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11月25日  マウス生殖細胞発生過程で起こる変異発生メカニズム (11月24日号 Cell 掲載論文)

2021年11月25日

DNAは、放射線、活性酸素などの物理的要因や、転写時のメカニカルストレスなどで切断されることが知られている(double strand break:DBS)、主にhomology directed repair, nonhomologous endo joiningと呼ばれる2種類の機構に加え、microhomology mediated end joiningと呼ばれる機構も動員して修復が行われる。このとき修復ができないと細胞はアポトーシスで消滅する。また、この修復過程で染色体異常が発生する。これが、例えば被爆者の方たちに、染色体転座が高率に発生する原因になっている。

それぞれの過程には多くの分子が参加しており、ある程度勉強していても、なかなかその詳細が頭の中に浮かんでくることはない。ただ、以前紹介したRepair-seqという技術は、専門外の人間にもこの過程をある程度整理させてくれる美しい実験システムだ。この方法については明日zoomでワイワイ議論し、それをYoutube配信するので是非見てください(https://www.youtube.com/watch?v=Hz9tCq8xWiA)。Zoomに参加したい人もメールを送ってもらえれば、アカウントを送ります。

さて、DBSは外界からのストレス以外でも起こる。例えば抗体やT細胞受容体の遺伝子再構成は、まさにDBSと修復をより調節的に進めることで可能になっている。そして私たち全ての生物に最も重要なのが、生殖細胞の減数分裂時に起こる、組み換え過程で、それぞれ特別のメカニズムを発達させている。

今日紹介するスローンケッタリングがんセンターからの論文は、減数分裂時に起こる組み換えでも、頻度は低いが特殊な変異が発生し、これが親には見られないのに、子供が生まれたときから遺伝子変異を持っているde novo変異の重要な原因になることを示した研究で11月24日号のCellに掲載された。タイトルは「De novo deletions and duplications at recombination hotspots in mouse germlines(マウス生殖細胞系列で組み換えホットスポットに見られるde novo欠失と重複)」だ。

メカニズムについては私もほとんどフォローしていなかったが、減数分裂時の遺伝子組み換えは、染色体上に散らばる3万カ所の組み換えホットスポットにSPO11という酵素にいりDBSが入るところから始まる。このとき、隣接するホットスポットに切断が入ると修復前に様々な変異が入る可能性があるので、一回の減数分裂では近接するホットスポットに同時にDBSが入らないよう、ATMにより使えるホットスポットが調節されていると考えられてきた。

この研究では、相互の距離が近いホットスポット同士に着目し、近接するホットスポット同士でDBSが起こる頻度をATMの有り無しで比べるところから始め、ATMが存在しないとき、近接するホットスポットでDBSが入り、間が欠失する確率が高まることを示している。

減数分裂時の染色体組み換えは正確に行われると考えられているが、この結果は原理的に近接するホットスポットに同時にDBSが入る可能性があること、ATMがこれを抑えるが、低い確率ではあっても(1千万回に1回程度)正常細胞で同じ変異が起こり、これが生殖系列に新しい変異を導入する可能性を示唆している。

このまれな可能性を確実に捉えたことが、この研究のハイライトだが、後はSPO11によるDBSの入り方、またその結果、遺伝子重複、欠失したDNAによる環状DNAの形成、ホットスポット内の複数のDBSによるミクロ欠失、挿入変異の発生などが起こることをメカニズムとともに示しているが、詳細は省く。

いずれにせよ、組み換えのホットスポット、特に近接するホットスポットが生殖細胞発生過程のde novo 変異発生の起点になっているという事実は、現在加速しているde novo変異と病気との関わりに新しい視点を与えてくれることは間違いない。

以上、DBS修復機構の研究は大変だが、ゲノム多様性から病気まで、人間の理解に必須の課程だ。研究を容易にするRepair seq勉強会に是非多くの人が参加して欲しいと思っている。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月24日 驚く対比: sotrovimabと回復者血清の初期covid-19進行抑止効果 (11月18日号 The New England Journal of Medicine 掲載論文)

2021年11月24日

ヨーロッパで再感染の大きな波が来ているようだが、コストを度外視すると、感染初期のロジカルな治療手段がそろってきているので、状況は大きく改善していると言える(もちろん薬剤の供給という面は感染者が多いと問題になるが)。その筆頭が、第五波で我が国もその効果を実感したモノクローナル抗体療法だが、その後メルクが開発した核酸アナログのモルヌピラビル、そしてファイザーからcovid-19のMain Proteaseに対する阻害剤が認可され、おそらく塩野義製薬の同じMain Protease阻害剤も続こうとしている。これらの薬剤は、ワクチンによる免疫にかかわらず、ブレークスルー感染にも使用可能だ。感染者全てに投与というのは非現実的なので、これらをどう標準治療に組み入れるのかが、covid-19を抑制する鍵になるだろう。

今や誰もが知っている抗体療法だが、中でも玄人受けするのが、GSKのsotrovimabだろう。まずspikeとACE2の結合サイトを直接狙うのではなく、その横のSARS型コロナウイルスで保存された場所に結合してスパイクのダイナミズムを抑え、感染を抑止する。さらに、元々SARS患者さんから分離された抗体を使っている点でも、SARS型であれば、今後予想されるスパイク変異株にも対応できる。そして、十分時間をかけて開発され、Fc部分に突然変異を導入して、体内での抗体半減期を延ばし、しかもFcにより肺への移行を高めている。

このsotrovimabを発症後5日以内の患者さんに使って、病気の進行を止める治験の結果が11月18日号のThe New England Journal of Medicineに掲載された。タイトルは「Early Treatment for Covid-19 with SARS-CoV-2 Neutralizing Antibody Sotrovimab(SARS-CoV2中和活性を持つSotrobimab のCovid-19 初期感染治療)」だ。

この研究は感染が確定した患者さんの中から、発症5日以内の症例を探し出し、そのまま無作為化し、sotrovimab 500mgを静注、入院や死亡を防げるかどうかに絞って調べている。このとき、55歳以上で、BMI30以上、また何らかの基礎疾患があるいわゆるハイリスクグループを対象にしている。

結果は期待通りで、sotrovimab投与群では3人が入院、一方偽薬群では21人と、ほぼ7倍の入院率だった。3人入院したが、重症化してICU治療を受けたのは0人、一方偽薬群は5人だった。

500mgは筋肉注射可能なので、今後外来治療に移行させる可能性大の結果だ。

ただ、今日紹介したいのはこの論文ではなく、同じ号のThe New England Journal of Medicineに掲載されていたピッツバーグ大学を中心とする、回復者血清をcovid-19初期治療に使う治験で、タイトルは「Early Convalescent Plasma for High-Risk Outpatients with Covid-19 (初期Covid-19ハイリスク外来患者さんに対する回復者血清治療)」だ。

この治験も感染初期のハイリスク患者さんに抗体治療を行うという点では同じだ。ただ、この研究では発症後7日目までの患者さんをリクルートしており、GSKの治験と比べると2日遅い。

抗体については中和活性が十分あるという患者さん血清を用いている。結果の評価は15日時点で入院が必要だったかを指標にしている。

まず、発症後2日の違いが大きいことがわかる。すなわち、sotrovimab治験で偽薬群が入院した確率は7%だったのに対し、この治験での偽薬群の入院率は30%に達している。

そして最も驚くのが、回復者血清投与群での入院率が32%と、全く治療効果がないという結果だ。

発症後2日という違いがあるので、完全な比較は難しい。しかし、少なくとも試験管内で感染を防ぐ抗体を十分含み、原理的にウイルス感染を防ぐことができる回復者血清が全く効果がなかったという結果には驚く。

もちろん、今後の治療オプションにならないことが明確になるとともに、科学的知見の重要性が再認識されたが、原理的に効くはずの抗体がなぜ全く効かないのか、良く原因を理解することが重要になる。

よくデザインされたモノクローナル抗体を使ったことがこの差を生み出すのか、他の原因なのか、今後のためにも重要な課題がまた一つ生まれた。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月23日 えっ!小脳が食欲を調節する?(11月17日 Nature オンライン掲載論文)

2021年11月23日

次回「生命科学から読む哲学書」は、デカルト、ライプニッツと来て、当然スピノザになる。スピノザの著作を読むと、あまり生命科学とは関係がありそうにないのだが、全体として眺めたとき、全く新しい自然観で人間精神を位置づけたというストーリーが頭に浮かび、これに沿って現在執筆中だ。彼の、人間の身体も精神も大きな自然から生まれてきたという、統合的自然観は、現代の生物学に最も近い。だからこそ、彼は生涯の最後に、それまで神の領域として考えられてきた「倫理」をテーマに選び、自然から精神まで統合的自然観の中に位置づけた「エチカ」を書いたのではと思っている。

このときスピノザが自然と精神をつなぐ糸として注目したのが、我々生命体の感情、欲望だが、この領域の最近の研究を見ていると、身体と精神が本当にうまく統合されているのがよくわかる。最も研究が進んでいるのが食欲で、カロリーバランスという身体的要求性と、快、不快といった食べ物に対する感情、さらには理性が統合された食欲調節機構ができあがり、研究もかなり進んでいる。まさに、「生きるために食べるのか、食べるために生きるのか」という古くからの疑問が、このシステムの中に相反せずに凝縮している。

とはいえ、まだまだわからないことは多い。今日紹介するペンシルバニア大学からの論文は、小脳の深部神経核という意外な場所の神経が、食欲調節のかなり上位の機能を担っているという驚くべき研究で、11月17日Natureにオンライン掲載された。タイトルは「Reverse-translational identification of a cerebellar satiation network(逆トランスレーショナル研究により小脳の満腹ネットワークを特定する)」だ。

この研究は、DNAメチル化によるインプリンティング異常として有名なPrader-Willis症候群の患者さんに見られる過食に関わる脳領域を、fMRIを用いて特定することから始めている。これまでの研究で食欲に関わるサーキットとして、視床下部、辺縁系、そして前頭皮質がよく知られていたためか、Prader-Willis症候群の過食も、これらの領域が関わるとされていた。しかし、食事を摂取したときの神経活動の注意深い比較から、Prader-Willis症候群で活動が最も変化しているのが、小脳の深部神経核であるという驚くべき結果を得ている。すなわち、この領域の機能が低下すると過食に陥る。食欲のような意識と無意識が合体した脳回路が関わる場合、人間でしかわからないことが多いことが、この研究の重要なメッセージだ。

後は、マウスを用いて小脳深部核と食欲との関わりを調べ、

  1. 小脳深部核前部のSpp1,Miat, Crhr1などを発現するグルタミン作動性神経の興奮が、食欲を抑える。
  2. この神経核興奮による抑制は、神経的な感覚(空腹など)と関係なく、一定のカロリーを摂取したことを感知した腸内の迷走神経を感知しておこる。
  3. 空腹に反応する弓状核agouti受容体神経を刺激すると、摂食が誘導されるが、このとき小脳深部核を同時に刺激すると摂食が抑えられる。すなわち、小脳深部核による調節が上位にある。
  4. 食事にありついたご褒美回路として知られるドーパミンとの関係を調べると、小脳深部核刺激は、線条体のドーパミンレベルを高め、食べたときにご褒美効果反応を鈍らせることを示している。
  5. ドーパミンが低下すると神経性食思不振に陥ることが知られており、ドーパミンレベルを上げて食欲を抑えるというのは一見矛盾しているように思えるが、食事に対してドーパミンのレベルが上がり下がりすることが重要で、ドーパミンがないとこの反応は消失するし、逆にドーパミンレベルが高いと、食事ごとの反応が鈍ると考えられる。

以上が結果で、食事の量の感知と、食欲という感情をつなぐ重要な回路がまた一つ見つかったことになる。スピノザへと思いが馳せる面白い研究だった。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月22日 covid-19死亡の解剖所見(11月17日 ScienceTranslational Medicine 掲載論文)

2021年11月22日

全世界で400万人以上の人がCovid-19により亡くなっていることを考えると、当然解剖例が蓄積しているのではと思うが、感染症のためか、なかなかシステミックな解剖例の解析を読むことはなかった。今日紹介する米国・国立衛生研究所からの論文は、18人の、発症後様々な時期になくなった患者さんの解剖所見をまとめた研究で、何を今更という言う気もしないではないが、頭の中をまとめるという意味では、大変役に立つ研究だ。タイトルは「Lung epithelial and endothelial damage, loss of tissue repair, inhibition of fibrinolysis, and cellular senescence in fatal COVID-19(肺上皮と血管内皮の障害、修復欠損、フィブリン分解阻害、そして細胞老化がCovid-19の死亡例で見られる)」だ。

タイトルにリストされているように、この研究で確認された主要な異常は、肺上皮障害、血管内皮障害、修復異常、フィブリン分解異常、細胞老化で、これまでの報告と特に変わるところはない。ただ、死亡前後の血液検査所見、また剖検で十分な量の組織が得られることからウイルス感染細胞の特定、組織の遺伝子発現などが詳しく行われている点と、症状が出てからから死亡に至るまで、様々な期間(なんと3日から47日)の症例がまとめられている点で、おそらく多くの医師にとっては有用な情報になると思う。結局病理所見は、自分なりの疑問を持ってじっくり論文を読むことが重要なので、ここでは私が面白いと思った点だけを列挙する。

  1. 我が国でも問題になったが、症状が出てから入院する前になくなってしまう例が存在し、この研究でも2例入院前に死亡し、そのうち1例は症状が出てから3日で亡くなっている。このような症例に適切に対応するのは難しいと思う。
  2. 剖検で作成されたパラフィン標本からウイルスRNAがPCRで検出される。これはさらに大規模に剖検研究を行うためには朗報。さらに、治療にも関わらず、18例全例でウイルスが検出できる。また、早期死亡例ほどウイルス感染量が多い。
  3. こうして検出されたウイルスゲノムの解析から、全員で198種類もの変異株が見つかった。すなわち、死亡例一例一例が、変異株発生のインキュベーターになっている。
  4. すでに報告があるが、発症から死亡までの長さで、おおよそ3種類に分けることができる。急性例では、上皮障害による浮腫、浸潤による呼吸不全が中心だが、時間が経過するにつれ、上皮の増殖、そして線維化などが加わる。結局は、どの時点で呼吸不全が強まるかにより経過は決まるが、それぞれのステージ特異的な治療法を考えることは重要。
  5. 肺胞上皮、気道上皮への感染が観察されるが、AT2細胞への感染によりサーファクタント合成が低下することが急速な呼吸機能不全に寄与する。また、インフルエンザウイルスと異なり、再生修復に関わる基底細胞への感染が起こるため、肺胞上皮の修復が傷害される。その結果、肺の線維化が進んでしまう。個人的な印象だが、これは回復後に続く、long covid症状の原因になり得る。
  6. 血管内皮への障害による、肺胞への浸潤も特徴的で、この研究では細胞接着因子について詳しく調べている。特に短期死亡例では、肺胞のEカドヘリン発現とサーファクタントの低下が著しく、急速な呼吸不全の原因になる。また、血管側では、タイとジャンクションに関わるClaudin-5発現低下、基底膜の障害とそれに関わるコラーゲン4発現低下が見られる。このように、肺胞上皮と血管の異常が合わさると、血栓および肺胞内のフィブリン形成が進み、呼吸不全になる。
  7. サイトカインストームと呼ばれる状態が、中期以降では見られているが、個人的な印象としてリンパ球の関与より、圧倒的に好中球の浸潤と、ネットーシスが病気進行に関わっている。特に、白血球のPAI−1発現が目立っており、血管内皮とともに、血栓形成の重要な要因になっている。

以上雑然と気になったことを列挙したが、基本的にはこれまで示されてきた様々な現象が、うまく関連付けられて理解しやすくなった印象だ。Covid-19臨床に興味のある人は、一読の価値がある。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月21日 NKT細胞誘導を調節する腸内細菌と食事(11月10日 Nature オンライン掲載論文)

2021年11月21日

NKT細胞は、私がまだ熊本大学に在籍していた頃、当時千葉大学の谷口さんたちによりVα14TcRとNK抗原を持つ不思議なT細胞として研究されていたのをよく覚えている。特に、キリンビールにより海綿から分離されたAgelasphinという物質が、CD1と結合してNKT細胞を増殖させるという発見と、それを注射することで抗腫瘍免疫が誘導されるという発見について、北海道の免疫学会で谷口先生から熱っぽく聞かされたのはよく記憶している。その後、私のほうが免疫学会から離れてしまったので、その後の経緯はフォローできていないが、現在でもNKT細胞を用いた腫瘍治療や、抑制性のNKT細胞を用いたアレルギー治療など、より臨床的な研究が進んでいるという印象がある。しかし、なぜこのような風変わりな細胞が誘導されて来るのかなど、わからないことは多い。

今日紹介するハーバード大学からの論文はNKT細胞を様々な程度に刺激できる多様なαgalactosylceramide(αGC)が腸内細菌の一つBacteroides fragilisによりアミノ酸を原料に合成され、利用されるアミノ酸によって合成されるαGCが変化し、結果NKT細胞の誘導のされ方が変わることを示した面白い研究で、11月10日Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Host immunomodulatory lipids created by symbionts from dietary amino acids(腸内共生細菌により食事のアミノ酸から合成される免疫調節性脂肪)」だ。

全くフォローできていなかったが、B.fragilisがαGCを合成して腸内でNKT細胞を刺激したり、逆にキリンが発見したリガンドKRN7000の効果を抑えたりしていることはこれまでの研究で知られていたようだ。

この研究では、B.fragilisが合成するほぼ全てのαGCを特定し、また産生量の多いαGCを化学的に合成できるようにしている。

こうして特定されたαGCは、基本的にはsphinganinと脂肪酸アシルが組み合わさった構造を持っており、側鎖のある脂肪酸が組み合わさったαGCのみNKT刺激効果が観察される。面白いことに、どのタイプのαGCがB fragilisにより合成されるかは食事中のアミノ酸の種類により決まる。そして、側鎖型αGCが合成できなくなったB.fragilisだけが存在する腸内では、個人的予想に反してNKTが上昇しており、実際の腸内では、合成される側鎖型、非側鎖型のαGCの組み合わせで複雑なNKT細胞刺激が起こっていることを示している。

最後に、B.fragilisが合成する側鎖型αGC(SB2217)について、NKT刺激効果を調べている。キリンリガンドKRN7000と比べたとき、SB2217はIL-2誘導能力は十分持ちながら、しかしインターフェロンやIL-4の誘導は低い。すなわち同じT細胞受容体を用いているからと言っても、CD1とリガンドがあれば同じように刺激されるわけではなく、T細胞の反応が異なるという驚く結果だ。

この違いについて結晶化したcCD1+リガンドとT細胞受容体の構造を解析しているが、なぜこれほどの違いが発生するのかについては、KRNがCD1ポケットから飛び出す部分が多い以外に、明確な答えは示せてはいない。

以上が結果で、同じCD1とT細胞受容体の組みあわせでも、αGCの違いにより、ポジティブ、ネガティブとNKT細胞刺激様態が変化できること、そしてこの変化が、おそらく摂取している食事中のアミノ酸に影響されるという発見は、 NKTだけでなく、腸内細菌叢による免疫制御について、新しい方向性を開いたのではないかと思う。

しかし、発生初期のNKT誘導は、単純に刺激型リガンドが合成されるから起こるわけではないことなど、invariantT細胞といいながら、極めて複雑なシステムであることもよくわかった。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月20日 腹が減っても頭が働くわけ(11月5日 Neuron オンライン掲載論文)

2021年11月20日

脳細胞は眠っているときにも働いており、働いていると言うことは常に細胞内外のイオン量が興奮により変化していることを意味する。当然そのままでは、神経興奮ができなくなるので、ATPエネルギーで駆動されるNa/K ATPaseを用いてイオン勾配を元に戻している。この結果、脳のエネルギー消費量は、身体全体の25−50%にも達しており、逆に言うと摂取エネルギーが低下すると、脳機能が維持できなくなる。

もちろん飢餓が続くと、脳の活動が低下するが、野生動物は常に短期的な飢餓を経験しながら生きている。従って、短期的な飢餓で脳の機能が低下しても、ハンティングができるだけの脳機能を維持する必要がある。

今日紹介する英国エジンバラ大学からの論文は短期の飢餓による消費エネルギー低下を脳細胞がいかに克服しているかを、オーソドックスな電気生理学的手法で調べた研究で、11月5日Neuronにオンライン掲載された。タイトルは「Neocortex saves energy by reducing coding precision during food scarcity(新皮質は餌が少ないときコーディングの正確さを低下させてエネルギーを節約する)」だ。

この研究では、2-3週間で体重が15%程度減るような食事制限を行い(自分でやるとしたら大変だが)、基本的には視覚野のAMPA型グルタミン酸受容体の活動変化を電気生理学的に見ている。

この程度の食事制限を行って、脳のATP消費量を様々な方法で測ると、 3割程度ATP消費が落ち、その結果神経細胞の興奮電流は平均で低下する。驚くことに、このようにエネルギー利用に合わせて、脳細胞の興奮レベルは低下しているにもかかわらず、神経自体の興奮回数はほとんど低下しておらず、活動が保たれていることを発見した。

後は、この理由を皮質視覚野のAMPA型神経細胞の電気生理学を行って、この変化の生理学的基盤を探っている。実験は極めてオーソドックスな電気生理学で、神経細胞のチャンネルについても、生理学で習ったホジキンハックスレーモデルが出てきて、学生時代は生理学が苦手だったなと懐かしい気持ちで読んだ。

脱線してしまったが、詳細を省いて結果をまとめると、利用できるATPが減ると、神経細胞自体の何らかの変化により、シナプスに存在するAMPA型受容体チャンネルのコンダクタンス(イオンの通りやすさ)が低下する。これにより、神経細胞の興奮が抑えられるのだが、これと同時に、入力抵抗が上昇し、少ないシナプスからの刺激で興奮しやすくなると同時に、膜の脱分極レベルが高まり、これも小さな刺激で興奮を起こりやすくしている。

すなわち、AMPA受容体で、チャンネルの反応自体は低下していても、反応自体の閾値が変化し興奮が起こりやすくすることで、興奮回数が低下しないようにしている。その結果、行動学的に見ると、視覚認識の精度は低下するが、感覚レベルは維持できるという結果だ。たとえ話で言えば、どれが上等の獲物かの判断は鈍るが、餌にはアタックできるといった感じだ。

この研究では、この変化がAMPA受容体の数などの変化ではないこと以外、この変化のメカニズムについては調べていない。ただ、この変化が特定の代謝物の変化によるのではなく、食欲を抑えるレプチンが低下することに起因しており、レプチンを注射することで、このような神経変化が正常化することを示している。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月19日 ダニに刺されないmRNAワクチン(11月17日号 Science Translational Medicine 掲載論文)

2021年11月19日

このHPで一度紹介したことがあるが(https://aasj.jp/news/watch/14359)、阪大の仲野さんの大学院時代の先生に当たる北村幸彦先生は、マスト細胞研究をリードした研究者というだけでなく、創意工夫に満ちた実験を着想する力で傑出していた。これらの中で今でも印象に残っているのが、マスト細胞がダニ刺されから守ってくれることを証明した実験で、マスト細胞が皮膚に存在するとほとんど血を吸われることがないことを見事に証明していた。詳細は覚えていないが、このときマスト細胞を移植したホスト細胞の方に特に何か免疫反応を誘導されていたとは思えないので、ともかくマスト細胞が集まればダニから守ってくれるという話ではなかっただろうか(間違っていたら訂正してください)。

そんな北村先生を彷彿とさせる、ダニ刺されを防ぐワクチン開発について述べた論文がイエール大学より11月17日号のScience Translational Medicineに掲載された。タイトルは「mRNA vaccination induces tick resistance and prevents transmission of the Lyme disease agent(mRNAワクチンはダニ刺されへの抵抗力を誘導し、ライム病感染を防ぐ)」だ。

マスト細胞だけでなく、ダニ刺されが繰り返されると、抵抗力が獲得されることは古くから知られていたようだ。また、ダニの唾液の中の分子に対する免疫により、ダニ刺されが減ることも知られていたようだ。とすると、ダニ刺されから守るワクチンも当然考えられる。この可能性を確かめたのがこの研究で、ダニの唾液に含まれるタンパク質19種類を選び、その遺伝子をmRNAとして調整、新型コロナワクチンと同じように、脂肪ナノ粒子にくるんで、ワクチンとして用いている。

このワクチンを1ヶ月間隔で3回注射し、その後でそれぞれの分子に対して抗体価を調べると、抗体が誘導されやすい分子と、誘導が少ない分子に別れるが、T細胞反応も考え、19種類を全部抗原として用いる方法を続けてその後のワクチン効果についての研究を行っている。

このように免役したモルモットの皮膚にダニを置いて血液を吸わせると、免役した群では18時間ぐらいから紅斑が現れてくる。時間経過から考えると、抗体による2型アレルギーより、細胞性免疫による反応が強いように思える。

ただ、紅斑が出るだけではない。血液が吸えるとダニは何日も皮膚に居続けるが、免役したモルモットでは皮膚から早く離れてしまう。

圧巻はダニが媒介するライム病菌の感染実験で、感染ダニを3匹皮膚において、3週間目のライム病菌の感染を調べると、コントロールでは60%が感染しているのに、免役した方では0%という結果だった。

メカニズムに関しては、ダニ刺され局所での炎症反応が高まっていることが示されただけなので、さらに実用化を目指すとすると、ダニ刺されだけでなく、ライム病感染防御も含めた詳しいメカニズムを詰めた上で、さらに有効な抗原を選んだワクチンに仕上がる必要があるように思う。

しかし、免疫により虫刺されを防ぎ、昆虫を媒介とする感染症を防げるという可能性の検証としては面白いチャレンジだと思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月18日 今明らかにされたシナプス形成過程の調節機構(11月24日号 Cell 掲載論文)

2021年11月18日

私たちの脳の神経回路形成には、特異的なシナプス形成制御が必須で、特に間違った神経同士でシナプスが形成されないように調節が行われる。例えばニューロリギンやそのリガンドニューレキシンなどはシナプス形成のオーガナイザーとして有名だが、ノックアウトマウスの解析から、このような単純な図式はもはや受け入れられない。もう一つ重要なオーガナイザーがRTN4RのようなRNoGoシグナルに関わる分子で、神経の軸索伸展を抑制して正しい神経結合に必須と考えられている。逆に、脊髄損傷研究分野では、このNoGoシグナルを外して軸索を再生させられないか研究が行われてきた。

今日紹介するスタンフォード大学からの論文は、極めてオーソドックスな実験研究を重ねて、NoGoシグナル受容体RTN4RがBAI-Adhesion GPCRと結合し、軸索伸展、樹状突起、を抑制しつつ、シナプス形成に関わることを明らかにした、この分野では重要な研究で 11月24日号のCellに掲載された。タイトルは「RTN4/NoGo-receptor binding to BAI adhesionGPCRs regulates neuronal development(RTN4/NoGo受容体はBAI adhesion GPCRと結合して神経発生を調節している)」だ。

この研究は、これまでシナプス形成に関わることが知られているBAI-adhesion GPCR(BAI)と結合する相手側の分子の探索から始まっている。極めてオーソドックスな方法でBAI結合分子を特定すると、なんとNoGo受容体RTN4Rと同じファミリーのRTN4RL1が結合分子トップにリストされてきた。これは驚きで、RTN4Rはこれまで全く異なる分子と結合して働いているとされてきた。

そこで、BAIとRTN4RおよびRTN4RL1の結合を生化学的、細胞学的に検討し、

  1. BAIとRTN4Rがナノモルレベルの親和性で結合する。
  2. RTN4RはBAIのTSR3領域と結合するが、結合面にフコース、マンノースの糖鎖修飾が必要

を明らかにし、この2つの分子がセットで、NoGoシグナルを担っている可能性を確認している。

次に、RTN4R遺伝子をノックアウトしたヒトES細胞から神経を誘導、試験管内での神経間相互作用を調べる実験から、電気生理学的にも、細胞学的にも、RTN4RとBAI結合がシナプス形成に必須であることを証明している。

最後に、神経細胞やグリア細胞ごとにBAI発現を調節する実験系を用いて、

  1. グリア細胞のBAIと神経細胞のRTN4Rとの相互作用により、神経軸索の伸展が抑制される。
  2. 神経細胞が発現するBAIにより相手神経細胞の樹状突起形成が抑制される。

ことを明らかにしている。

この結果をまとめると、BAIとRTN4Rは、神経伸展を抑制し、次に樹状突起形成を抑えることで、神経を限られた特定の神経に誘導し、特異的なシナプス形成を促すオーガナイザーの働きをしていることが明らかになった。

遺伝子がクローニングされ、ノックアウト動物が作成されても、詳しいメカニズムを解明するためには、地道なオーソドックスな努力の必要性を教えてくれる重要な研究だと思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月17日 新型コロナウイルスプロテアーゼが血管炎を誘導する (10月21日号 Nature Neuroscience 掲載論文)

2021年11月17日

新型コロナウイルスについては、ウイルス自体だけでなく、ウイルスの作用を通して様々な生命現象を学ぶことができた。たった30Kbの小さなしかし精巧なゲノムに実に多様な作用がコードされている。

今日紹介するドイツ・リューベック大学からの論文は、ウイルスゲノムが細胞内で働くために最初に必要とされる、メインプロテアーゼ(Mpro)が、NFkbシグナル経路のスキャフォールドとして機能しているNEMOを直接分解して血管炎を誘導する可能性を示した研究で、10月21日号Nature Neuroscienceに掲載された。タイトルは「The SARS-CoV-2 main protease M pro causes microvascular brain pathology by cleaving NEMO in brain endothelial cells(SARS-CoV2のメインプロテアーゼは脳血管のNEMOを分解して脳の微小血管病変を誘導する)」だ。

この研究は、なぜcovid-19で脳症状が発生するのかの原因を突き止めたいと始められたようだが、分析的なアプローチをとるのではなく、血管内皮のNFkBシグナル活性化に必須のスキャフォールドNEMOがMproにより破壊されて病気が起こるという仮説を最初から設定して、この仮説を確かめるための実験を行っている。

神経細胞に直接新型コロナウイルス(CoV2)が感染する可能性を示唆する人もいるが、血管炎がウイルス感染により起こることを示すため、covid-19患者さんでは脳血管の細胞死が高まっていること、またマウスへの感染実験でも、再現できることを示し、血管内皮が脳病変の場になる可能性を示している。

次に、患者さんの脳血管、および試験管内でCoV2を感染させた細胞では、NEMOが分解されていること、また感染細胞では5カ所のグルタミンサイトで切断が起こっていることを確認している。

この結果、NFkBシグナルが抑制されると予測されるが、期待通りMproを発現している血管内皮では、NFkB下流のIL1βの発現が低下している。また、NFkBはカスパーゼシグナルを押さえる役割を持っているが、これが破壊されているため、TNFなどによる細胞死が強く促進されていることを示している。すなわち、脳血管内皮の細胞死は、ウイルスのMproによるNEMO破壊の結果である可能性が支持された。

そこで最後に、生体内でこの回路が働いているか確認するため、まずアデノ随伴ウイルスでMproを脳血管に導入すると、微小血管の内皮の細胞死が誘導された。また、最初からNEMOが血管内皮で欠損したマウスを調べると、同じような血管病変が起こることを確認している。また、このNEMO欠損による細胞死シグナルにはRIPK1/3シグナルが関わることを突き止め、RIPK1阻害剤で血管病変を抑えられることを示している。

結果は以上で、ホストの脳血管病変を誘導するほうがウイルス進化にとって都合が良かったとはまず思えないが、偶然にしても面白い結果だ、というのも、この結果が正しく、しかも後遺症の原因にもなる脳血管異常にMpro活性が効いているとすると、現在認可を待っているファイザーや塩野義のMpro阻害剤が、ウイルス増殖抑制だけでなく、血管病変抑制にも効く可能性が出てきたことになる。感染初期だけでなく、できれば、血管炎が発症したケースにも試してみたら面白いかもしれない。

カテゴリ:論文ウォッチ

11月16日 レビー小体認知症やパーキンソン病に自己免疫性炎症が関わる?(11月12日号 Science 掲載論文)

2021年11月16日

レビー小体認知症(LBD)やパーキンソン病(PD)で神経変性の引き金を引くのは、αシヌクレインの蓄積であることはこれまで何度も紹介してきたが、これに加えて多くの神経変性疾患では、免疫性の炎症が起こっていることが示唆されている。

今日紹介するシカゴ、ノースウェスタン大学からの論文は、ここからさらに進んで、これらのシヌクレイン症では、シヌクレイン自体に対する特異的T細胞が関わっている可能性を示した研究で、11月12日号Scienceに掲載された。タイトルは「CD4 + T cells contribute to neurodegeneration in Lewy body dementia(CD4陽性T 細胞がレビー小体認知症の神経変性に貢献している)」だ。

この研究は全て患者さんの脳組織や脳脊髄液、末梢血を用いた仕事で、最終的に病因を実験的に確かめることはできない。従って、現象を積み重ねるスタイルの研究だ。

まず、亡くなった患者さんの黒質を免疫組織的に調べ、PDやLBDの患者さんでは、T 細胞の浸潤が何倍も多いこと、またこれらのT細胞はシヌクレインが沈殿したレビー小体と接して存在していることを確認している。

次に、正常およびPD、DLB患者さんの脳脊髄液から血液細胞を集め、single cell RNAseqを用いて脳に浸潤している血液細胞の遺伝子発現を調べると、他の細胞腫と比べて、CD4T細胞の転写が活性型に変化し、特にCXCR4やCD69の発現が高まっていることがわかる。一方、末梢血CD4T細胞のsingle cell RNAseqでは同じような変化は認められない。

CXCR4はT細胞浸潤を誘導する可能性があるので、黒質血管のCXCL12の発現、および脳脊髄液中のCXCL12を調べ。それぞれ上昇が見られることを示している。また、認知症の進行具合との相関も調べており、認知症の進行と弱い相関があることも確認しているが、示されたデータの差は大きくない。

この研究で最も大事なのは、患者さんのT細胞がシヌクレインに対して反応するかどうかだが、末梢血T細胞のシヌクレイン由来ペプチドに対する反応を調べると、

  1. 元々患者さんのT細胞は抗原なしでも活性が高い、
  2. ペプチドプールに対して患者さんT細胞は増殖反応を示す。
  3. 患者さんにより異なるが、特に強い反応を示すペプチドが存在する。
  4. 刺激によりCXCR4が上昇するとともに、炎症性サイトカインIL-17が誘導される。

を示している。すなわち、シヌクレインに対するT細胞が、患者さん末梢血、そしておそらく脳内にも存在しており、炎症の原因になっている可能性を示唆している。

もし本当なら、現象としては恐ろしいことだが、逆にPDやLBDを、免疫抑制やケモカイン阻害により治療する手立てがあることも示している。そこまで研究が進めないと、論文のための論文で終わってしまう。

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