ノーベル賞に輝いたエドワード博士が最初に生殖補助医療による出産、すなわちいわゆる試験管ベイビーに成功したのは、今から４０年前だが、その数は増え続け、わが国では全出生数の５％を超えているのではないだろうか。 ５％というと、もはや当たり前の治療になったということだが、それでも周産期にさまざまな障害が起こる統計が多く、お母さんにもこのリスクは告げた上での治療だと思う。実際、卵を凍結したり、受精時期が遅れたり、あるいはホルモン療法が行われたりと、生殖補助医療には様々な余分な介入が必要で、これらの操作自体に、ある程度のリスクがあるのは当然だと思ってしまう。

今日紹介するロンドン政治経済科学大学からの論文は、フィンランドの出生記録と様々な投薬記録から、生殖補助医療による出産を特定し、特にその中で自然妊娠と生殖補助による妊娠の両方を経験した家族について調査して、生殖補助医療自体のリスクを調べようとした研究で１月１４日The Lancetにオンライン出版された。タイトルは「Medically assisted reproduction and birth outcomes: a within-family analysis using Finnish population registers （生殖補助医療と出産：フィンランドの人口登録を用いた家族内での分析）」だ。

これまでの研究と同じで、生殖補助医療を受けた胎児の出産と、正常胎児の出産を単純に比べると、年齢などを補正しても、確かに出生児体重は60.5g程度低く、さらに早産の危険性が2.15%上昇する。

しかし自然妊娠による出産と生殖補助医療による出産の両方を経験した家族で、出産時の体重を比べてみると、自然妊娠による子供より前に生殖補助医療による子供を出産した場合は、出生児体重が１６３g低下し、早産率が上がるが、自然妊娠で生まれた子供の後に、もう一人生殖補助医療で出産した場合は、生殖補助医療による妊娠で生まれた子供の体重が５０g多い事がわかった。

すなわち、同じ母親から生まれた子供で比較した場合、早く生まれた方が出生時体重が低いということは、胚の操作自体は、少なくとも出生時の体重や早産には影響がないことを強く示唆している。

５％が生殖補助医療という状況では、もややリスクを云々しても仕方がないが、今回の結果は、少なくとも周産期の問題については、ほぼ安心できることを強く示唆している。単純な統計だけで満足せず、大規模データから同じ母親からの子供を比較しようと考えた著者らに脱帽だ。

このコラムで何度も紹介してきたが、組織に存在する細胞を取り出して、それぞれの細胞について遺伝子発現を網羅的に調べるsingle cell transcriptomeは、様々な領域でこれまで不明だった問題を快刀乱麻解決し続けている。ガン領域では、がんの多様性のみならず、癌組織に浸潤するリンパ球について、どの細胞が多いのか、ガン抗原特異性はあるのか、幾つのクローンからできているのか、などなど多くのことがこの解析から明らかになり、オプジーボも含めガンの免疫療法を解析する最も重要な手段になっている。ただ、急速に多くの論文が発表されていることから、やれることはほとんどやり尽くされているのではと思っていた。

今日紹介するイスラエル・ワイズマン研究所からの論文は、がんに浸潤するリンパ球のsingle cell transcriptomeと全く同じ研究を行なっても、ちょっと見方を変えればまだまだ新しい発見があることを教えてくれた研究で２月６日号のCellに掲載予定だ。タイトルは「Dysfunctional CD8 T Cells Form a Proliferative, Dynamically Regulated Compartment within Human Melanoma (機能不全のCD8T細胞が人間のメラノーマ組織で動的に調節を受けているし増殖性の集団を形作っている)」。

この研究も、single cell transcriptomeを用いた他の癌組織のリンパ球研究と同じことをしているだけで、メラノーマ患者さん２５人の腫瘍組織からsingle cellを調整し、そのなかのT細胞に焦点を当てて解析している。結果はもちろんこれまでの研究と同じで、キラーT細胞から免疫チェックポイント分子を発現する機能不全におちいったCD8陽性細胞、未刺激細胞、メモリー細胞、そしてNK細胞までほぼ全てのサブセットが存在する。ただ、この研究はどのタイプの細胞が存在するかだけではなく、キラー細胞を含むCD8T細胞が極めて多様な集団からできている点を重視して研究している。

そこで、この多様性を特徴付ける遺伝子について調べ、CD8陽性細胞が、１）キラー細胞、２）PD-1やLAG３といったチェックポイント分子を全て発現している機能不全細胞、そして３）両者の中間細胞に分けられ、それぞれの集団は決して分離できるのではなく、連続的に分布していること、そして、このチェックポイント分子を発現した機能不全型CD8細胞の割合は、患者ごとに大きく異なることを明らかにしている。すなわち、免疫治療の標的であるチェックポイント分子を発現しているこの論文でいう機能不全型のCD8(CD4も同じ)細胞自体が、多様な集団であることを示せたのが、この研究の第一のハイライトになる。

これまで、PD1やLAG３のようなチェックポイント分子は、T細胞の免疫を落とす役割を持つことから、細胞の増殖を抑制すると考えられていたが、細胞周期分子や、T細胞受容体の発現からわかるクローン性を調べることで、ガン組織内では、この機能不全T細胞が最もクローン性の増殖を行なっている集団で、ガン抗原に対して反応していることを証明している。また、同じタイプの機能不全型CD8細胞は末梢血に見られないため、おそらくガン組織で分化し、一生を終える集団だと結論している。

そして第二のハイライトだが、T細胞受容体を指標にクローン性を調べると、驚くことに、中間段階と考えていたCD8細胞と機能不全細胞には同じクローンが多く存在し同じ細胞から分化してきた集団と考えられるが、明確なキラー活性を持っていると思われる集団は、これらとは全く無関係の存在で、同じT細胞受容体を全く共有していないことがわかった。すなわち、キラー活性を持つ細胞が誘導された後、PD1を発現して機能不全型へと分化するのではなく、両者は全く別々に未熟細胞から誘導されて来ることが示された。そして、腫瘍に対する反応性を見ると、これも驚くことに機能不全型の細胞のみがHLA＋ガンペプチドに反応していることを示している。

話は以上だが、この論文を読むと、これまでのsingle cell profilingの研究とは全く違った景色が示され、これまでの研究はなんだったのかと思ってしまう。もしこの論文が正しいとすると、ガンに浸潤し組織で増殖する機能不全型CD8T細胞のコントロールが、ガンの免疫治療のポイントで、チェックポイント分子を抗体でブロックしつつ、増殖を維持させるようなテクノロジーの開発が必要になるという結論になる。もちろん、機能不全型T細胞はガン抗原刺激で炎症サイトカインを分泌するが、キラー活性があるのかどうかはわからないので、今後、この細胞がガンを殺せるか、あるいはどの細胞が顔を殺しているのか確かめることがまず必要だろう。もしガン免疫が組織で作られる機能不全型により担われていることが確認されれば、治療法は大きく変わる予感がする。

毎日毎日、新しい話が生まれる。これがガンの免疫療法分野の今だ。

昨年５月から施行された次世代医療基盤法は、デジタル化された膨大なレセプトデータを実際に行われた検査や治療と匿名化して連結させたビッグデータを、様々な研究に使えるようにしようとする法律で、我が国の医学医療にとって重要な一歩になると個人的には思っている。この作業は、最も重要な個人情報を含むため、この法律では国が認めた認定業者が行うが、認定のハードルは高く、日本医師会以外は現在のところ手を挙げている団体はないように思う（正確には把握していない）。

ただ、膨大な数のレセプトがあれば何が可能かを示す論文がハーバード大学からNature Geneticsオンライン版に掲載された。タイトルは「Repurposing large health insurance claims data to estimate genetic and environmental contributions in 560 phenotypes （膨大な健康保険の請求書データを５６０種類の形質について遺伝と環境要因を推定する目的に変換する）」だ。

米国の医療保険は最低限の公的保険もあるが、オバマケアでも民間保険会社と契約するのが基本で、契約者が医療を受けると、かかった費用を保険会社に請求し費用が還付される仕組みになっている。このクレームが日本でいうレセプトの役割を果たしているが、これにはコード化された病名とかかった費用の明細、および一部は検査データも添付されている。もちろん病気の詳しい解析はできないが、厳しいガイドラインで保険が運用されているため、病名や患者さんの状態についてはかなり正確にわかる。

ただ、いくらビッグでもクレームデータだけから病気の遺伝的あるいは環境的要因が本当に推定できるのか不思議に思うが、読んでみると素晴らしいアイデアだと納得する。すなわち、クレームの中から同じ日に生まれた同じ家族のメンバーで遺伝的に近い双生児を抽出し、双生児の間で有意に相関性が高い病気や状態を遺伝的要因が関与すると判断する。一方環境要因の推定は、クレームに記載されたZIPコードから同じ地域に住んでいるかどうかを判断し、同じZIPコードの人の間で高い相関を示すものを環境要因に作用されていると判断している。これ以外のことは全く調べておらず、遺伝子も調べていない。要するに、アイデアさえあれば、レセプトからも遺伝と環境という医学で最も重要な問題を研究できるわけだ。

研究では4500万のクレームデータを分析し、なんと72413人の兄弟姉妹、そして56396人の双生児（一卵生、２卵生を含む）を抜き出すことに成功している。そして、560種類の病気や状態の中から双生児の間で一致率が高い状態を遺伝性があると判断し、またZIPコードが一致した同じ地域に住む人の方が一致率の高い状態を環境要因が高いと判断している。

この結果、560のうち225種類の病気や状態は何らかの遺伝性があると判断され、最も一致率の高いのが定量的検査データの数値や認知機能に関わる形質だった。一方、ZIPコードとの相関から判断する環境要因が関わる形質は138種類存在し、その中で最も高い一致率があったのが眼科疾患と呼吸疾患だった。面白いことに、医療費も遺伝的要因が大きい。これは病気の頻度、深刻さが遺伝的に影響されることを示しているのだろう。環境要因では、ZIPコードから、平均気温、大気汚染なども調べることができるため、様々な汚染物質の疫学も将来可能になると思う。

最後に、他の双生児研究の結果と比較が行われ、クレームから判定する今回の方法も、これまでの双生児研究と同じ結果が得られることを示している。

結果は以上だが、レセプトの病名が完全なら、わが国でも新しい法律がなくとも十分今回のような研究は可能だろう。もちろん、これに様々なデータがリンクされることで、さらに詳しい状態解析が可能になると期待できる。ただ、今日紹介した論文を読んで、この匿名化してデータを加工する作業が一体どのぐらいかかるのかという点と、この研究のように公開されたデータを使って創意溢れるアイデアで、ビッグデータを解析できる研究者がどれほど我が国にいるのかも少し心配になった。

私たちの体にはウイルスに対する様々な抵抗手段が備わっているが、全てウイルスを感知するところから始まる。抗体やT細胞による免疫反応は、ウイルス抗原を処理し、ペプチド抗原としてT細胞に提示するところから始まるが、これ以外にも自然免疫システムがあり、多くの場合侵入してきたウイルスの核酸を認識して、インターフェロンなど自然免疫反応が誘導される。逆に、人工的に合成した核酸でこの感知システムを刺激するのが、拡散アジュバントだ。

エイズウイルスなどRNAウイルスの場合、侵入したRNAが宿主のRNAと区別して感知されるのだが、これはホストRNAのリボースの一つの水酸基を２’O―MTaseでメチル化することでウイルスから区別されている。すなわち、このマークがないとウイルスのセンサーに引っかかる。もちろんウイルスの方もさるもので、ホストと同じ２’O―MTaseを使って自分のRNAを２’Oメチル化してセンサーを逃れる種類がある。しかし、自分で２’O―MTaseを持っていなくとも、自然免疫を刺激しないウイルスもあり、その一つがエイズウイルス(HIV)だ。このため、HIVも何らかの方法で自らのRNAを２’Oメチル化していると考えられる。

今日紹介するフランスモンペリエ大学からの論文はHIVが自然免疫を逃れるメカニズムを明らかにした、結構オーソドックスな研究でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「FTSJ3 is an RNA 2′-O-methyltransferase recruited by HIV to avoid innate immune sensing （FTSJ3はRNA2’-O-メチル基添加酵素をリクルートして自然免疫の感知を逃れる）」だ。

あとでデータが示されるが、著者らはHIVも２’Oメチル化されることで自然免疫に感知されないことを知っていたと思う。もしウイルスゲノムに２’Oメチル化酵素が存在しないなら、ホスト細胞の２’Oメチル化酵素をウイルスも使うシステムがあるはずだと考えた。そこでHIV のLTRを活性化するRNA-結合タンパク（TRBP)に注目し、これが２’Oメチル化酵素をHIV RNAに連れてくると考え、TRBPに結合するタンパク質を探索したところ、２’Oメチル化酵素活性を持つFTSJ3を特定することに成功した。

実際HIVを感染させた細胞でもFTSJ3とTRBPが結合しており、またTRBP結合サイト（TAR)を持つHIV-TAR-RNAにリクルートされることも明らかにしている。そして、HIVウイルス粒子内のRNAが２’Oメチル化されており、感染細胞からFTSJ3をノックアウトすると、ウイルスRNAのメチル化が抑制されることを明らかにしている。すなわち、最初考えられた様にウイルスはTRBP と結合する能力を身につけることで、TRBPが２’Oメチル化酵素FTSJ3を利用して２’Oメチル化し、自然免疫から逃れられる様になる。

最後にこのシナリオを確認するため、FTSJ3欠損した細胞で合成させたHIVを単球細胞株に感染させると、インターフェロンが合成されることを確認している。すなわち、FTSJ3がウイルスを２’Oメチル化し、自然免疫から守っていることを証明した。

またHIVの一つの弱点が見つかり、今後ひょっとしたら治療につながるかもしれない。とはいえこんな論文を見ていると、動物と病原体の間で続いている永遠の競合をひしひしと感じることができる。

体内のアンモニアのほとんどはは腸と腎臓で合成されるが、肝臓内で尿素に変換され無毒化されるが、肝硬変や解毒システムの突然変異により、血中のアンモニア濃度が上がると、脳に侵入して神経細胞が消失し、様々な脳症状が発生する。アンモニアの多くが腸内細菌により合成されることから、抗菌剤を投与することでアンモニア濃度を下げることも治療の一つとなっている。

今日紹介する米国のベンチャー企業Synlogicからの論文は、腸内細菌を殺菌する代わりに、腸内に存在するアンモニアをバクテリアの合成サイクルを用いてアミノ酸に変えてしまおうという研究で、１月１６日号のScience Translational Medicineに掲載された。タイトルは「An engineered E. coli Nissle improves hyperammonemia and survival in mice and shows dose-dependent exposure in healthy humans（操作したNissle大腸菌は高アンモニア血症を軽減し、マウスの生存を伸ばし、容量依存的効果を示す）」だ。

確かに言われてみるとなるほどと納得するが、アンモニアをバクテリアに処理させるなど凡人にはなかなか思いつかない。この会社では、これまでもプロバイオに用いられ安全性が確認されている大腸菌の系統のアルギニン合成経路に関わる様々な遺伝子を系統的に変換し、Synb1020と呼んでいるアンモニアを消費してアルギニンを合成する大腸菌を作り上げる。この研究は、Synb1020の前臨床研究と第1相試験になる。

まずマウスを用いた実験で、Synb1020が腸に定着し、アンモニアからアルギニンを合成できること、またアンモニアを解毒できないマウスや、チオアセトアミド投与による急性冠不全モデルを用いて、Synb1020投与が血中アンモニアの濃度を低下させ、マウスの生存を伸ばすことを示している。また、マウスや猿のモデルで、このバクテリアが腸以外の場所に移動しないこと、それ自身の毒性は強くないことを確認している。

最後に、健常人に量をエスカレートしながら投与する安全性試験を行い、5 × 10 ¹¹以下では副作用はないが、それ以上だと吐き気など軽い症状を示す人が出てくること、またアイソトープを用いた実験で、ヒトの腸内でもアンモニアを処理していることを示している。

結果は以上で、あとは肝不全で高アンモニア血症の患者さんに使うだけだ。アイデアは面白いので、ぜひ進めてほしい。もしうまくいけば、酵素欠損で肉親からの肝移植を待つ子供達にも朗報になるのではと期待する。

妊娠後期に妊婦さんが発作的に痙攣や失神を起こす恐ろしい病気があり子癇という難しい病名が付いているが、この発作の背景にある状態が子癇前症、現在では妊娠高血圧腎症と呼ばれている、妊娠時に起こる高血圧、末梢循環障害に伴う、腎臓病で、私が習った時はもちろん、現在までメカニズムが不明で、従って対症療法に頼り、出産してしまう以外の根治方法はなかった。

今日紹介するスイスチューリッヒ大学からの論文は子癇前症の分子メカニズムを明らかにし、治療可能性を示した画期的な研究成果で、１月１０日号のCellに掲載された。タイトルは「Beta-Arrestin1 Prevents Preeclampsia by Downregulation of Mechanosensitive AT1-B2 Receptor Heteromers （Beta-arrestin 1 preeclampsia by downregulation of mechanosensitive AT1-B2 receptor heteromers （AT1-B2ヘテロ受容体の機械刺激感受性をベータアレスティンが低下させ子癇前症を防ぐだ）。

これまでも子癇前症では血管平滑筋のアンギオテンシンII(AT2)感受性が、その受容体の発現が上昇することで高まって起こると考えられていた。この時AT2のシグナルを伝えるAT1にもブラディキニン受容体B2が合わさると、AT2に対する感受性が高まり、血管が強く収縮するのでこれが子癇前症の背景になっているとされていた。

この研究ではこの可能性を調べるため、AT1とB２の平滑筋での発現が２倍程度に上昇し、AT2に対する感受性が上昇しているトランスジェニックマウスを作り実験に用いている。まず、妊娠後期で子癇が現れるということは、胎児が成長して血管が機械的刺激にさらされると、収縮が起こると考えられるが、このトランスジェニックマウスでも機械的刺激が血管収縮を誘導し、妊娠すると子癇前症を発症すること、この反応がAT1とB２のヘテロ２量体形成により起こることが明らかになった。

以上の結果は、AT1/B2ヘテロ２量体形成を抑えることで、子癇前症での血管収縮を抑制できる可能性がある。これを確かめるべく、ヘテロ２量体を分離させる働きがあるβアレスチンと呼ばれる分子をレンチウイルスベクターに運ばせてマウスに導入すると、平滑筋症状が低減されることが明らかになった。以上の結果から、子癇前症では、様々な原因でAT1/B2の発現が上昇するとともに、両者の２量体形成を分解させるβアレスチンの活性化がうまく働かないと、受容体の感受性が高まり、妊娠により機械的な刺激を受けることで、血管が収縮し、子癇前症が起こると考えられる。

したがって、AT1/B2の発現を下げ、アレスティンの活性を高めて、2量体を分離させることが有効な治療になると考えられる。この研究では最後に,このアレスチンによる２量体の分解活性をTRV027と呼ばれる薬剤が促進すること、また高血圧によく使われるカルシウム拮抗剤のうちのアムロジピンがアレスチンの発現を高め、AT1/B2２量体形成を阻害することを発見する。

TVR027はまだ認可された薬では無いので、この研究では最後に子癇前症の患者さんにアムロジピン、ニフェジピン（異なるタイプのカルシウム拮抗剤）、平滑筋弛緩剤ヒドララジンを別々に投与して、その効果を比べると、全て血圧降下という点では同じだが、子癇前症のマーカーとなる血中FLT1の上昇はアムロジピンのみで抑制された。また、マウスの子癇前症モデルでも効果が見られるので、今後、子癇前症の場合血圧を下げる薬剤としてはアムロジピンを第一選択にするのがいいことがわかる。また、TVR027あるいは同じメカニズムを持つ薬剤の開発も完成されれば、子癇前症にも対応できる可能性が高い。臨床に即繋がる基礎研究のお手本のような論文だった。

今年ももちろんアルツハイマー病や、パーキンソン病など、多くの神経変性疾患の論文を紹介したいと思っている。個人的印象だが、パーキンソン病は様々な治療方法が臨床試験として行われるようになっている。遺伝子治療については、第３相が進んでいると思うし、わが国では高橋さんが細胞治療の治験を始めている。しかし、アルツハイマー病については、多くの治験が失敗に終わり、なんとなく悪いムードが漂っているような印象だ。このような時は、基礎から考え直す時期なのかもしれない。

実際、アルツハイマー病の原因かもしれないと最も疑われているアミロイドβ（Aβ）はもともと生理的な機能が存在することなど、あまり気にしたことがなかった。今日紹介するベルギー・ルーヴァンカトリック大学からの論文はAβが持つ本来の神経機能を調べた論文で１月１１日号のScienceに掲載されている。タイトルは「Secreted amyloid-β precursor protein functions as a GABA B R1a ligand to modulate synaptic transmission（分泌されるアミロイドβタンパク質はGABAbR1aのリガンドとして作用してシナプスを調節する）」だ。

正直私自身Aβの本来の機能についてあまり考えたことはなかった。しかし、Aβの前駆体遺伝子をノックアウトすると、様々な神経症状が出ることがわかっており、シナプスの機能に何らかの役割があると考えられるようになっていた。

この研究では分泌型に切断したAβ前駆体（sAPP）と結合するタンパク質をいくつかの方法でスクリーニングし、GABAbR１aと結合すること、そしてGABAbR1a受容体を導入した細胞との結合アッセイでsAPPのExD部位がGABAbRのsushi1部位に結合することを明らかにしている。

次にsAPPの生理活性を、海馬の培養神経細胞のシナプス伝達活動を用いて調べ、GABAbR刺激剤と同じように、前シナプスを刺激してシナプスでの神経伝達分子の分泌を抑制する方向に働いていること、この効果がグルタミン酸作動性シナプス、GABA作動性シナプスの両方で見られることを確認している。

次は脳レベルでのsAPPの機能を調べるため、海馬を切り出して培養するスライス培養で、GAGAbRを発言する海馬神経回路にsAPPを加え、シナプス伝達後の神経の興奮を調べると、期待通りこの回路でのシナプス伝達因子の分泌を抑制し、興奮を抑制する働きがあることを確認できる。また、同じ効果がExD部分の短いペプチドだけでも見られることも明らかにしている。

最後にAPPの海馬神経活動への作用を、カルシウムに反応して誘導される蛍光反応で調べるアッセイを用いて調べている。マウス海馬にこのペプチドを注射すると、試験管内での実験と同じで、神経興奮を抑制する作用があることを確認している。

話はこれだけで、APPノックアウトマウスで異常が起こるのがわかっているのに、どうして今までこのような研究ができていなかったのか、逆に不思議に感じる論文だった。もちろんこの結果は、アルツハイマー病の一部の症状を説明することができる。抑制性の因子として働いていることから、アルツハイマー病でsAPPの分泌がおかしくなると、神経興奮が高まると予想できるが、実際病気の初期に神経興奮が高まるという報告はある。また、初期のアルツハイマー病患者さんでGABAbRを刺激すると、記憶力がある程度回復できるという報告もあるようで、この結果を踏まえた治療法の開発も進むかも知れない。何れにしても、Aβに生理機能があって当たり前なのに、考えもしなかったとは恥ずかしい話だ。

２日間、専門的な論文の紹介が続いたので、今日は息抜きの意味で、一般の方でも関心のある遺伝子組み換え食物についての論文を紹介する。遺伝子組み換え技術なしに、今や生命科学はあり得ないし、これについて何も知らずに生物学者を名乗ることはほぼない。従って、よほど人体に危害を加えようとする意図を持って植物や動物の遺伝子を変えない限り、遺伝子組み換え食物（GMO）を食べたところで、何も起こらないことを生物学者はよく理解している。もともと、遺伝子を他の個体に導入することは簡単ではなく、食べたぐらいで簡単に移るなら遺伝子治療はずっと簡単になる。実際、食べた食物のに含まれる核酸は膵臓から出る核酸分解酵素でヌクレオチドに分解されてしまう。

　　もちろんGMOに全く問題がないわけではない。例えば、殺虫剤に耐性の遺伝子を植物に導入することで、野生の植物を殺す目的で殺虫剤をより多く使うようになり、残留薬品の濃度が上がることは今問題になっている。しかも、組み替え自体は、自然の生態系を破壊する可能性があり、自然界に組み換え植物が広がるのが危険なことは明白だ。その意味で、私もできるだけGMOに頼る農業や漁業は避けたほうがいいと思う。とはいえ、組換えた遺伝子そのものは無害だと思っている。ところがこの話になると、強硬にGMOは組みかえられた遺伝子自体も有害であると主張される方がいる。理由として、会社のデータが信用できないとか、慢性疾患が増えてきたなど、因果性とは言えない根拠が挙げられ、生物学的知識については首を傾げたくなる。

この問題に真っ向から取り組んだのが今日紹介するコロラド大学、ワシントン大学、トロント大学、ペンシルバニア大学が共同でNature Human Behaviourに発表した論文だ。タイトルは「Extreme opponents of genetically modified foods know the least but think they know the most （遺伝子組み換え食品に強硬に反対する人ほど科学のことはよく理解しているというが、実際は科学的知識に欠けている）」だ。

この研究の目的は、遺伝子組み換え食物と地球温暖化の２つの問題について、科学者の一般的意見に対して反対する人の科学知識について、主観的評価と客観的評価を比べることだ。そのため、１０００人の米国に住む成人について、１）GMOを受け入れるという１段階から絶対反対の７段階まで、GMOに対する反対度についての自己評価、２）自組み換え食物についての知識レベルについての自己評価、そして最後に、３）テストによる客観評価（テストは簡単なもので、例えば「全ての植物はDNAを持っていますか？」といった程度）を行なっている。そして、それぞれの項目でのスコアを元に、GMOへの反対の強さと科学知識の評価との相関を計算している。また同じようなテストを科学者内でも意見が分かれる地球温暖化についても行なっている。

GMOについてみると、結果は極めて明瞭で、強硬に反対する人ほど自分では知識を持っていると自信を持っているにも関わらず、客観テストでは点数が低い。一方、GMO自体には問題はないと考えている人は、自分の科学知識は足りないと謙虚に評価するが、実は反対派の人より生物学的知識を持っているという結果になる。

これが米国だけの特殊な結果でないことを確認するため、同じ調査をドイツやフランスでも行っている。面白いことに、強硬に反対する人ほど自分の科学知識に自信を持っているという傾向は同じだが、客観的知識に関しては少し低下している程度で、米国ほど有意な差が認められないという結果だ。すなわちドイツ、フランスは一般的科学リテラシーが高い。そこで、ヨーロッパで独自に行われていたGMOへの反対の程度と遺伝子組み換えに関する客観的知識の相関を見た調査を調べ直し、２５カ国中２０カ国で米国と同じように、反対派ほど知識がないことを確認している。

並行して行われた地球温暖化については、同じような明確な傾向は認められず、この結果が科学全般に適用できるかどうかはわからないという結果になっている。

結果は以上だが、科学者にとって反対派をバカにして喜べるという話ではない。すなわち、いくら科学のリテラシーを上げる努力をしても、結局強硬に反対する人は自分は知識を十分持っていると思っており、リテラシーを高める教育には見向きもしないという結果で、今まで通りの方法ではすれ違いを解消することは出来ないことを意味している。さてどうするのか科学者自身が真剣に議論しなければならない。

ニオイ、すなわち空気中の化学物質と結合して嗅覚細胞を興奮させる嗅覚受容体の研究には、免疫学者も多く参加しているように思う。これは、抗原と結合する抗原受容体の遺伝子と同じで、一つの細胞がマウスで言えば１０００種類以上ある遺伝子の中から、一つだけの受容体を発現しているからだ。最初、抗原受容体と同じで、遺伝子の組み換えによる再構成が関わるのではと考えられた時期があり、それで免疫学者も参入したが、結局まるで違うメカニズムが用いられていることが明らかになった。すなわち一つの受容体遺伝子を除いて、他の遺伝子をエピジェネティックにサイレンシングすることで、１細胞１受容体が実現されている。ただ、この過程を調節するメカニズムについては、私自身は最近ほとんどフォローできていなかった。

今日紹介するコロンビア大学からの論文はこの機構に関する最近の研究の集大成のような研究で嗅覚受容体遺伝子の一つが最終的に選ばれる過程をよく理解させてくれた。タイトルは「LHX2- and LDB1-mediated trans interactions regulate olfactory receptor choice （LHX2とLDB１が媒介する離れた領域の相互作用が嗅覚受容体の選択を調節している）」だ。

さて、この論文を理解するには、Greek island(ギリシャの島)と呼ばれている嗅覚受容体のクラスターに隣接する領域のことを知っておく必要がある。嗅覚受容体は複数の遺伝子が集まったクラスターを形成しており、このクラスター（OFCと呼ぶ）には必ずLHX2とEBFが結合できる領域を持ち、OFC同士の核内での相互作用に関わる領域がある。ギリシャの島々のように核内に散在しているのでGreek Island(GI)と呼ばれるようになったのだろう。そして、発現している受容体は、必ずこのGIを介して多くのクラスターと隣接していることがわかっている。

この研究では、FACSを用いて、未熟な幹細胞(HBC)、少し分化した中間段階（INP）、そして完全に分化した嗅覚細胞（OSN）を取り出し、それぞれの細胞でHi-Cを用いて、どのゲノム部分が核内で隣接しているのかを調べている。普通このアッセイでは、TADと呼ばれるユニット内で遺伝子が隣接しているのがわかり、他の特定の染色体部分と隣接することが検出されることはほとんどないが、分化したOSNでは離れた染色体の特定の領域にある嗅覚受容体遺伝子クラスター（OFC)同士が隣接して存在することがわかっている。ところが、未分化なHBCではOFC同士の領域は隣接が認められず、分化が進むに従って徐々に現れてくる。すなわち、嗅覚細胞分化と共に、OFC同士が集合することがわかった。

それぞれのOFCにはGIが隣接しているので、GIがこのOFCの集合に関わるのではないかと、63個存在するGIの中の3つをゲノムから除去すると、それに隣接するOFCは他のOFCと集合を形成しなくなり、そこに存在する嗅覚受容体の発現も強く抑制される。すなわち、GIがこの集合を調節している。

次にGIに結合しているLHX2遺伝子をHBCから除去した後、分化を誘導すると、OFC同士の集合が見られなくなり、嗅覚受容体の発現も抑制される。そして、LHX２がLDB１と呼ばれる共にGIに結合し、OFCの集合形成に関わっていることを明らかにしている。

最後に、異なる嗅覚受容体を発現している細胞で、発現している受容体と、それ以外の受容体遺伝子の集合形成を比べると、発現しているOFCの周りだけでGIの集合が起こることを明らかにしている。GIはEBに結合する一種のエンハンサーで、発現嗅覚受容体の周りに、GIが集まることは、すなわち多くのエンハンサーが集まることで、その結果最も効率的にGIを集めるのに成功した受容体が発現する事になる。

以上、嗅覚細胞の分化に伴って、まずゲノム中に散らばったOFC領域が同じ場所に集まり始める。こうして集められた個々のOFCにつながった GIにLHX2とLBD１が結合してGIが集まることで、強いエンハンサー活性を持もつスーパーエンハンサーが形成されるが、これが最終的に、それもおそらくランダムに、集まったクラスターの中の一つの受容体にリクルートされ、強く一つの受容体だけが嗅覚細胞で発現されるというシナリオだ。

もちろん、その上で他の受容体やOFCにはエピジェネティックなサイレンシングがかかるのだろう。この結果、一つの受容体だけが強く発現した嗅覚細胞が出来上がる。

この論文を読むことで、染色体の３次元構造が研究を通して、嗅覚受容体の選択についても、わかりやすいモデルができていることがよくわかった。

自閉症は人間の最も高次な脳の変化により、非典型的な行動が起こるのだが、その背景には必ず多くの分子の非典型的行動があり、それをベースに細胞レベル、発生レベル、脳構造レベル、神経ネットワークレベルと、非典型性はますます複雑に拡大していく。このため、行動を支配する神経ネットワークの非典型性にしても、自閉症との相関性は明らかにできても、明確な因果性を理解できるところまではいっていない。当然、発生や細胞レベル、そして分子レベルとなると、因果性をはっきりさせることなど、夢のまた夢に近い、それでも、各レベルが統合されている限り、なんとか相関性を積み重ねて、因果性にまでつなげたいと、研究者は膨大な努力を払っている。その一つが、iPSを使って、分子レベル、細胞レベル、発生レベルを繋ごうとする研究だ。

自閉症に限らず、高次の精神疾患の細胞レベルの解析にiPSを積極的に使っているのがソーク研究所のFred Gageのグループで、創意に満ちた面白い研究を続けている。今日紹介するのは彼らが患者さんからのiPSを用いて自閉症を解析した研究で、実に様々な問題にチャレンジしており、iPSで何ができるかを考える上で大変参考になる。タイトルは「Pathological priming causes developmental gene network heterochronicity in autistic subject-derived neurons（自閉症では文化のタイミングの異常で発生のネットワークの時間の同期生が失われる）」で、Nature Neuroscience オンライン版に掲載された。

すでにこのコラムでも２回紹介したが（2017,6.11 & 2017,2,18) 一部のASD患者さんはMRIを用いて生後1年までに診断が可能だ。すなわち脳の一部の体積の増大を指標に診断ができる。この研究はこの早期に診断された患者さんのコホートから脳の構造変化が見られる8人のASDからiPSを作成している。すなわち、ASDという症状だけでなく、発生過程での構造変化が確認された症例のiPSを使うことで、発生過程と構造を結びつけようとする計画だ。

まず樹立したiPSを大脳皮質神経細胞へ分化させる過程での遺伝子変化の正常からのずれを調べている。最初神経幹細胞(NSC)を誘導し、それを他の細胞から取り出して、14日間のプロトコルで分化誘導をかける。分化が進む14日間、神経細胞をFACSで純化し、その細胞の遺伝子発現を調べ、正常iPSとASD由来iPSからの分化を調べている。実験自体はあまりに膨大なので全ての詳細を省くが、このiPS、NSC,そして分化細胞へと進む過程で、ASD 由来細胞は通常分化が始まるとすぐに発現が下がり、その後徐々に発現が上昇するパターンを示す一群の分子（TM1遺伝子群と呼んでいる）だけが、正常に比べて全ての期間で発現が高いことを見出している。

このTM1と呼ぶ遺伝子群には、例えば軸索伸長必要な遺伝子など神経の分化にかかわる分子が多く、分化誘導後4日ぐらいで同期して動いてくるので、なにかの刺激に反応して発現が誘導されて分化に働く遺伝子であることがわかる。しかも、この変化に一致して培養中の神経細胞の軸索伸長が高まり、複雑な形態を示すことも分かった。また、同じような異型性を、3次元培養で作った脳組織でも確認している、。

これだけでも面白いのだが、Gage たちは現象論をなんとか因果性へと引き上げるための努力を惜しまない。 彼らが急に発現が変化することを発見したTM1遺伝子群の中からオーガナイザーとしての作用が強いFBX03を中心に、正常NSCに導入し、正常細胞の分化のタイミングが変わり軸索伸長が高いASD型に変化することを明らかにする。

さらに、Gage グループならでの極めつけは、NSCに異常分化誘導がかかることでASD型の細胞変化が出るとすると、NSCをすっ飛ばしてiPSから直接分化神経細胞を誘導すればASD型の異常は起こらないはずだと、iPSからNSCを飛ばして神経を誘導する実験系を構築して調べている。結果は期待通りで、iPSから直接分化したASDの神経細胞は、ASDの異常が正常化していることを明らかにする。

そして最後に、ASDでおこる異常分化誘導の前後で染色体の開き具合を調べ、大きなエピジェネティックな変化がTM1遺伝子で起こっていることを発見する。

以上の結果をもう一度まとめると、一般的なASDでは神経幹細胞から分化が始まる早い段階で、まだ特定できないシグナルが入って、TM1と分類した遺伝子群の染色体が開いて、文化に関わる遺伝子の発現が上昇し、その結果軸索がより強く伸長したりして、解剖学的異常が誘導される。この異常シグナルをスキップできれば、ASD型の細胞変化は起こらない。また、ASD型の誘導にはFXOB3などのマスター遺伝子も関わっているという話になる。

ともかく、シナリオを完成させるために、これでもか、これでもかと実験が行われている研究だが、iPSでこれだけのことが可能であることを示すお手本になっていると思う。