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2月4日:プラナリアのゲノム(2月1日号Nature掲載論文)

2018年2月4日
これまで多くの種のゲノムが解読されてきた。これはすべて次世代シークエンサーが開発されたおかげだが、何万種類ものDNAを同時に読むことができる反面、一個のDNAについて読める配列の長さが短いという問題があった。すなわち、一個一個の解読された配列が短すぎて、読まれた配列をつなげて一本の染色体を完全にカバーすることが難しい。お手本になる配列があるとそれを参考にすることでなんとかなるのだが、まったく新しい生物で、同じ配列が繰り返す場合はより長い配列を読む技術が求められていた。

幸い様々な原理に基づく一分子シークエンサーが開発され、何万もの長さの塩基配列を読むことが可能になって、この限界が破られ、モデル動物以外のゲノム解読が進んでいる。

これを裏付けるかのように、2月1日号のNatureには再生生物学にとって重要な動物アフロートルとプラナリアのゲノム解読が報告されている。ともにドレスデン・マックスプランク研究所からの論文だが、今日はプラナリアのゲノム解析論文の方を紹介しよう。タイトルは「The genome of Schmidtea mediterranea and the evolution of core cellular mechanisms(Schmidtea mediterranea(地中海プラナリア)のゲノムと細胞の基本機能の進化)」だ。

PacBioと呼ばれる機械を持ちて、一回の解読の平均の長さが2万近くに達しており、この結果を用いて99%の遺伝子をカバーできるゲノム解読に成功している。

とはいえ、完全に穴のない解読かというと、そうではなくプラナリア特有の難しさのため、ゲノムの構造の大枠はほぼ明らかになったものの、各部に多くのギャップが残っている。この理由はプラナリアゲノムのなんと62%が様々な長さの繰り返し配列で、中には30kbを越すものが存在する。このため、同じ方法で解読した例えばショウジョウバエのゲノムと比べると、数多くのギャップが残ってしまう結果になっている。

このような問題はあるものの、このレベルでプラナリアゲノムが解読されたことで、この種を用いた再生生物学の研究は進むと期待できる。我が国で使われているjaponica種や寄生虫の住血吸虫などとの関係も調べているが、それぞれかなり多様化が進んでいることが明らかになった。残念ながら、Japonicaとのもう少し詳しい比較が欲しいところだ。結果は公表されているのだから、ぜひ我が国でも詳しい比較をして欲しいと思った。

というのも、地中海プラナリアのゲノム解析から、この生物が極めて独特の細胞基本機能を発達させていることが明らかになり、その一つは多くの種で保存されているDNA切断に対する修復機構に関わる遺伝子が欠損している点だ。このおかげで、外来遺伝子がゲノムに飛び込みやすくなっていると言えるが、もっと面白いのが、プラナリアの放射線抵抗性で、私たちが全く知らない新しいメカニズムのおかげでこの放射線抵抗性が生まれているとしたら、再生生物学どころか、放射線生物学のモデル動物になる可能性がある。

プラナリア独特のシステムを示唆するもう一つの例が、細胞分裂時、分裂糸の集合のチェックポイントに関わる分子群が、ほぼ全ての動物で保存されているMad1,Mad2遺伝子が欠損している点だ。RNAiを用いた分裂阻害実験から、プラナリアでは微小管とキネトコアの結合に関わる仕組みがユニークであることがわかった。

このように、遺伝子が存在しないということを断言するには、完全なゲノム解析が必要になる。その意味で、この研究の意義は大きい。そして何よりも我々が知っているメカニズムがないということから、我々の知らない新しい細胞の基本機能の分子メカニズムが存在することがわかったことは、再生生物学にとっても大きなヒントになるかもしれない。ますます魅力ある生物であることが明らかになったと思う。
カテゴリ:論文ウォッチ

2月3日 Notchシグナル伝達様式の解明(2月8日号Cell掲載論文)

2018年2月3日
シグナル伝達経路の中で最も分かりにくいのがNotchだろう。Notchも、そのリガンドも膜結合分子で、一つのノッチを複数のリガンドが刺激できる。しかも遺伝子操作で一つのリガンドを他のリガンドに置き換えると、正常に発生できなくなる。極め付けは、リガンドと結合した後、γシクレターゼで切断され、核に移行することでシグナルが伝達される。とすると、同じ受容体でリガンドの違いを表象できるのか?こんな重要な疑問をすべて棚上げして、発生学者や血液学者はNotchシグナルの役割を研究してきたが、考えてみると冷や汗が出る。

このNotchシグナルに関わる疑問を見事に解決した論文がカリフォルニア工科大学から2月8日号のCellに発表された。タイトルは「Dynamic ligand discrimination in the Notch signaling pathway(Notchシグナル伝達経路でのダイナミックなリガンドの区別)」だ。

Notchには4種類あるが、研究ではNotch1とそのリガンドDll1とDll4について調べている。入り口と出口をうまく区別して、工夫を凝らした実験系をそれぞれに設定するプロの仕事の印象を受ける。

まずNotchが膜で切断され、核に移行して転写を活性化するプロセスを蛍光でダイレクトに測れるようにしてDll1とDll4のシグナルを比較すると、Dll1ではシグナルが一過性のパルス状である一方、Dll4では持続的であることを発見する。さらに、刺激側の強さを操作する実験で、Dll1の刺激は一過性のパルスの数が増加する一方、Dll4では持続的な刺激のレベルが増加することを発見する。これがこの研究のハイライトで、あとはこの異なる様式の刺激の効果、またこの様式を生み出す分子メカニズムについて研究している。

まずパルス状の刺激と、持続的な刺激が実際の転写にどう反映するかを、下流の分子誘導を指標に調べ、Hes1シグナルはNotchが切断されるとすぐに反応して上昇し、その後低下するのに対して、Hey1, HeyLは2時間以上経ってから上昇し、持続的に維持されることを明らかにする。すなわち、Dll1とDll4による刺激の様式の違いが、Hes1とHey1の発現パターンに置き換わることを発見する。

次にニワトリ胚の体節形成を指標に、Dll1、Dll4の刺激を調べ、Hes1とHey1の発現パターンが予想通りになっていること、その上で筋肉への分化がDll1では促進、Dll4では抑制されることを明らかにしている。
そして最後に同じNotch分子が切断されるだけなのに、なぜこのような刺激様式の差が生まれるのか検討するために、リガンドの細胞質領域を入れ替える実験を行い、Dll1の細胞質領域はNotchと結合したとき重合体を形成してから切れるため、細胞質内領域が塊で放出されることで一過性のパルスを発生しているが、Dll4では単体での結合により切断されるため、Notchの量依存的持続シグナルが発生することを示している。

もちろん、モデル系での話で修正が必要かもしれないが、初めてNotchシグナルについて理解することができたと満足した。この結果を念頭に、発生学者ももう一度それぞれの対象を見直してみることが必要だろう。
カテゴリ:論文ウォッチ

2月2日:ホモサピエンスの出アフリカ時期(1月26日号Science掲載論文)

2018年2月2日
昨年暮れ、Scienceに掲載されたアジア人の起原についてまとめた総説を紹介した(http://aasj.jp/date/2017/12/28)。この総説では、昨年の科学10大ニュースとして取り上げられた北アフリカで発掘された我々の先祖(現生人類)ホモ・サピエンスを起点として、現生人類がアフリカからユーラシアへ移動する道筋について、移動ルートで発掘された骨や石器の年代から納得のできるシナリオが示されていた。読んだ印象では、このシナリオはそう簡単に崩れないなと感じられる。とはいえこのシナリオでわかりにくいのは、イスラエルQafzeh/Skhulで発見された9−12万年前の最も古いホモサピエンスがなぜイスラエルから北に向かわず、アラビア半島からアジアへのルートだけが使われたのかだ。この総説では、既に分布を終えていたネアンデルタール人が進路を阻んだと考えているようだが、だとするとこの拮抗が破れて現生人類が5万年ぐらいから北へ移動するまで、イスラエルでの現生人類とネアンデルタールの交流がどんな様子だったのか、いつから始まったのかなど、面白い問題が多い。

新しい年を迎えて、早速ホモサピエンスのシナイ半島への進出がこれまで考えられてきたよりもっと昔から始まっていたことを示す論文がテルアビブ大学を中心にした国際チームから発表された。イスラエルハイファのすぐ南、カメル山麓のMisliya洞窟から発掘された上顎が17−19万年前のホモ・サピエンス由来であることを示す研究で1月26日号のScienceに掲載された。タイトルは「The earliest modern humans outside Africa(アフリカを出た最も古い現生人類)」だ。

この研究では発掘された上顎の年代測定をいくつかの方法を組み合わせて17−19万年前と特定している。その上で、Misliyaで今回発掘した上顎骨、および歯の計測を行い、ネアンデルタール人、現生人類と比較して、骨の持ち主がネアンデルタール人か現生人類かを調べ、現生人類に属すると結論している。

一番大きな決め手は、上顎の形態で、すべてのネアンデルタール人の骨はMisliya人の骨とは大きく異なっていることを示している。また、一本一本の歯の形態を調べると、北アフリカで発見される更に古いホモサピエンスと比べて、ネアンデルタール人の形態より違いが大きいことも示している。以上のことから、この上顎はまさしくホモサピエンス由来だと結論している。

これが結果のすべてで、ホモサピエンスの出アフリカ(出エジプトとも言える)は20万年前にまでさかのぼれることになる。しかしこの研究で利用された主成分解析の条件では、確かにMisilyaの骨はネアンデルタール人からは大きく分離しているが、近くから発見されているQafzeh出土の骨とも違いが大きそうで、かなり独特の位置を占めているようにも見える。まだまだ、議論が続くように思える。

折しも昨日発表されたNatureの論文では、インドで38万年前にすでにイスラエルで見られる中石器時代の石器への転換が起こっていたことを示す研究が発表され、ホモサピエンス、ネアンデルタール、そして当時アジアに住んでいた人類との交流が早くから進んでいたことが示唆された。時期や、ルートをめぐっては今後も議論が続くと思うが、ホモサピエンスの出アフリカ研究から目が離せない。
カテゴリ:論文ウォッチ

2月1日:インフルエンザに潜む心筋梗塞の危険性(1月29日The New England Journal of Medicine掲載論文)

2018年2月1日
今年は、A型とB型のインフルエンザが同時に流行しているようだ。確認したわけではないが、2週間前インフルエンザ(おそらくB型だと思うが)にかかり、久しぶりに1日寝込んでしまった。熱は大したことはないが、夜咳き込んで卒中になるのではと心配したが、1930年頃から、インフルエンザが心筋梗塞などの心血管障害を誘発して死に至る可能性があると疑われていたようだ。

今日紹介するトロント大学からの論文はこの可能性を疫学的に調べた研究で1月29日発行のThe New England Journal of Medicineに掲載された。タイトルは「Acute myocardial infarction after laboratory-donfirmed influenza infection(検査で確認されたインフルエンザ感染に続く急性心筋梗塞)」だ。

この研究では、カナダオンタリオ州の疾患レジストレーションを用いて、2009年5月から2014年5月にかけてインフルエンザにかかった患者さん、及び2008年5月から2015年5月にかけて急性心筋梗塞で入院した患者さんを抜き出し、インフルエンザ感染中に起こった心筋梗塞の発生頻度を、それ以外の時期での心筋梗塞発生頻度を比べている。

対象はウイルスの感染をPCRなどで確認できたインフルエンザの患者さんに限っており、19045人に上るが、そのうち急性心筋梗塞を起こして入院した人は487人に上る。もちろんほとんどの患者さんはインフルエンザの感染とは全く無関係の時期に発病しているが、インフルエンザウイルスが検出された後1週間以内に発病した患者さんが20人いることがわかった。

この数字からインフルエンザと関連する心筋梗塞を計算すると、ウイルス検出後の1週間はなんと6倍も頻度が上がる。しかし8日以降1ヶ月までを見ると頻度は0.6−0.75と10分の1に低下する。要するに、インフルエンザ感染は間違いなく心筋梗塞の危険性を高めるようだ。

詳しく患者さんを調べると、65歳以上では7.5倍、65歳以下では2.8倍で、高齢で女性に心筋梗塞リスクが高いと結論できる。さらに驚くのは、A型インフルエンザよりB型の方が2倍頻度が高い。総合すると、インフルエンザが心筋梗塞を誘発することは間違いなさそうだ。

ではなぜこのような現象が起こるのか?論文では、心筋梗塞の原因になる動脈硬化も炎症と考えることができ、急性のウイルス感染によりこの炎症が悪化するとともに、血管の収縮や、ストレス反応が合わさって発症するのではないかと推察している。

私も高齢者の仲間なので、来年からはもっと真剣にインフルエンザから身を守ることにする。クワバラクワバラ。
カテゴリ:論文ウォッチ

1月31日:パーキンソン病のL-ドーパ治療により誘発されるディスキネジアの原因究明(1月23日Cell Reports掲載論文)

2018年1月31日
パーキンソン病の運動障害のメカニズムは複雑で、ドーパミンの分泌異常のみで説明することは難しい。例えば、先日紹介した立ちすくみでは(http://aasj.jp/news/watch/7912)、無意識に調節される運動に視覚や聴覚を介して方向性を与えることで、大きく改善する。病気が進行してドーパミンの補充療法が必要になった段階で問題になるのが、ドーパミンレベルが回復する際に起こる不随意運動で、線条体へ投射するグルタミン酸作動性の神経が興奮しすぎることによるのではないかと考えられているが、はっきりとわかっていたわけではないようだ。

今日紹介する米国エモリー大学からの論文はアカゲザルのパーキンソンモデルで線条体のグルタミン作動性の神経がディスキネジアの主役であることを突き止めた研究で1月23日号のCell Reportsに掲載された。タイトルは「Glutamatergic tuning of hyperactive striatal projection neurons controls the motor response to dopamine replacement in Parkinsonian primate(パーキンソン病のサルでドーパミン保潤療法により誘導される運動反応を線条体への投射神経の過興奮のグルタミン酸刺激をチューニングすることで調節できる)」だ。

実験はサルで行う大変さはあるが、手法は単純で、MPTPという薬剤を全身投与して黒質細胞を変性させたアカゲザルの被蓋に電極と微量注射装置を挿入し、NMDA型グルタミン酸受容体(NMDAR)抑制剤を局所的に投与した時、線条体投射ニューロン(SPN)がどう反応するか調べている。

期待通り、阻害剤投与によりSPNの興奮は低下し、L-ドーパを投与した時も興奮は安定性を保つことから、ディスキネシアを抑えられることがわかる。同様の効果が、AMPA型グルタミン酸受容体の阻害剤でも見られる。

実際SPNの興奮抑制がディスキネシアを抑えるかを次に調べ、 NMDARやAMPARの阻害剤を局所に投与することで、パーキンソン症状に対するL-Dopaの作用を阻害することなく、ディスキネジアを抑えることができることを示すのに成功している。

最後に同じ阻害剤の全身投与を行い、局所投与と同じ効果が見られることを確認して実験を終えている。

これまでディスキネジアにはアマンタディンという薬剤が処方されているが、この薬剤は様々な受容体に対して効果があり、その中にはNMDARも含まれる。したがって、今回の実験でNMDAR,AMPARが特定されたことで、より特異的な阻害剤によりディスキネジアを抑える可能性が生まれた。しかし、両方の受容体とも、脳の機能に極めて重要で、全身投与を続けるのは問題があるだろう。とすると、先日紹介したような、より局所的な持続投与の技術の開発が待たれる。他にも、SPN内でのAMPAR/NMDARにたいする様々な修飾を標的とする治療法開発も可能かもしれない。臨床までにはまだまだ時間がかかるとは思うが、一歩前進したいい研究だと思う。
カテゴリ:論文ウォッチ

1月30日:AIギャンブラー(1月26日号Science掲載論文)

2018年1月30日
チェス、将棋、囲碁のように、ルールが明確で、一手一手について評価を下すことが可能な場合に、AIが機械学習を繰り返してプロを凌駕する力をつけてきたのは、数理の苦手な私にもある程度理解できる。しかし、ポーカーのような賭け事となると、何をdeep learningしたらいいのかなど、難しい問題が多いような気がする。もちろん確率のみで勝負したのでは話にならない。自分が悪い手の時、相手の賭け方や態度から手を推察して、必要なら悪い手でも勝負に出て勝つことができないとギャンブラーにはなれないはずだ。この相手の心の読みをAIで本当にできるのか?

昨年初め、カーネギーメロン大学が開発したLibratusと名付けられたAIが、Non-Limit Texas hold’emというポーカーゲームのプロ4人とそれぞれサシで対戦し、4人とも打ち負かしたというニュースが飛び込んできて、AIはギャンブルでも人間以上の能力を持ちうるのかと話題になった。

今日紹介するカーネギーメロン大学からの論文はまさにこのLibratusをどのように設計したのか開示した論文で1月26日号のScienceに掲載された。タイトルは「Superhuman AI for heads-up no-limit poker: Libratus beats top professional(Heads-up no-limit pokerのための超人的AI: Libratus がトッププロを破った)」だ。

と始めたが、私自身の最も苦手な数理分野で、さらにこのポーカーのルールを全く知らないときているので、正しく伝えられるとは思えないことをまず断っておく。

読んでみるとこの遊びは自分の持ち札2枚だけを判断材料に、最初はオープンの札なしに、次に3枚、そして最後に1枚追加のオープンの札を合わせた時、ポーカーのどの組み合わせが出来るか判断し、それぞれの段階で賭けを行い、相手が下りればその時点で、降りなければ最後にコールして勝負を決める。ポーカーの中でも、相手の手を読む要素が多いようにできている。

基本が理解できているわけではないが、Libratusは、オープンの札のない時は確率論に従った大局的な判断で賭けを行い、オープン札が示される3ラウンド目からは相手の可能な手を予想しながら少しでも正しい判断をしようとする局面に対応したアルゴリズムにスイッチする。そして、相手の動きに合わせて、どの時点で確率に基づく大局的判断だけではうまくいかないかを学習することで、判断の精度を上げるようだ。実際には、最初の方のラウンドでの相手の賭け方がAIが学習する最も重要なポイントになっているようで、自分が悪い手の時、そのまま降りるのではなく、相手の手の強さをなんとか判断し、負けていても強気の手を打つことを可能にしている。

詳細を問われるとお手上げなのでこの程度で止めておくが、私の理解が正しければ、今回うまくいったとしても、今後も絶対に勝ち続けられるかちょっと疑問に思う。要するに、自分が悪い手の時に、強気に出る方法を学習しているように思えるので、次の対戦になると、プロも機械の癖を学習できるのではないだろうか。また、ポーカーはもともと一対一のゲームではない。多くの参加者がいる場合に通用するAIを開発して初めてAIギャンブラー開発と言えるだろう。

とはいえ、ギャンブルにまでAIを適用しようとする研究には脱帽だ。というのも、ギャンブルに対応するということは、不確定要素の多い状況での人間の判断について、AIがより的確な判断をするようになるということで、チェスや将棋とは異なり、知能とは異なる人間の精神活動がAIでカバーできることになる。その意味で、この研究は重要だ。ぜひ専門の誰かに、もう少しこの設計の詳細をわかりやすく解説てもらいたいものだ。
カテゴリ:論文ウォッチ

1月29日:脳局所に薬剤を注入するデバイス(1月24日号Science Translational Medicine掲載論文)

2018年1月29日
脳を操作する技術の開発が進んでいる。現在広く使われる深部刺激に始まり、昨日紹介した経頭蓋電磁波照射や、電流刺激などだ。経頭蓋脳操作に至っては、個人使用のための製品がすでに開発され、記憶を増強したり、あるいは運動機能を高めると宣伝して販売しようとする会社まであるようだ。ただ、これらはすべて物理的刺激で、もう一つの神経興奮を調節する化学物質を用いる方法は、全身投与、あるいは髄液投与に限られてきた。しかし素人でも、局所に薬剤を必要な量投与する一種の微量注射法が開発できれば、当然神経細胞特異性は高まるし、面白い可能性が開けるのにと思う。ただ、物理的刺激と異なり、脳組織への微量注入法の開発はそれほど簡単ではなかったようだ。

今日紹介するマサチューセッツ工科大学からの論文は長期間微量の神経作用物質を注入し続けその効果をモニターする装置の開発で1月24日号のScience Translational Medicineに掲載された。タイトルは「Miniaturized neural system for chronic local intracerebral drug delivery(脳内局所への薬剤投与のための小型化神経システム)」だ。

開発されたデバイスは電極と薬剤用注入用の針が組み合わさったもので、針の太さは外径30ミクロン内径20ミクロンという細いものだ。これに既存のマイクロポンプをつないでいる。

読んで感じるのは、要するにハリとポンプという簡単な組み合わせなのにこれまで実現していなかった点だ。開発までの苦労話が描かれるわけではないのでなぜそんなに難しいのか未だによくわからない。いずれにせよ、苦労の果てに(?)プロトタイプを完成させた。

まずこの針をラットに8週間留置し、組織反応が強くないことを確かめ、また期待通り正確にマイクロリットルレベルの薬剤の注入が組織内で可能であることを確認した上で、脳操作が可能か調べる実験に写っている。

まず抑制性GABA作動薬ムッシモールを片方の線条体に投与することで、局所の神経興奮を抑えることができることを確認し、これにより誘導されるラットが一つの方向だけに偏って動くかどうか調べ、期待通り片方の線条体の興奮が抑制されるとラットが円を一方向だけにぐるぐると回り続けることを確認する。

次に猿を用いて、やはりムッシモールで局所の神経興奮をほぼ完全に抑えることができること、またこの作用を人工髄液を用いて洗い流せることを示している。要するに月単位で薬剤を投与することが可能になることを示している。

話はここまでで、繰り返すがこれほどいろんな開発が進む現代、逆にこのような技術の開発ができていなかったのかと驚いた。しかし、この研究のおかげで、局所性が明らかな精神神経疾患の治療、幹細胞刺激因子による神経再生、がん治療など様々な可能性が開けるだろう。期待したい。
カテゴリ:論文ウォッチ

1月28日:ジェスチャーと言葉を統合する領域(Journal of Neuroscienceオンライン版掲載論文)

2018年1月28日
言語はコミュニケーションのために誕生したと思っている。と言っても、人間特有の高次なコミュニケーションが言語を介してしか出来ないわけではない。おそらく最初は、ジェスチャーが中心だったかもしれない。あるいは、Mithenが提案する、一つの長い音楽的シラブルで相手に意思を伝えていたのかもしれない。実際、自発的な言葉を話す前の赤ちゃんで、同じようにポインティングや長いシラブルの音を使って命令しているのを見ることができる。いずれにせよ、言語は最後の最後に現れるコミュニケーション手段といえるだろう。おそらく言語が誕生して以来現在まで、私たちは言語を話すとき自然にジェチャーを交えるのが当たり前になっている。

話す方は当然このジェスチャーと言葉を自然に脳内で統合されて表現しているが、聞き手の側もそれぞれを独立に受け取るわけではなく、統合されたものとして理解している。相手のジェスチャーと言葉を脳のどこで統合させて理解しているのか、明確ではなかった。今日紹介する英国ハル大学からの論文はこの問題を、経頭蓋脳操作を用いて明らかにしようとした研究でJournal of Neuroscienceオンライン版に掲載された。タイトルは「Transcranial magnetic stimulation over left inferior frontal and posterior temporal cortex disrupts gesture-speech integration(左下前頭皮質及び側頭皮質の経頭蓋磁場刺激によりジェスチャーと言葉の統合が障害される)」だ。

この研究では、ジェスチャーと言葉を別々に収録して、ジェスチャーで表現されている内容と、聞こえる言葉の組み合わせが、一致している場合、意味的に食い違っている場合、そして身振りをしている人と、言葉を発している人の性別が異なっている場合など、様々な組み合わせで被験者に視聴させ、話しているのが女性か、男性かを答えるというややこしい課題を使っている。

もう少し説明しよう。ジェスチャーを見ないで、言葉だけ聞けば、普通男が話しているのか女が話しているのかすぐ判断できる。しかし、これにジェスチャーを同時に見ていると、もし言葉と全く異なる内容だったら、戸惑って判断が遅れる。同じように男の声なのに、女の人のジェスチャーの場合も同じような戸惑いが起こる。

このジェスチャーを見ることで戸惑う状態が、ジェスチャーと言葉を統合している脳領域の機能を抑えると、連合が外れるため戸惑いがなくなるかどうかを調べたのがこの論文だ。

この研究では頭蓋の外から電磁波を照射するTMSを用いて脳の機能を抑制している。結果は期待通りで、左下前頭皮質や側頭皮質に経頭蓋電磁波照射を行った後、この課題を行わせると、ジェスチャーと言葉の意味が食い違っていても戸惑いがなくなる。一方、話している声と、ジェスチャーを行っている体の性別が食い違っている場合は、この領域を抑制しても戸惑いは残る。すなわちジェスチャーと言葉の意味の統合を行っている脳領域を、初めてジェスチャーと言葉を統合する脳領域を特定したと結論している。

実験はこれだけだが、私たちの言語を考えるとき重要な発見だと思うと同時に、非侵襲的脳操作の利用がますます拡大していることを実感する。

ところが、先週Nature Neuroscienceに発表されたチューリッヒ大学からの総説(Polania et al, Studying and modifying brain function with non-invasive brain stimulation(非侵襲的脳刺激による脳機能のの研究と操作)、Nature Neuroscience in press)を読んで、経頭蓋操作研究は、この研究が少し乱暴すぎることも理解したので少し触れておく。

この総説では、電磁波照射、電流による刺激、random noise stimulation、さらにはより深い領域を刺激する方法など、続々非侵襲的脳操作の新しい方法が開発されていることが紹介されている。ただ、個別の神経細胞を刺激するものではないため、様々な機能の神経が固まって存在する脳では、興奮状態をモニターする方法と常に組み合わせて使わないと、操作が期待通り適切に行われたかどうか信頼できないことが多いようだ。すなわち、行動実験と経頭蓋操作だけを組み合わせただけの研究は慎むべきと注意を促している。

まさにこの論文はこの悪い例に当てはまることになり、面白いとはいえ、そのまま鵜呑みにするのは少し待った方が良さそうだ。
カテゴリ:論文ウォッチ

1月26日:超高度に保存されたエンハンサーは機能している(1月25日号Cell掲載論文)

2018年1月27日
論文の中には、著者だけが盛り上がっていても、読んでいる方がなんとなく拍子抜けする研究がある。例えば、これまでの研究結果は、自然の摂理から考えてもおかしいと疑問を投げかけ、もう一度検討し直すと自然の摂理に合致していたという内容がそうだ。確かに自然の摂理に反している現象があれば、その原因を知りたくなる。しかし、この原因がこれまでの実験が不十分だったからと言われてしまうと、結局残るのは当たり前の結論になる。

今日紹介するローレンス・バークレイ研究所からの論文はこの典型的な例で、読者は盛り上がれない典型に思えたが、1月25日号のCellに掲載された。タイトルは「Ultraconserved enhancers are required for normal development(超高度に保存されたエンハンサーは正常発生に必要)」だ。

実際重要な遺伝子調節領域は進化で保存されていることが普通で、このタイトルを見たとき、何をいまさらと思ってしまう。事実、ゲノムプロジェクトの結果、マウスとヒトでDNA配列がほぼ完全に一致している調節領域が数多く発見された。私自身はこれらの進化で保存された領域は重要なのは当たり前だと思っていた。ところが著者らは、これまでの研究でノックアウトしても、マウスに異常が認められない超保存領域が結構あると問題を持ち出す。

確かに200bpもイントロンが完全に一致しているのに、ノックアウトして何も起こらないのは自然の摂理に反する。ぜひ原因を知りたい。そこで著者らは、Arx遺伝子の前後に存在している4つの超高度に保存された領域をモデルとして取り上げ、これらが遺伝子発現に関わるかどうかを、Arxを発現している終脳の細胞での発現、トランスジェニック作成を用いたプロモーターアッセイ、そしてそれぞれの領域のノックアウトの解析などの手法を用いて詳しく解析している。

あらゆる詳細を省いて結論に行くと、4つの領域は、腹側での発現に関わる2領域と、背側の発現に関わる2領域からなっており、それぞれの領域のノックアウトを組み合わせると、マウスは生まれてくるものの、Arxの発現は強く抑制される。さらにノックアウトマウスも、詳しく見ると例えばコリンアセチルとランスフェラーゼ陽性細胞の消失や、介在神経の減少、さらに体全体の成長の遅れなど、異常が認められる。

結果はこれだけで、だとすると保存程度が高い遺伝子発現調節領域は、脳の発生に機能しているという話になり、全く当たり前の結論で終わる。すなわち、これまでの研究が十分でなかったので、進化のルールに反するように思えるが、よく調べると進化のルールは揺るがないという話で終わる。

正直なところ、なぜこの論文がCellに掲載されたのかよくわからない。実際、なぜこれほど完全な一致がなぜ必要なのかについては何も答えていない。転写研究に用いた手法も超古典的で、3次元の染色体構造を含む、重要な可能性についても全く触れられていない。久しぶりに発生学の論文を読もうかと思って手にしたが、フラストレーションだけが残った。
カテゴリ:論文ウォッチ

1月26日:膵臓癌の発生・進化過程を再構成する(Natureオンライン版掲載論文)

2018年1月26日
最近膵臓癌で亡くなった星野監督の例を出すまでもなく、この病気はあらゆる医学界の努力を今もあざ笑うかのように多くの人を絶望に落とし続けている。しかし、無力感がどんなに支配しようとも、医学は挑戦をあきらめない。常に新しい切り口を求め、膵臓癌に関する多くの論文が発表され続けている。この結果、間違いなく相手についての知識は増え続けている。

今日紹介するミュンヘン工科大学を中心に集まった多施設からの論文もそんな一つで、ヒトの膵臓癌とマウスの実験膵臓癌を比べながら、ヒトに近いモデルをマウスで再構成することを試みた研究でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「Evolutionary routes and KRAS dosage define pancreastic cancer phenotype(進化経路とKRASの量が膵臓癌の性質を決める)」だ。

タイトルを見た時は、膵臓癌の発展過程などはとっくにわかっているのにと思った。実際、他の癌と比べても、KRASやp53を筆頭に膵臓癌で変化する遺伝子は共通のことが多い。しかし、論文を読むと、それでもこれまで気づかなかったことが多くあることがよくわかった。

この研究では、まずマウス膵臓にKRAS変異を導入して200日ぐらいから発生してくる膵臓癌と人間の膵臓癌を比べ、突然変異の数などでは人間の癌の方がはるかに多いものの、人間と同じような変異のパターンがマウスでも自然に見られることを明らかにしている。すなわち、マウスでも人の癌を再構成する可能性を確認している。

マウスとの共通性を確認した上で、次にマウスモデルを用いてKRASの状態をゲノムレベル、発現レベルなどを総合して検討すると、導入した変異KRASと正常KRASが1:1で発現しているタイプは30%だけで、、KRASの局所増幅が起こっているもの、変異染色体が増幅しているものなど、ほとんどの例でKRASの量が上昇していることを認めている。

同じことは人間の膵臓癌でも認められ、しかも早期の癌から同じような増幅が見られる。そして予想通り、増幅により転移を含むガンの悪性度も上昇する。すなわち、膵臓癌はKRASの増幅とともに悪性化していくことがわかる。

次に、他の遺伝子との組み合わせをマウスで調べ、膵臓癌で見られるMycやYapなどの増幅は、KRASの増幅前から見られることから、変異KRASの下流で活性化される一方、CDKN2aの欠損はKRAS増幅型のみで見られることを発見する。そして、CDKN2a欠損とKRAS増幅の組み合わせが人間のガンでも一致することを確認する。

これ以上詳細は省くが、このようにマウス実験モデルを用いて膵臓癌の進展過程を特定した上で、同じことが人間でも起こっているかを確認する作業を繰り返して、1)KRAS変異、2)CDKN2a欠損、3)KRAS増幅、4)悪性化と他の遺伝子変異蓄積という順番で進むのが、人でもマウスでも最も頻度の高い経路であることを示している。

重要なことは、マウスに様々な変異を加えることで、人間の癌と同じような性質を持った膵臓癌を再構成できることで、実際これまで行われた人の膵臓癌の遺伝子発現や組織像の分類をほぼ再現できる。

話はここまでで、この結果新しい治療戦略が生まれるのかと聞かれると、残念ながらNoだろう。しかし、RAS変異から、CDKN2a欠損と続いて初めて、RASの毒性への抵抗性が生まれ、KRASの増幅が始まるという経路は、今後ヒントになるように思える。というのも、この研究では触れていないが、先日紹介したようにKRASが働くとき2両帯を形成する必要があり、正常KRASがそれを抑制するという新しい研究結果(http://aasj.jp/news/watch/7935)は、KRAS増幅がないと悪性化が始まらないというこの論文の結果と一致する。その意味で、増幅タイプが何種類か存在し、それをマウスで比較的正確に再現できるという今回の論文は、RAS二量体を標的にする治療開発にとって重要な結果だと思う。
カテゴリ:論文ウォッチ
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