１１月２１日このホームページで、ガンに起こった多くの突然変異の中から、ガンだけに発現している抗原を特定して、ガンに対する免疫が成立するかどうかを調べる方法について紹介した。同じ趣旨の論文が１１月２７日Nature 誌にドイツのベンチャー企業から発表された。この２編の論文は、ともに、ガンのタンパク質に翻訳される全遺伝子部分（エクソーム）検査を行うことで、免疫療法が可能かどうかが予測できる可能性を示している。今このようなガンの免疫療法が期待される背景には、免疫反応を弱める細胞表面分子に対する抗体療法が実際の臨床に応用されようとしていることがある。１１月２１日紹介したCTLA4と呼ばれる分子と、今日紹介するPD1及びPDL1分子だ。これまで高い可能性があるとして期待されてはいたが、結局試行錯誤が続いていたガンの免疫療法が、合理的な予測可能な治療に転換するための材料がついに揃ったという実感を私はひしひしと感じている。しかしこれは私だけではない。このことをアナウンスするために、なんとPD1/PD-L1抗体についての臨床論文３編が同じ号のNatureに同時掲載された。これは特殊なことだが、Natureの編集者もガン免疫療法の急展開を実感してのことだろう。この３編の論文のうちロンドンのクィーンメリー大学から発表された最初の１編のみを紹介するが、他の論文のメッセージは全く同じだ。タイトルはMPDL3280A(anti-PD-L1) treatment leads to clinical activity in metastatic bladder cancer (MPDL3280A(anti-PD-L1)治療は転移性膀胱癌に効く)」だ。転移性膀胱癌は現在治療が困難だ。研究では、この患者さんからまず生検組織を送ってもらい、ガン組織に浸潤する細胞について、免疫を弱めるPD-L1の発現程度を０−３段階に分類し、その後ロッシュ社が提供する抗PD-L1抗体を投与して経過を見ている。要するに、免疫を弱めるPD-L1分子が強く発現しているガンほどこの抗体療法が効くという予想が当たるかどうか調べている。結果は予想通りで、発現程度が最も高い３度の患者さんでは５０％、２度で４０％、１度で１３％、０度で８％と、発現が高い場合に効果が得られる。ただこの発現と効果の完全な一致が得られないのは、組織が今回の治験の１−１０年前に採取されており、抗体治療時のガン組織の状態を反映していないからと想像している。これまで全く打つ手がなかった転移性膀胱癌に大きな光がさしてきたことは確かだ。ただ、この論文の最も重要なメッセージは、CTLA4やPD1/PD-L1に対する抗体療法は、免疫反応が成立し、その反応をこれら分子が抑えているときにだけ効果があることを示している。この種の抗体はこれから続々上梓されると思うが、きちっと検査をした上で効果を予測し投与することが重要で、ともかく注射して様子を見てみましょうなどといった試行錯誤に頼らないことが大事だ。おそらくこの抗体治療は１回数十万円するのではないだろうか。とすればまずお金をかけて、組織の免疫抗体法検査、エクソーム検査を組み入れても、無駄な治療が行われるよりずっとコストは安上がりだろう。これまでワクチン療法、ガンの細胞移入など多くのガン免疫治療は「理論的には効くはずですからやってみましょう」と試行錯誤が続いてきた。今回の研究も含めて現在急展開しているガンの免疫療法は、その効果を合理的に予測し、患者さんの期待に１００％答える治療法に大きく前進したことを意味する。エクソームを調べれば、個人用のワクチンを設計することも可能だ。期待を裏切らないガンの免疫療法元年が始まった。そのためにも、まず医療現場で新しい免疫療法の意味を完全に把握し、従来の試行錯誤的治療を排除していく努力が必要だと思う。

１１月２８日アメリカ疾病予防管理センターが発表した数字では、エボラビールス感染者は１５０００人を突破した。このような数字をほぼリアルタイムで報告し（WHOのサイトよりずっと見やすい）、軍隊を中心に緊急援助を展開するアメリカの貢献には頭がさがる。一方、我が国の首相はエボラ援助に関する国際会議のスピーチで「何としてもエボラ出血熱の流行に終止符を打たねばなりません。日本としても能うかぎりのことをする決意であります。・・・これまでの取組を強化するため、新たに4000万ドルの支援を行うことを、この場でお約束します。」と、結局は援助金の増額を約束するにとどまらざるを得なかった。国際会議でのスピーチで金の話しかできず、専門家１０名を現地に派遣したのが精一杯という状況でスピーチを強いられて、世界の前で恥をかかされた首相はさぞ悔しかったことだろうと察する。アメリカに目を移せば各国への人的支援だけではない。新しい治療やワクチンにも緊急援助を行い、感染を早期に食い止めようと必死だ。今日紹介するアメリカNIHからの論文は、エボラワクチンの臨床試験が加速しており、実現に近づいていることを報告する論文で、１１月２７日号のThe New England Journal of Medicineに掲載された。タイトルは「Chimpanzee adenovirus vector Ebola vaccine-preliminary report（チンパンジーアデノウィルスベクターを用いたエボラワクチン、予備的報告）」だ。パストゥール以来様々なワクチン製造法が開発されてきたが、徐々に遺伝子工学をもちいる手法に変わりつつある。安全性や、ウィルス側の変異に迅速に対応するためにも、機動性が高い。今回使われたウィルスベクターはチンパンジーのアデノウィルスを改変したベクターで、このベクターにエボラウィルスのグリコプロティンを組み込んでワクチンを作成している。論文を読むと、２０１１年に開発が始まったらしいが、サルを用いた研究でこのウィルスベクターのワクチンとしての高い能力が示されていたため、このベクターが選ばれたようだ。２０１４年５月にエボラの発症が確認されたすぐからFDAと話し合い、認可までの道筋を圧縮することが決まり、今回の第１相試験が行われた。エボラウィルスのグリコプロテインも系統により異なるので、２種類のグリコプロテインを組み込んだベクターを含む様々なベクターが作成され、健常人に２００億個、２０００億個のウィルス粒子を一回投与して、抗体とT細胞免疫の出来方を調べている。結果は上々で、２０００億個を投与すると４週で抗体価が平均で５００倍上昇し、T細胞免疫記憶も成立しているという結果だ。特にT細胞記憶は、２度目の免疫やビールスの進入で、強い２時免疫反応が起こることを期待させる。第1相なので、もちろん安全性の確認が目的だが、ワクチン接種後すぐに発熱した人が２割に出ているが、対応可能ということで次の段階に進める。かなり期待できる結果だと思う。この論文についてはNBCニュースもHope at last, trial Ebola vaccine seems to work （ようやく希望の光、エボラワクチンの効果がありそうだ）と詳しく報告している。エボラの死亡率は感染者の半分以上と恐ろしい。しかしパストゥールが立ち向かった狂犬病は死亡率１００％だ。この緊迫感の中で、着実に技術を開発する医学はやはり誇らしく思う。しかし、我が国の国際貢献のあり方についてはせめてアメリカの１０％の能力が出せる程度を目標に再検討すべきだろう。

今日は出張で朝時間がないので、読みやすい結論のはっきりした論文を取り上げる。何年か前ルーマニアをレンタカーでまわったが、もちろんドラキュラ伝説で有名なブラン城も訪れた。城郭としては普通の作りで、ヨーロッパではどこにでもある城だが、観光客の列が途絶えない賑わいようで、やはりドラキュラ伝説の後押しが大きいことを実感する。実際、周りの土産物屋はドラキュラグッズで満ち溢れているが、一歩城に入ると伝説を偲ぶためには想像力が必要で、この落差もまた面白い。今日紹介する南アラバマ大学からの論文は、ドラキュラではないが、１７世紀のポーランドの村落で、バンパイアを人々がどう考えていたかを研究した面白い論文で、PlosOneに１１月２６日に掲載されている。タイトルは、「Apotropaic practices and the undead: a biogeochemical assessment of deviant burials in post-medieval Poland (厄除けとゾンビ：中世以後のポーランドで特別の埋葬が行われた遺骨の生物地質化学的評価)」だ。まずこの研究に参加しているのはアメリカとカナダの研究所だけで、ポーランドの研究所は参加していない。しかし、著者名を見るとGregorickaとPolcynという名前があり、アメリカ在住のポーランドゆかりの人が、故郷の研究を行っているような雰囲気だ。研究ではポーランドのDrawskoという村のお墓の調査で見つかった６体の魔除けが行われた遺体が、よそ者なのか、それとも村落の構成員なのかが調べられている。論文によると、東欧のバンパイアは、外部から来て村人を襲うと考えられていたよそ者と、死に切れずに悪霊になてしまった村民の霊が屍体を生き返らせたバンパイアに別れるようだ。ポーランドの民話は後者の方で、多くの霊は霊界をさまようだけだが、一部の霊はバンパイアとして屍体を生き返らせ災いをもたらすように描いている。では誰の霊がバンパイアになるのか？よそ者なのか？ノートルダムのせむし男のようなハンディキャップを持った人たちか？これを調べるにはこれまで文献を当たる以外になく、誰が悪霊とみなされたのかの基準についてはよくわかっていなかったようだ。今回、多くの屍体の中で、首に石が置かれ、口の中にはコインを詰められた遺骨や、あるいは草刈り鎌が首に置かれた遺骨が見つかり、明らかにバンパイア封じが行われている証拠が見つかった。これを利用して、ではこの魔除けを施された遺体はどんな人だったのかを調べようとしている。まず、遺骨には特にハンディキャップはない。年齢も多様で、特徴はない。最後に、よそ者か地元の人かどうかを、ストロンチウム８７とストロンチウム８６の比を調べて検定している。この比は、その土地の土の成分を反映し、村で長く暮らしている村民の骨は食物からこの土地の成分を摂取するため、ほぼ土壌と同じ値を示す。すなわち、普通に埋葬された遺骨の示す値から大きく逸脱しておればよそ者の遺骨と結論できる。さて結果だが、魔除けを施された遺骨も、普通に埋葬された遺骨と同じ値を示しており、よそ者でなかった。結果はこれだけで、結論として疫病が流行する初期に最初に亡くなった人がバンパイアとして疫病を広めるのではと想像している。もちろん将来は遺骨から遺伝子も回収できるはずで、このような村落の成立をゲノムから見直すこともいつか行われるだろう。リチャード三世だけでなく、墓からもう一度歴史を調べ直す動きは今後もますます加速すると思う。次は何が出てくるか楽しみだ。

論文を読んでいると、知識はあると思っていたのに何も知らなかったことに気づき驚く。今日紹介するマサチューセッツ工科大学から発表されたマウスY染色体の話もその典型だ。これまでY染色体はなんとなく消え去る運命にあると思っていた。構造上ヘテロクロマチンと呼ばれる凝縮した染色体構造をとり、存在する遺伝子も少なく、組み換えが起こらない。このような構造から見て、なくなってもいい染色体と思っていた。しかしこのマウスY染色体塩基配列の完全解読の論文を読んで認識が変わった。タイトルは「Sequencing the mouse Y chromosome reveals convergent gene acquisition and amplifyication on both sex chromosomes（マウスY染色体全塩基配列から、両性染色体での遺伝子の収斂的獲得と増幅が明らかになった）」で、１１月６日号のCellに掲載されている。もともとY染色体は繰り返し構造が多く、完全に塩基配列を解読することができていない。このグループはY染色体を完全にカバーするライブラリーを作成して９９％まで完全と言える解読を完成させている。完全と言えるまで一人になってもやり遂げるという強い意志を感じる仕事だ。その結果、常識は覆された。まずマウスY染色体はヒトY染色体とは違い凝縮が全くないユークロマチンで、数多くの遺伝子が存在している。たとえヒトやサルでY染色体が消え去る運命にあっても、マウスでは全く様相を異にする。次に、性染色体が常染色体から分離した時に存在していた最初の頃の遺伝子をほとんど失っており、この部分は全体の２．２％しかない。言い換えるとX染色体から大きく分化している。驚くことに、古い遺伝子を捨て去った後の残りの９８％にはマウス独自の新しく獲得された遺伝子で満たされている。さらに、この新しい遺伝子８種類のうち、３種類（Sly, Srsy, Ssty）で、それぞれ１２６，１９７，３０６と凄まじい増幅が起こっていることだ。また、これらの遺伝子の相同体がX染色体にもあり、これらにも増幅がみられる。重要なのは、X染色体上にある相同遺伝子も精子に発現している点だ。増幅は、XYの組み換えで起こったとは考えられない。すなわちX、Y独立して増幅を行っているようだ。なぜこんなことが起こるのかを解明するには、もう少し様々な種を比べる必要があるだろう。面白いことに、Y染色体が短くなってこれら遺伝子の量が減ったマウスでは、不妊になる代わりに性比がメスに偏ることが知られている。ここから想像を逞しくすると、X、Y染色体がメス、オスの比を自分に有利にしようと軍拡競争を行っているように思える。Yはオスを増やすために３種類の遺伝子をできる限り増やそうとする。一方、Xも負けじと相同遺伝子を増幅しメスの割合を増やそうとする。この競争の結果Y染色体は消え去るどころか、ますます存在感のある染色体へと発展する。逆に人間はこの軍拡競争はやめて男女の平和共存を進めてきたようだ。Y染色体の存在感が薄れて女性化するのは人類が選んだ戻ることのできない道だ。競争か共存のどちらが種の繁栄をもたらすのか、見届けられないことははっきりしているが面白い。大変勉強になる論文だった。

匂いの基本は、化学物質と嗅覚受容体の相互作用により誘導される細胞の電気的興奮だが、個々の嗅覚受容体は反応できる化学物質の特異性が厳格に決まっている。一方、私たちが匂いを感じる時は、様々な化学物質が複雑に混じり合った混合物を、一つの匂いとして特定している。例えばワイン、ウィスキー、日本酒とそれぞれを感じ分けている（少なくとも私は）。すなわち複数の嗅覚細胞の興奮を統合して一つの表象と対応させることが必要だ。この過程について研究したのが今日紹介するシカゴ、ノースウェスタン大学の論文で、１１月１９日号Neuron誌に掲載された。タイトルは「Configuration and elemental coding of natural odor mixture components in the human brain （自然に存在する匂い物質の混合物を人間の脳内で構造的かつ要素的コード化）」だ。さすがアメリカの研究で、ニオイ物質としてピーナツバターを選んでいる。まず、ピーナツバターの匂い成分をガスクロマトグラフィーと質量分析機で１４種類の要素に分解している。もちろん他にも検出できない多くの要素があり、全部を要素化することは困難だ。これが自然の匂いを研究する難しさだ。この問題を克服するアイデアが面白い。全要素を突き止めて再構成するのは諦めて、この１４要素とピーナツバターとして感じられる匂いの関係に絞って調べている。そのために、実験ではなんと被験者にピーナツバターを嫌という程食べさせて、もうピーナツバターは見たくないという気持ちが、各要素の認識にどう影響するか、自覚的評価とMRIによる脳内の活動状態を調べている。思わず笑いがこみ上げる実験だ。これを思いついた時点で実験は終わっていると言える。ピーナツバターが好きでも、やはり嫌になる程食べた後でまた匂いを嗅がされると、好感度は落ちる。この時脳内のどこで活動の変化が見られるかを調べると、OFC(眼窩前頭皮質)、AM(扁桃体)、AI(前部島)の３カ所で反応の低下がみられる。すなわちもう十分という意識に影響される部分が特定できた。次にピーナツバターを食べさせた後、個々の成分を別々に嗅がして、脳内の３領域で反応が低下するかどうかを調べている。さて結果だが、１２の要素のうち、４要素で自覚的好感度が落ち、これと対応して、４要素を嗅いだ時のOFC、AMの反応も低下する。しかし残りのほとんどの要素はPBを食べ過ぎた影響を受けないという、曖昧なものだ。結論も、脳は個別の匂い要素に対応しつつ、全要素を構造化して認識していると明快でない。しかし私も結論がそう簡単に出るとは思はない。ピーナツバターをいやになる程食べさせたというアイデアだけで十分だ。読んで思わず笑いがこみ上げる論文など、そうお目にかかるものではない。今後に期待しよう。

連休中、興味にまかせて少し難しい論文を紹介しすぎたので、今日はわかりやすい、血友病の患者さんにとって期待の持てる論文を紹介する。遺伝子治療の可能性の研究が始まってからおそらく３０年は経つだろう。私が熊本大学の教授をしていた1991年、当時日本で遺伝子治療を手がけていた北海道大学小児科から遺伝子治療の基礎を研究したいというO君を受け入れた。ちょうど日本全土に大被害をもたらした１９号台風の年だったのでよく覚えている。O君はその後も初志を貫いているが、遺伝子治療の歩みは遅かった印象がある。それが最近になってこのホームページでも今年に入ってすでに遺伝子治療の臨床治験を４回も紹介しているように、急速に臨床応用が進み始めた印象がある。今日紹介する英国血友病センターからの論文は長年開発が続けられてきたB型血友病に対する遺伝子治療の臨床治験の結果で、実用化が近いことを確信できる結果だ。論文のタイトルは「Long-term safety and efficacy of factor IX gene therapy in hemophilia B（B型血友病に対する第９因子遺伝子治療の安全性と効果についての長期調査）」だ。血友病は血液凝固因子第VIII因子、第 IX因子の遺伝子変異により起こる病気で、基本的には血液凝固が起こらないため出血がおこる。原因がはっきりしており、凝固因子を補充することで出血を止めたり予防することができる。以前問題になった凝固製剤へのHIVウィルスや肝炎ウィルスの混入は組み換えタンパク製品が使えるようになり解決したが、一本数万円する凝固因子を打ち続けなければならないという問題は解決しない。この論文の試算では、１年間に２５万ドル（ほぼ３千万円）のコストがかかるようだ。このような状況を打開するため、かなり以前から遺伝子治療ベクターの開発が続けられ、２０００年を過ぎると臨床治験に進んだ。しかし期待に反し安定的に凝固因子は生産されず、更にベクターに用いたアデノウィルスに対する免疫反応による肝炎が多発し治験は失敗に終わった。この失敗を受けて、自己相補型のアデノウィルスベクターが開発され、また遺伝子もタンパクの産生が最適になるようコドンを変化させ、２０１１年ようやく第1相治験にこぎつけている。この結果安全性が確認され、低〜中用量４人、高用量６人の２相試験のへと進んでいる。患者さんは一回だけ遺伝子を投与され、その後は必要な場合だけ凝固因子を補充するという形で２−４年経過を観察している。結果は、高用量の遺伝子を投与された患者さんでは確かに肝炎などの副作用が出るが、６人中５人がほぼ凝固因子補充を行わなくとも出血が起こらない程度に、導入した遺伝子から第IX因子が作り続けられたという結果だ。副作用も、プレドニンの治療で対応可能で、ついに実用化が可能なレベルに到達したと言っていいだろう。これまでの経過を見ると、合理性のある治療は時間がかかっても必ずいつか実現するという印象を私自身は持つ。一方、ウィルスの混入問題など、これまで医学に振り回されてきた患者さんにとって、この治療を受けるかどうか難しい決断だと思う。医学側としては、これで満足しているはずはない。副作用の原因もはっきりしており、さらに改良を重ねたベクター作成を目指して欲しいと思う。多くの分野で遺伝子治療が現実になりつつあることを実感する。

昨日に続いてDNA複製開始点の話で申し訳ないが、最も興味を引いた論文だったし、また連休ということでお許しいただこう。この２日間見てきたように、遺伝子組み換えやDNA合成は危険と隣り合わせだ。わざわざ安定なDNAを切断したり、２重鎖をほどいたりしなければならず、失敗の起こりやすい過程で、その結果様々な突然変異の原因となる。昨日紹介した複製単位の核内での構造化は、この変異を極力避けるための一つの手段だが、複製単位の個人ごとの多様性がガン体質につながる可能性もある。この問題に取り組んだのが今日紹介するハーバード大学からの仕事で１１月２０日発行のCell誌に掲載された。タイトルは「Genetic variation in human DNA replication timing（ヒトの複製タイミングの遺伝的多様性）」だ。複製開始点の多様性を調べることはそう簡単でない。昨日紹介したように、細胞を試験管内で増殖させ、BrdUを取り込ませ、合成したばかりのDNAの配列を決定する過程を何十人、何百人について行う必要がある。お金も、人手もかかるため、研究はあまり進んでいなかった。この従来法に代わる名案を示したのがこの仕事だ。しかしこんなアイデアを思いついて、それがうまく行った時は上等のワインの栓を抜いただろう。アイデアはこうだ。ゲノム解析に用いられる次世代シークエンサーはshort readと呼ばれるように、ゲノムの短い断片を読んで、それを手本を下敷きにして重ねていく。配列の正確度を統計的に確保するため、同じ断片を何回も繰り返して読む。これまでは断片あたりの読む回数は大体同じとして、少々の差を無視してきたが、DNA合成している細胞では、当然複製開始点に近い断片ほど多く存在し、読まれる回数は増えるはずだ。すなわち各断片の出現回数として、ゲノム解析自体の中に複製単位の情報が含まれるというアイデアだ。これを確かめるために、幾つかの細胞株で複製単位を調べる通常の方法と、同じ細胞のシークエンスデータの中から再構成した複製単位とを比べ、ほぼ正確な一致が見られることを確認して、次に進んでいる。この仕事はこのアイデアが全てだ。あとは実験は必要ない。これまで１０００人ゲノムとして公開されているデータのうち、試験管内で増殖しているリンパ球のゲノムを解析した１６１人のデータを抽出してきて、複製開始点をマップしていく。確かに増殖中の細胞では開始点を特定できるが、増殖していない血液細胞のゲノムデータでは開始点を特定できない。細胞が活発に増殖していることが重要だ。さて、多様性を調べるために１６１人は数としては十分だ。データを解析するだけで以下の結論を得ている。１）複製開始点はほとんどの人で保存されているが、中には個人差がハッキリする場所がある。２）開始点の活性の大きな差が認められる場所が２０カ所特定できるが、小さな差になるとおそらくもっと多い。３）この２０箇所での変化の内訳は、開始点が消失する場合が５２％、開始点の高さが高くなるもの（開始が早まるような変異）が２５％、開始後の合成速度が遅くなるものが２３％。４）１０００人ゲノムのデータを使っているため、この変異の背景にある遺伝子配列の変化、いわゆるSNPも明らかにできる。間違いなく遺伝子配列の多様性が開始点の多様性につながっている。５）昨日にも紹介したように開始点が染色体構造と密接に関わっており、RNA転写活性の高い場所に開始点が存在している場合が多い。このように、これまでのデータをうまく利用するだけでずいぶん多くのことを明らかにできることを示した上で、ガン体質に関わる課題に取り組んでいる。これまでの研究から、白血病に繋がるJAK2と呼ばれる分子の突然変異が起こりやすさと相関するSNPが明らかにされていたが、このSNPが突然変異の頻度を上昇させるのかはわからなかった。この研究で、このSNPがまさにこの開始点の活性の小さな違いと相関していることが明らかになった。この場所では、複製の方向と転写の方向が逆向きになっている。実際にはほんの少し複製の開始が普通より早くなるのだが、この結果遺伝子自体が脆弱になるのではないかという仮説を提出している。仮説については将来の検証が必要だが、複製開始点の多様性が染色体の脆弱性につながり、突然変異が起こりやすくなる可能性は大いにある。その意味で、今回示された新しい複製開始点特定方法は、この問題の解明に大きな貢献をするのではないかと思う。今私たちの周りにはガン細胞も含めた増殖細胞の膨大なシークエンスデータがある。これをDNA配列データだけと見るか、他の情報も含んでいると考えるかは研究者の根本的資質の差を反映していると思う。いずれにせよ、よくわからないガンの家系の一部も、この視点から解明される日は近い気がする。

昨日はゲノム全体に分布する遺伝子組み換えのホットスポットの出来方を研究した論文を紹介した。今日は、DNA複製の開始点を制御している核内マトリックスについて研究したフロリダ大学からの論文を紹介する。タイトルは、「Topologically associating domains are stable units of replication-timing regulation （局所構造的に集まっている領域は複製開始調節の安定的単位になっている）」で、１１月２０日号のNature誌に掲載された。ヒトの細胞は分裂するたびに３０億塩基対もある大きなゲノムをほぼ正確に複製する。これだけ大きいともちろん一本の染色体を端から端に複製していたのでは時間がかかりすぎる。実際には５００Kb程度の領域に分けて同時に複製する。それぞれの領域では開始点では早くDNAが複製し、時間とともに終点へ向けて複製が進む。次世代シークエンサーや、細胞周期解析法の進展のおかげで、ゲノム全体の複製単位を開始点から終点まで決定することが可能になり、細胞の種類に応じてこの単位が変化することもわかってきた。これを可能にした方法だが、複製時DNAに取り込まれるBrDUという分子に対する抗体を使って遺伝子断片を精製し次世代シークエンサーで配列を決めることで、特定の時点でDNA合成が進んでいる場所を決めることができる。また、複製が開始したばかりの細胞から、複製を終えようとしている細胞まで、複製の異なる段階にある細胞を集めることも可能になっている。この二つの技術を組み合わせると、各領域での複製の開始点、終了点を決めて各複製単位の境界を特定することができる。すなわち、複製単位でゲノムを領域わけすることができる。もうひとつ最近可能になったゲノムの分け方は、核内のマトリックスとによりDNAがひとまとめにされていることを利用する分け方で、局所的に集まっているDNA領域を一つの単位として特定するHi-Cと呼ばれる方法を用いて行う。この局所にまとまったDNAの内の特殊なケースに、核の表面に集まったLamina associating domain(LAD)がある。前置きが長くなったが、複製単位と、核内での幾何的位置との関係を調べたのがこの研究で、結論は明快だ。すなわち、両方の方法で分類したゲノム単位がほぼ１対１の相関関係を持っているという結果だ。特に重要なのが、細胞が変わると複製単位も変化するが、この変化に呼応して複製単位の幾何学的局在が変化することだ。この原因を探っていくと、複製開始領域が、転写に直接関わる分子が結合している部分と重なることがわかり、核内での各領域の幾何的位置を調節することにより、細胞特異的な転写を複製が邪魔しないよう調整が行われている構図が浮き上がる。まとめると、それぞれの複製単位の核内の位置は、細胞種に応じて個別に調節されており、これにより転写や複製の開始が起こりやすい場所決め（実際には核の内側にある）が行われることで、細胞の性質を損なうことなく複製を繰り返すことが可能になっているという結論だ。今日も一般の方にはわかりにくい話だったと思うが、人間のゲノムのような大きな情報は、複製から転写まで全ての過程を統合しないとうまく利用できないことを示す納得の研究だと思う。しかしENCODEプロジェクトが急速に進展していることを実感するが、我が国から理研しか参加しないというのも問題だ。ゲノムプロジェクトに対する我が国の取り組みを根本的に改める時が来ていると思う。

私たちの体のすべての細胞は父母から染色体を一対づつ受け継いでいる。この染色体は体の細胞ではほぼ不変で、両親から受け継いだままの構造を保っているが、精子や卵子を作る過程で母親と父親からの染色体の部分・部分が交換され、母親と父親の染色体が入れ子状に混じり合った新しい一本の染色体が子供に受け渡される。これを遺伝子組み換えと呼んでいる。私にとってこの現象は、異なる歴史を経てきた両家の経験が組み換えによって一つの染色体に統合されるように見え、感動的だ。組み換えにはDNAの２重らせんを切断し、また修復するという複雑な過程が必要だが、この過程によって、両親から受け継いだ染色体に新しい変異を導入することができ、生命の進化を進める大きな力になっていると考えられている。この過程は逆に、危険なゲノム変化をきたすこともあり、遺伝病の原因となる。この組み換えに必要な分子過程はかなり詳しく理解できているが、全ゲノムレベルで見たとき、どこに組み換えの起こりやすい点があるのかなど、研究が待たれていた。今日紹介する米国国立衛生研究所からの論文はこの問題に挑戦し、生殖細胞形成時の遺伝子組み換えに関する様々な問題に答えようとした研究で、なかなかの大作だ。タイトルは「Recombination initiation maps of individual human genomes (個人レベルの組み換え開始点のゲノム地図)」で、１１月１４日号Science誌に掲載された。すでに述べたように組み換えが始まるためにはまずDNA２重鎖の切断が必要だが、このためにまずDNAに結合しているヒストンのメチル化酵素PRDM９がDNAに結合して位置決めをし、そこにDNA２重鎖切断のための分子複合体が集められる。したがって、組み換えは全くランダムに起こるのではなく、PRDM９結合の起こりやすい場所があり、これをホットスポットと呼んでいる。これまで組み換えのホットスポットは、人間集団の中で連鎖不平衡の頻度や家族内でのSNP（一塩基多様性）分布などもっぱらDNAの配列側から調べられていたが、この仕事では代わりにPRDM９結合部位に集まって２重鎖を切断するDMC１分子を細胞から生成して、DMC１が結合していたDNA断片の配列を調べる、染色体免疫沈降法と呼ばれる方法で特定している。この方法を使うと、ある時点でDMC１が結合していた遺伝子部位が全ゲノムレベルで特定できる。重要な点は、DMC１がPRDM９の結合場所に集まることから、PRDM９の結合の特異性を直接調べることができる。ともかく膨大な実験が行われており、ここでは重要な結果だけをまとめて紹介しておく。１）PRDM９は遺伝子の中でも多様性が高いが、この論文では３種類の遺伝子型が比べられ、PRDM９の型の違いに応じてホットスポットの違いが生まれることがはっきりした。２）XY染色体同士の組み換えホットスポットも人間ではほとんどがPRDM９にガイドされている、３）これまで得られている連鎖不平衡を利用した組み換えマップと今回のマップを比較すると対応性は高く、確かに一見PRDM９結合と無関係に見える連鎖不平衡もあるが、おそらくこれはPRDM９の多様性のせいだろうと結論している。４）PRDM９がほんの少しだけ違うような組み合わせでホットスポットを比べると、３％ぐらいの箇所で差が出てくる。おそらくPRDM９を多様化させることで、集団として組み換え部位を多様化させることに成功しているのだろう。５）期待通り、組み換えホットスポットには新しい変異が蓄積している。このメカニズムを調べると、遺伝子の小さな部位同士の変換と切断や切断部位の再結合時に導入される突然変異が変異の中心になる。また、遺伝子間の大きな乗り換えもホットスポットで起こりやすいことから、PRDM９が、様々な変異の生成が全く無茶苦茶にならないよううまく調節している姿が浮かんでくる。６）最後に大きな遺伝子変化を伴う遺伝病とPRDM９型を比べてみると、全てのPRDM９で病気が発生するのではなく、特定のPRDM９を持っている人だけに特定の病気に繋がる組み換えが起こることがわかる。したがって、PRDM９の多様性を知ることは、このような病気の理解に必須であり、また診断にも利用できることが明らかになった。膨大な仕事でまとめ切れたかどうかは判断が難しいが、私にとっては学ぶことの多い論文だった。この研究のように、特定の過程をゲノム全体で調べる研究が最近特に多くなったように思える。今週末はそんな論文を取り上げて紹介する予定にしている。ただ、一般の方には少しハードルが高いと思うのでごめんなさい。

これまで様々な機会に、敵を知って戦うという意味では、ガンのゲノム検査が現在最も頼りになる手段になることを紹介してきた。というのも、ガンが発生するためには、異常増殖を支えるドライバー遺伝子の活性型変異、増殖を止めようとするガン抑制遺伝子の欠損、細胞死を防ぐ遺伝子の抑制変異など幾つかの鍵となる遺伝子変異が必要だ。ゲノム解析によりこれらの変異を明らかすることで、うまくいくとガンの増殖だけを抑える薬剤を特定できるかもしれない。ただガンゲノム解析が進むことで、ほとんどのガンでガン化に直接関わる遺伝子変異だけでなく、数多くの遺伝子に突然変異が蓄積していることがわかっている。これらの変異のほとんどは細胞の増殖や生存とは無関係な偶然起こった中立的変異で、ガン化に関わる変異と区別する意味でパッセンジャー変異と呼ばれている。しかし細胞の増殖や生存に関係がなくても、このようなパッセンジャー変異は個々のガンを正常細胞から区別するための印となって、ガン細胞特異的な免疫反応の抗原として働く可能性がある。これを検討したのが今日紹介するスローンケッタリング研究所からの論文で、１１月１９日付のThe New England Journal of Medicineに掲載された。タイトルは「Genetic basis for clinical response to CTLA-4 blockade in melanoma （悪性黒色腫に対するCTLA4抑制の臨床効果の遺伝的背景）」だ。タイトルでCTLA-4とあるのはT細胞が発現している免疫反応抑制因子で、通常は免疫反応が強すぎないように調節している。ただ、ガンに対する反応は強い方が望ましいはずだという考えに基づいて、この分子の機能を抑制する抗体をガン患者さんに投与してガン免疫を高める治療が行われている。同じような機能を持つ分子としてPD-1があり、これに対する抗体も高い効果が確認されている。ただ、この治療が成立するためには、ガン細胞に対する特異的免疫反応がまず誘導されている必要がある。このガン特異的免疫反応を誘導する抗原として働くという観点からガンに蓄積したパッセンジャー変異を調べたのがこの研究だ。まずCTLA4抗体が効いたガンと効かなかったガン細胞のたんぱく質に翻訳される遺伝子部分（エクソーム）の全塩基配列を解読し、突然変異と抗体の効果の相関を調べている。まず、一般的な傾向として突然変異の数が多いガンほどCTLA4抗体が効く。とはいえこれはあくまで傾向で突然変異が１０００に近いのに全く抗体が効かない例も多い。突然変異が新しいガン抗原ができなければこれは当然のことだ。より高い精度でCTLA4抗体の効果を予測するため、次に突然変異の中から新しい抗原性獲得にむすびつく変異を発見するための解析ソフトを作成し、この方法で特定される「ネオペプチド：新しいペプチド」の発現と、CTLA4抗体の効果を比べると、ネオペプチドを発現しているガン患者さんの多くは長期生存できているのに、発現していないガンの患者さんではこの治療を行っても５年生存率は１０−１５ヶ月に限られるという結果だ。ネオペプチドとして特定されたペプチドに患者さんのT細胞が反応しているかどうかについても試験管内で確認している。まとめると、予想どおりCTLA4抗体が効くためにはまずガン免疫が成立している必要があり、ガン免疫が成立しているかどうか（すなわちCTLA4が効くかどうかを）ガンのエクソーム解析とネオペプチド発現を特定するソフトで予測ができるという結果だ。同じことは抗PD１抗体についても言えるはずだ。これまでガン免疫というと、効くかどうかやってみてから判断するという場合が多かった。しかし、ガンゲノムが解読できるおかげで、抗体治療の予後についても予測できるとなると、ガンのエクソーム検査はもっと真剣に早期導入を考える必要がある。それと同時に、この膨大なデータを解析してくれる人材の育成も重要だ。高価な抗体薬をただ気休めに使うことは問題だ。その意味で将来を示す極めて重要な研究だと思う。