影を皆様に紹介することにしました。
バックに使ったのは、東京藝大大学院を卒業したばかりの小坂初穗さん（https://www.suteki-art.com/artists/%E5%B0%8F%E5%9D%82-%E5%88%9D%E7%A9%82/ ）の作品です。ここまで生きてこられたのは本当にありがたいことですが、歳を重ねるということは様々な苦しみが積み重ることでもあります。多くの友人を失う悲しみが日常になります。また昨日までできたことができなくなります。それでも残った能力でできることに精一杯チャレンジして、黙々と生きていこうという決意が喜寿を迎えるということだと思っています。小坂さんの象の絵は私の家にある唯一の具象画ですが、この老人の気持ちを本当にうまく表現しているように感じており、デスクの横に飾って毎日見ています。是非皆様もご鑑賞ください。
論文ウォッチもなんと４５００回を超えました。次は５０００回を目指し、途切れることく喜寿を超えて生きている老人の毎日の興奮を伝えていきたいと思っています。
2025年6月2日
一般の人が脂質と聞くと、飽和/不飽和脂肪酸、トライグリセライド、コレステロールを思い浮かべると思うが、実際には細胞膜形成に必要な構造脂質、エネルギー代謝に関わる脂質、プロスタグランディンなどのシグナル伝達脂質、ビタミンなどのコファクター脂質など様々な機能を担う脂質が存在し、全体像が語れるのはかなりのプロだけで、現役時代は医科研の竹縄さんのような本当のプロに教えてもらうしかなかった。
今日紹介する米国国立衛生研究所からの論文は、脂質機能の複雑さがよくわかる論文で、６月２６日号の Cell に掲載予定の研究だ。タイトルは「Selective requirement of glycosphingolipid synthesis for natural killer and cytotoxic T cells（グリコスフィンゴリピッド合成はNK細胞と細胞障害性T細胞に選択的に必要とされる）」だ。
タイトルにあるグリコスフィンゴリピッド (GSL) はセラミドと糖質が結合した脂質で、細胞膜に存在して細胞間相互作用に関わることが知られている。私の現役時代から、GSLの一つのアシアロGM1がNK細胞を特異的に除去する分子マーカーになることが知られ、利用されていた。
ただ、今日紹介する論文は脂質代謝のプロからの研究ではなく、免疫とサイトカインの研究では大御所の一人と言えるJohn J. O’Shea研究室からの論文で、NK細胞で働いているスーパーエンハンサー (SE) の探索から始まっている。
これまで何度も紹介したようにSEは一つの遺伝子の発現を高めるために多くのエンハンサーが動員される仕組みで、細胞特異的に特定の遺伝子発現を高めるとき形成される。この研究ではNK細胞に重要な分子を知るという目的でエンハンサーコンプレックスに存在する p300 が濃縮されている領域を探索し、これまでNK機能に重要とされてきた遺伝子に伍して、セラミドに糖鎖を添加する酵素 UGCG がリストのトップに来ることを発見する。
当然NKマーカーasialoGM1のことを思い浮かべたと思うが、この酵素は様々な糖脂質合成の根幹にあるので、ノックアウトでその機能を調べている。まず、NK細胞特異的に UGCG をノックアウトすると、NK細胞がほぼ消失する。さらに血液系全体で UGCG をノックアウトすると、他の細胞には大きな影響がなく、NK細胞が特異的に減少することがわかった。
幸いこの酵素に対する特異的阻害剤 Ibiglustat (IGS) が存在するので、IGS投与実験を行いNK細胞への影響を調べると、細胞障害性の分子が詰まった顆粒の数が低下し、また標的と相互作用したときに起こる脱顆粒が低下、その後NK細胞が死ぬことを発見する。そしてこの経路で合成される LacCer を細胞外からNK細胞に添加すると、IGSによるNK細胞死が防げることを発見する。
以上の結果から、UCGC はグリコスフィンゴリピッドを供給することで、アシアロGM1などを介する標的とNK細胞の相互作用に関わるとともに、細胞障害性顆粒の維持と、脱顆粒プロセスに必須で、これが欠損するとNKの細胞障害性機能は完全に失われる。さらに LacCer 合成を通してNK細胞自身が細胞障害性分子の作用で死ぬのを防御していることが明らかになった。
即ち、細胞障害性を獲得するための必要条件を実現する仕組みとして UCGC による糖脂質合成が存在することがわかるが、だとすると血液全体で UCGC をノックアウトしてもキラー細胞が減少しないことは不思議になる。そして、キラー細胞は抗原で刺激されたときには UCGC を強く発現し、ガンやウイルス感染時にキラー機能を維持するための糖脂質を供給するとともに、記憶キラー細胞を形成できるよう細胞死が起こらないよう守っていることが明らかになった。
以上のように、脂質の機能は本当に複雑だ。
2025年6月1日
四肢の再生の研究は古くからイモリやアホロートルなど両生類で行われ、発生学の一大分野として多くの研究者を擁してきた。例えば我が国では京大や基礎生物学研究所を経て熊本大学学長をされた江口先生がパイオニアだった。この研究の面白さは、四肢を切断して再生を誘導するだけでなく、組織を移植して新しい手を形成させたり、移植の代わりに分泌因子を局所的に発現させて手を形成させたり、あるいは指の数を変化させたり、様々な操作が可能な点にあった。ただ論文を読んでいると、おそらく研究者の数が減ってきているように思う。その最大の理由は、クリスパーが開発されたあとも遺伝子操作が簡単でないことだと思う。
ただこの問題は妥協せずにやる気になれば解決できることを、今日紹介するウィーンにあるバイオセンターの Elly Tanaka さんの研究室からの論文が見事に示してくれた。タイトルは「Molecular basis of positional memory in limb regeneration（四肢再生時の位置情報の記憶の分子基盤）」で、５月２１日 Nature にオンライン掲載された。
Tanaka さんは四肢再生で形成される再生芽が分化細胞のリプログラムにより起こることをアホロートルを用いて見事に証明した研究者で、ドレスデンから今はオーストリアに移って研究を続けているようだ。この論文の question は手を切断した場所に形成される再生芽に、腕のプログラムに従った前と後ろの記憶をどう伝えるかだ。
これまでも様々な操作実験を通して、FGF、shh という分化因子がこれに関わることはわかっていたが、これを実現する細胞動態についてはほとんどわかっていなかった。この問題を解くため、Tanakaさんは遺伝子ノックアウトは言うに及ばす、遺伝的な分子マーカー発現による細胞の追跡、標識による細胞ソーティングなど、遺伝的な仕掛けを駆使して妥協のない実験を行っている。書くのは簡単だが、人口の少ない非モデル動物でこれらの遺伝操作を利用できようにするのは大変な努力が必要だと思う。
さて答えだが、shh を発生時に発現した細胞を遺伝的に標識すると、この細胞が腕から手にかけて後ろ側に分布していること、成熟後は shh の発現はほとんど無くなるが、切断されると、発生時に shh を発現していた細胞だけが shh を強く発現するようになることを示している。すなわち、発生時の shh陽性細胞が腕と手の後ろ側に分布して、この細胞だけが再生誘導時に shh を発現することが、再生時の位置情報になっていることを示している。このように、遺伝的細胞追跡を可能にしたことがこの発見に繋がった。
次に、発生時や再生時に shh を誘導する分子を探索し、shh の発現が Hand2転写因子により量的に調節されていることを発見している。Hand2 は腕や手の後ろ側でだけ発現し、成熟後も低いレベルで発現が維持される。この低いレベルの Hand2 発現が、腕や手の前後を決めている。そして、手が切断されると、局所的に Hand2 の発現が上昇し、その結果それまで抑えられていた shh が発現することで、新たに形成された再生芽に後ろ側がどちらかという情報を提供している。
四肢再生の面白さの象徴と言える実験に、正常の腕に後ろ側の組織を移植すると、手が新たに形成されるが、前側の組織を後ろに移植しても何も起こらないという現象がある。Tanaka さんは、腕の前側と後ろ側の細胞を遺伝的に標識し、それをソーティング後移植する実験を行い、前側に後ろ側の細胞を移植したときだけ新しい手が形成されることを示したあと、移植した細胞が新たに shh を発現できることがこの現象の鍵になっていることを示している。即ち、発生時 shh を発現し、その結果 Hand2 を低いレベルで発現した細胞だけが新しく shh を分泌できる記憶を持っており、これが再生時に前と後ろの区別が正確に伝えられる理由であることを示している。
さらに、前と後ろを分子マーカーで標識したあと、前と後ろに移植する実験を行い、前側の細胞はプログラムを後ろ側にスイッチできるが、後ろ側は前側に移植しても記憶が維持されることを示している。
他にも重要な実験が示されているが、割愛してもいいだろう。職人技に支えられた再生研究はこれまでどこかでモデル動物とは違うことを理由に妥協が行われていた。これにたいし Tanaka さんはモデル動物と同じレベルの遺伝子操作法を導入し、妥協しない研究とは何かを見事に示したと思う。是非若い研究者には読んでほしい論文だ。彼女に最後に会ったのは、彼女がドレスデン大学にいるときに研究室のリトリートに参加したときだ。そのあと１０年以上かけてこれだけの系を完成させたことに深い感銘を受けた。
