昨日、口唇期、まだ目がよく見えない時期に、自己の母親との同一化が起こることを述べたフロイトの一説を紹介したが、この目の見えない時期にも、実際には光を感じることが出来る。これは光受容分子を持つ intrinsically photosensitive retinal ganglion(iPRG) が、視覚に関わる rod や cone細胞以外に網膜に存在し、光の存在を感じるからだ。この機能については、光を浴びて概日リズムを調整するなど様々な可能性が示唆されているが、今日紹介する中国科学技術大学からの論文は、iPRGを介した光刺激が、皮質のシナプス形成に重要な働きをすることを示した研究で、８月８日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Melanopsin retinal ganglion cells mediate light-promoted brain development（メラノプシンを発現する網膜ガングリオン細胞が光り刺激依存性の脳発達を媒介する）」だ。

iPRGを介する光刺激が、新生児大脳皮質の発達を促進するのではと着想したのがこの研究の全てだ。

まず、iPRGの持つ光反応分子 Opn4 をノックアウトしたマウスと正常マウスで、大脳皮質の神経活動を調べ、Opn4(-)マウス、すなわち光を感じられなくしたマウスの視覚野や体性感覚野のみならずほとんどの皮質領域で、自然興奮活動が低下していることを確認する。そして、これが皮質錐体神経のシナプス数の減少の結果であること、さらに光依存的にシナプス数が高まることを確認する。すなわち、乳児期には外界を識別するための視覚は存在しないが、iPRG を介して光を感じ、この光刺激により皮質のシナプスを高めて、脳発達を助けることが明らかになった。

次に、iPRG からの神経投射をたどり、昨日にも話題になった視床の中で、オキシトシンを分泌する視索上核（SON）に直接シナプス結合し、さらに SON は同じ視床室傍核とも相互結合を持っており、このサーキットにより乳児期の光刺激によりオキシトシンが分泌され、これが脳に流れて、シナプス形成を高めていることを突き止める。

そして、この光刺激によるシナプス形成促進が、個体の学習能力に影響することを示し、光が私たちの脳の発達を助け、その後の学習に備える役割を演じていることを明らかにしている。

結論は以上で、光によって私たちの脳の能力が準備されるというのは面白い。しかも、この過程にオキシトシンが関わるのも、様々な連想を引き起こす。今後、人間の発達についても、この結果を下に見直されることになるような気がする。

いずれにせよ、視力にかかわらず iPRG の正常な乳児に光を浴びさせることの重要性がよくわかる。マウスでは生後１０日で目が見え始めるが、人間では遅いことを考えると、光による脳発達誘導も、長く続く可能性がある。是非明らかにして欲しいものだ。

今日、明日と幼児の脳発達についての論文を２編紹介することにする。おそらく多くの人は、幼児の脳発達と聞くとフロイトを思い出すのではないだろうか。勿論、脳発達と言うより、精神発達なのだが、まず彼の引用から始めよう。

「少年の成長について簡略化して記述すると、次のようになる。ごく早い時期に、母に対する対象備給が発展する。これは最初は母の乳房に関わるものであり、委託型対象選択の原型となる。一方で少年は同一化によって父に向かう。この二つの関係はしばらくは並存しているが、母への性的な欲望が強まり、父がこの欲望の障害であることが知覚されると、エディプス・コンプレックスが生まれる。」（竹田青嗣編、中山元訳、自我論集、ちくま学芸文庫）

これは自己の母親への同一化のあと、父親への対抗意識が生まれる過程について書いた文章だ。この文章を脳発達の観点から眺めてみると、まだ乳房を求める口唇期の体性感覚しかない時期で母親との同一化が進み、その後の感覚器の発達とともにそこにインプットされる父親が、自己に対抗する存在として認識される過程が書かれている。フロイトは神経科学とは一線を画していたが、脳科学が発達した今読み返しても、研究のための様々なヒントが隠れているのが彼の著作だと思う。

さて、成長した私たちの脳では、視覚野と体性感覚野はそれぞれ V1、S1 と領域的に完全に分離している。この見事に仕分けられた感覚野が私たちの認識を支えている。この分離は刺激依存性の発達以前に形成されるのか？もし生後刺激依存的にこの分離が行われるとしたら、そのメカニズムは？

今日紹介する Alicante 神経科学研究所からの論文は、マウスの胎児期から生後発達期で、ヒゲを刺激したときに興奮する体性感覚の視覚野への侵入について調べ、最終的に体性感覚野が限局される過程を調べた研究で、８月１９日号 Science に掲載された。

研究は極めて単純で、胎児や新生児のヒゲの刺激がどこまで伝わるのか経路を明らかにしただけと行ってもいい研究だが、結果は大変面白い

まず生まれる直前の胎児のヒゲを刺激すると、本来の体性感覚野のみならず、両側の視覚野の興奮が見られる。しかし、この異所的興奮は、発達とともに消失する。面白いことに、胎児期に視覚を喪失させると、この異所的興奮は続く。

体性感覚野は視床にまずインプットされるので、視床を同時に調べると、視床表層への投射と視覚野への異所的投射が一致していることがわかる。これは、体性感覚が視床表層に投射することが、異所的投射を積極的に成立させている可能性を示唆している。そこで、視床表層の活動を抑えてやると、体性感覚の視覚野への投射はなくなる。

以上のことから、体性感覚は、視床表層への回路を持つことで、領域非特異的な投射が可能になっているが、他の感覚器のインプットが強くなると、表層部の投射が抑えられ、最終的に体性感覚野だけに投射できるようになると考えられる。

他にはこの過程を決めている視床表層と深層が、刺激依存的に転写因子レベルでプログラムし直されること、また生まれる頃から網膜で自然に発生している興奮波が、体性感覚の視覚野への異所的投射を調節し、これが抑制されると体性感覚の異所的インプットが続くことも示しているが、視覚による体性感覚の視床表層への投射調節が、皮質での美しい感覚野の分離を調節しているというのが結論だ。

この論文を読んで、体性感覚をまずフルに使って外界の情報を得ながら、新しい感覚の獲得に従って、感覚野を分離するという、極めて合理的な仕組みに驚いた。また、フロイトはこの巧妙なメカニズムを、臨床例から感じていたのかもしれない。

昨日紹介したように、個人用ガンワクチンが実現しようとしている現在、キラー細胞が抗原刺激を受けたあと、ホメオスターシスとして働くチェックポイントシグナルにより、T 細胞が疲弊するまでの過程を詳しく理解して、PD1 抗体を用いたチェックポイント治療を１００発１００中にしていくことが重要になる。そのための多くの努力が現在進行中で、このHPでも紹介しているが、今日紹介するメルボルン大学からの論文は、Myb と呼ばれる転写因子が、この過程の中核的調節因子として働いていることを示した点で、重要な研究だと思う。タイトルは「MYB orchestrates T cell exhaustion and response to checkpoint inhibition（Mybはチェックポイント阻害によるT細胞疲弊と反応を指揮している）」で、８月１７日 Nature にオンライン掲載された。

抗原に対してキラー細胞が反応すると、PD1 を発現し、これが刺激されることで T 細胞の活性が低下、免疫反応が一方的に上がらないようにしている。ただ、ガン治療に関しては、できるだけ多くのキラー細胞を動員したいので、フィードバックを抑えるため、PD1 や PDL1 に対する抗体でフィードバックを阻害する。

研究では、この過程をより詳しく解析するため、ウイルスの慢性感染というセッティングで動員されるCD8キラー細胞について、single cell RNA seq を用いて詳しく解析し、抗原刺激を受けて PD1 が発現した細胞は、CD62L（l-セレクチン）陽性段階、CD62L 陰性段階、を経て最終的な疲弊型細胞 Tex に分化することを突き止める。

細胞移植の実験から、CD62L は抗原刺激を受けて増殖し、キラー細胞をリクルートする幹細胞に相当し、そこから PD1 シグナルを受けて CD61L 陰性細胞、そして Tex へと分化することを突き止める。

次に幹細胞型 CD62L 陽性細胞の遺伝子発現から、この集団だけに、血液幹細胞の自己再生にも重要な機能を持つ Myb が発現していることを発見する。

そこで、T 細胞で Myb が欠損するマウスを作成し、このマウスにウイルス感染させて調べると、慢性炎症が亢進し、PD1 に関わらず T 細胞が疲弊できないことを発見する。

一方、ウイルス感染による抗原刺激の CD62L 陽性段階から Tex までの分化過程を調べると、Myb が機能しないと、CD62L 陽性幹細胞の分化は抑制される。一見、相反する結果に見えるが、PD1 陽性細胞は存在し、CD62L 陰性段階から Tex 段階で Myb がないことで大きな遺伝子発現の再編成が起こってしまい、その結果 Tex 段階に見えても、キラー活性がそのまま残り、免疫反応がオーバーシュートすることが明らかになた。

まとめると、Myb は抗原刺激により生成する幹細胞型 CD62L 陽性細胞の分化を調節し、この細胞が抗原に反応して自己再生してキラー活性を維持するとともに、PD1 に反応して機能が抑制されるのも抑える、２つの機能を持つことがわかった。

機能が複雑で、少し理解しにくいかもしれないが、この論文のおかげで抗原刺激から Tex までの過程をかなり明瞭に理解することが出来た。

現在 CD62L は、チェックポイント治療の効果予測に使われているが、このメカニズムが明らかになった。さらに、組織中のリンパ球をキラー細胞として利用するときも、CD62L 陽性細胞を純化することで、より高い効果が示されることもわかる。

また、CART 治療でも、Myb のレベルがコントロールできると、現在の治療効果をさらに高められる可能性も出てきた。以上、いろいろ勉強になる論文だった。

今回のコロナ禍で、世界はアデノウイルスベクターや mRNA ワクチンの威力を知ることになったが、これらのモダリティーが大成功した原因の一つは、ワクチン製造のスピードにある。以前紹介したが、我が国で多くの専門家が、ワクチンの評価には何年もかかるなどと言っていたとき、ウイルスのゲノム配列が明らかになってから、なんと４日目にはヒトにも注射可能な GMP基準のワクチンができあがり、第１相治験まで３ヶ月かからなかった。

このスピードの源は、これらのモダリティーが、個人用ガンワクチンのために開発されてきたからだ。このためには、ガンが発現する変異分子を特定する迅速なゲノム解析と、その結果を迅速にワクチンにする必要がある。ガンという病気の性質を考えると、ワクチンには時間がかかるなどと言えるはずはなく、その結果配列があればすぐにワクチンを完成させるスピード感が要求される。ゲノム配列決定にしても、ワクチン開発にしても、このスピード感の欠如が我が国の問題だ。

今日紹介する Gritstone bio 社からの論文は、２種類のモダリティーを同時に使って、個人のガンゲノム解析から特定したガンのネオ抗原ワクチンを合成。末期のガン治療に用いた治験研究で、これが出来るようになったと言うだけでも感慨深い研究だ。タイトルは「Individualized, heterologous chimpanzee adenovirus and self-amplifying mRNA neoantigen vaccine for advanced metastatic solid tumors: phase 1 trial interim results（チンパンジーアデノウイルスと、自己増殖型 mRNA を用いた個人用ガンネオ抗原ワクチンを進行した転移性固形腫瘍に使う第１相試験）」で、８月１５日 Nature Medicine にオンライン掲載された。

ワクチンは、まず腫瘍のバイオプシーサンプルの全エクソーム解析を行い、突然変異が起こっている遺伝子を特定、その中から徹底的な情報処理に基づき、２０種類のガンのネオ抗原を選び、２０種類の別々のネオ抗原（変異部を中心に２５アミノ酸配列）配列が一つの蛋白質として合成される遺伝子配列を決定する。

この遺伝子配列を、Covid-19ワクチンにも使われた、チンパンジーアデノウイルス（ChAd）に導入すると同時に、ベネゼラ馬脳炎ウイルスの配列を利用した自己複製型 mRNA ワクチンも合成する。

こうして出来た２種類のワクチンを、まず ChAd、その後 mRNA ワクチン投与を繰り返すというプロトコルで、チェックポイント治療とともに患者さんに投与している。

要するに、ステージ４の治療に十分使える迅速さで、個人用ガンワクチンを実現したことになる。

結果の詳細は省くが、末梢血で調べられることは徹底的に行って、ガンに対する免疫誘導を調べている。結果、選んだいくつかのガンネオ抗原に対して CD8キラー細胞を誘導することが出来、遺伝子発現から、長期記憶細胞も含まれていることまで確認している。

肝心の臨床結果だが、約半数は残念ながら亡くなっているが、残りは病気の進行を抑えることが出来ており、人によってはガンの縮小も見られるという結果だ。基本的には第１相なので、安全性と、CD8T細胞を誘導できたという点で満足している。

現在はステージ４だけでなく、手術に組みあわせるネオアジュバント治験も行われているようなので、臨床結果についてはそちらを待った方がいい。ただ、かなり自信に満ちた書き方なので、期待できるのではないだろうか。

しかしなんと言っても、個人用ガンワクチンを、しかも２種類のモダリティーを組みあわせて実行できるシステムを作り上げた点がすごい。

組織学と遺伝子発現を統合することは、組織学者の長年の夢だが、この HP でも紹介したように、まずスウェーデンカロリンスカ大学のグループが（https://aasj.jp/news/watch/5490）、その後ＭＩＴのグループが（https://aasj.jp/news/watch/9926）、これを可能にする技術を報告している。基本的には、スライドグラス上にバーコードのついた RNA トラップを敷きつめ、その上に組織を置いて、組織に発現する RNA をトラップし、バーコードから採取された場所が特定されるライブラリーを形成、遺伝子発現を解析する方法だ。

今日紹介するオックスフォード大学からの論文は、前者の方法を改良した方法で、ガン組織の多様性ではダントツの前立腺ガンの多様性をこの方法で定義できるかという課題にチャレンジした研究で、８月１０日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Spatially resolved clonal copy number alterations in benign and malignant tissue（良性及び悪性の組織で、遺伝子コピー変異クローンの局在を特定する）」だ。

同じに見えても、一つの組織内のガン細胞が既に多様化していることはよく知られている。また、最近急速に普及する single cell technology により、この多様性をクローンレベルで特定することも可能になり、ゲノム変異および遺伝子発現から見て、ガンが増殖過程で多様化していることを疑う人はいない。

この研究では組織局在と、遺伝子発現を対応させられる方法を用いて、ガンの多様性を再定義し、これまでの組織学との相関も明らかにしようとしている。

ただこれには大きな問題がある。Single cell RNA sequencing では、確実に RNAがsingle cell 由来であることが保証されているが、スライド上にすぽっとしたバーコードは５０ミクロンほどの大きさのため、５−１０個の細胞が一つのスポットでカバーされる。従って、遺伝子発現は複数の細胞の平均値になり、single cell ほどの精度がなくなる。

そこで、ガンの変異を、遺伝子発現量が大きく変化する遺伝子コピー変異（CNV）のみに限定し、複数の細胞の遺伝子発現の平均でも、CNVを特定できるソフトを開発して、組織上でガンの系統樹を描くことに成功している。

予想通り、良性から悪性まで混在する組織上で、一つのクローンが良性と悪性領域の両方を形成していること、そしてこの過程で前立腺ガンで見られる Myc や PTEN 遺伝子の CNV が起こっていることを明らかにしている。すなわち、CNV に変異を絞っても、組織上でのクローン系統樹を書くことが出来る。

膨大な結果が示されているが、まとめてしまうと、CNV はガンが発生する前、正常組織で起こっており、その中から良性型の管腔型腫瘍が発生する。実際、決定的とされる Myc や PTEN 遺伝子の CNV も良性型で既に見られ、組織学的には良性型でも既にガンのドライバーは完成していることがわかった。そして、このような変異を繰り返す中で、悪性度が進行していること、またこうして生まれた悪性細胞は組織上で他の細胞から分離独立した集団を形成することを示している。

結論は以上で、ガンの多様性という点では既に明らかになっていることだが、ともかくこの方法で細胞のクローンを組織上で追跡できるようになったことが大きい。というのも、遺伝子発現だけでは、エピジェネティックス変化かジェネティックス変化かがわからない。ともすると、前立腺ガンの多様性をエピジェネティックスだけで捉えられると考える人も多かったが、どっこい、ゲノム変化はやはりガンの主役であることを再認識させてくれた。遺伝子発現をゲノム変化に読み直すという発想の転換のおかげだ。

現役を退いて、それまでの専門から自由になったとき、一度考えてみたいと思ったのが、無生物から生物が誕生する「Abiogenesis過程」と、「言語の誕生」だ。幸い、生命誌研究館の中村桂子先生のおかげで、顧問として静かで自由な５年間を過ごすことが出来、それぞれの問題について多くの論文に当たり、自分なりに納得できるシナリオを描くことが出来た。この過程については、生命誌研究館の「進化研究を覗く」というコーナーでまとめておいた（https://www.brh.co.jp/salon/shinka/2016/）。また、これらの文章はそっくりそのままこのHPにも移行させているので是非読んで欲しい（https://aasj.jp/news/lifescience-current/10954）が、この時に集中して勉強したおかげで、今も Abiogenesis と言語誕生については、専門ではないが講義が出来ている。

さて、私に限らず、言語誕生の条件については、もっぱら脳と社会の問題として捉え議論がされているが、人間のように複雑な音を使いこなせる咽頭の構造も重要だ。ただ、この問題については、人間はサルと異なり喉頭の位置が低くなって出来た大きな空間をうまくコントロールするシステムができあがっていると説明していた。

この通説に真っ向から異論を唱えたのがウィーン大学の Fitch で、生きたサル（マカク族）が様々な状況で鳴くときの口から喉にかけての構造変化をX線ビデオで撮影し、発せられる音と対応させることで、サルも人間と同じ複雑な音を発することが出来ることを明らかにした（Fitch et al. Sci. Adv.　2016;　2:　e1600723、9 December 2016）。

今日紹介するウイーン大学 Fitch と京大霊長類研究所 西村さんの共同論文は、複雑な音を出せるという条件は同じなのに、何故人間だけがそれをフルに使得るようになったのかについての系統生理解剖学の研究で、８月１２日 Science に掲載された。タイトルは「Evolutionary loss of complexity in human vocal anatomy as an adaptation for speech（人間が解剖学的複雑性を捨てることで言語に合わせた発声のための解剖基盤を獲得した）」だ。

この研究では生きたサルの発生に関わる領域の詳細な解剖を MRI を用いて行い、ヒトとサルの違いとして、vocal membrane と呼ばれる声帯から飛び出した構造が人間では完全に欠けていることを発見する。

系統的に見ると、vocal membrane は新世界ザルでは長く、オナガザル科では短い。そして、オナガザル科から分岐した霊長類では多様な構造をとっていることから、進化的に急速に多様化していることがわかる。しかし、構造が失われたのは人間だけだ。

次に内視鏡を用いた生理学的研究、死亡したサルの声帯を用いた解剖学的研究、最後にシミュレーションを用いた研究を合わせて、vocal membrane があると、同じエネルギーで強い音を出せるが、大きな声は出せても音のコントロールが聞きにくいことを突き止めている。

以上の結果から、どちらが先かはわからないが、人間では vocal membrane を退化させることで、脳支配によるコントロールされた音を出せる様になったというのが結論だ。

言語の解剖学的基盤に焦点を当てて、生理解剖学的に研究を進める Fitch さんとその仲間の研究は勉強になる。Vocal membrane もそれぞれの種では決まった構造をとっており、これが発生するためのゲノム基盤も今後わかるだろう。言語脳と連動する身体の構造がわかることは重要で、言語の発生を考える上でも重要な貢献だと思う。

最後に、西村さんの所属が Primate Research Institute となっており、安堵した。いくら不正があったからと言って、簡単に霊長研の名前を捨てる京大の暴挙に怒っていたが、研究は国際的なポジションが大事なので、形にこだわる役人や大学執行部を日本語でだまして、英語で元を取るという作戦は評価したい。とはいえ、私たちの世代にとって、霊長研という日本語も、多くの先生の顔が浮かんできて捨てがたいのも事実だ。

ガンの増殖には他の細胞と比べて高いエネルギーが必要なため、多くのガン細胞はエネルギー代謝システムを再編して、高い増殖能を維持できるようになっている。特に、グルコースの取り込みを高めて、ピルビン酸、乳酸という経路を用いる ATP 合成が高まっている。このおかげで、グルコースの取り込みを指標として、多くのガンの存在を PET で診断できる。

当然このガン共通の代謝経路は、治療標的になる。例えば、ダイエットやファスティングがガン治療を助けると考えられる要因の一つは、ガンの取り込めるグルコースを低下させることだ。

今日紹介するスウェーデン・カロリンスカ研究所からの論文は、同じように代謝経路を変化させてガンを抑制する方法なのだが、栄養制限ではなく、なんと寒さに晒すことで、脂肪組織を変化させガンを抑制するという意外な方法についての論文で、８月３日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Brown-fat-mediated tumour suppression by cold-altered global metabolism（低温により代謝全体が変化し、褐色脂肪組織が活性化されることで腫瘍が抑制される）」だ。

褐色脂肪組織は、私たちが寒さに晒され体温を高める必要があるとき、寒さを感知した交感神経系のシグナルを受けて、UCP1 という分子の作用で、ミトコンドリア酸化的リン酸化を ATP合成ではなく、熱産生に振り向け、体内の温度を高める働きがある。この熱産生に、ミトコンドリアや脂肪だけでなく、グルコースの取り込みも高まることが知られている。このことから、寒さに晒して褐色脂肪組織を活性化することで、腫瘍の代謝環境を変えて、腫瘍を抑制できるのではと着想したのがこの研究だ。

この着想が当たった。皮下に腫瘍を注射する実験系だけでなく、ガン遺伝子導入による自然発ガン実験系でも、マウスを４度の環境に置くだけで腫瘍の増殖を抑えることが出来る。また、腫瘍へ栄養を送る血管の密度も低下し、ガンの免疫を抑える白血球も低下する。結構いいことずくめだ。

マウスは４度の部屋でもなんとか生きるようで、褐色脂肪組織活性化に使われる。この結果、体温は維持されるので、腫瘍が寒さに晒されて、代謝が低下するというわけではない。これをさらに証明するため、肝臓に腫瘍を注射する実験も行っている。

この結果が、褐色脂肪組織が活性化された結果であることを示すため、褐色脂肪組織を外科的に取り除く実験を行い、褐色脂肪組織の活性化がガンの増殖を抑える原因であることを証明している。

FDG-PET でグルコースの取り込みを調べると、FDG はほとんど褐色脂肪組織に取り込まれ、腫瘍に行っていないので、腫瘍の代謝が大きく変化していることが想像される。遺伝子発現を調べると、低温により褐色脂肪組織で上昇するグルコーストランスポーターが、腫瘍では低下しており、またグリコリシス経路も低下しており、ガンに必要なエネルギー経路が阻害されていることもわかる。

一方、血中グルコース濃度を高めると、トランスポーターが回復、低温でも腫瘍は増殖できることもわかる。

最後に、褐色脂肪組織の熱合成に必須のUCP1をノックアウトしたマウスで調べると、低温でもガンが増殖することもわかった。

実験としてはここまでで、着想は面白く、大当たりなのだが、何故褐色細胞の活性化が腫瘍増殖を抑えるのかは明らかになっていない。代わりに、人間のガン患者さんを一人だけお願いして、薄着で２２度で７日間暮らしてもらうと、なんと FDG-PET の褐色脂肪組織のとリ込みが上昇することを確認している。ただ、この患者さんでは腫瘍での FDG 取り込みは変化なかった。

以上、人間の治療法の可能性も示しており、臨床応用の道筋はついたので、臨床応用が進むことを期待する。ただ、このブログをみて、勝手な治療に走るのだけは待って欲しい。

昨日はLINEトランスポゾンが、long noncoding RNA として炎症に関わる遺伝子発現を抑える論文を紹介し、ジャンク DNA も機能が持てるように我々の進化が進んでいることを紹介した。このように明確な機能が見つかることは希で、多くの場合、LINE や Alu と呼ばれる霊長類のレトロトランスポゾンは、ゲノムの多様性生成に大きな役割を果たしていると考えれている。

というのも、昨日紹介したように、同じ起源を共有する配列が、我々のゲノムに驚くほどの数で散らばっているという事実は、良く似た配列（相同）がゲノムのあちこちに存在することを意味し、何らかのh拍子で DNA が切断されると、この相同性を元に、相同組み換えが起こり、ゲノムに欠損や重複の大きな変異が生まれるきっかけになるからだ。これは、通常の相同染色体同士の組み換えと異なり、ゲノム上に存在する相同領域同士で起こるので、non-allelic 相同組み換え（NAHR）と呼ばれている。ただ、これだけ多くの繰り返し配列が存在すると、実際には変異を特定することは簡単ではない。ましてや体細胞では、細胞ごとに起こるイベントは異なっており、組み替えによる変異をシステミックに特定することは簡単ではない。

例えば、長いDNAについて配列を解読する Long read 解析を繰り返せば、欠失や重複は発見できるのだが、特定の変異が起こる頻度が少なすぎて、大変な作業になる。これに対し、今日紹介する横浜理研の Piero Carninci 研究室からの論文は、Alu や L1 配列を特異的に生成した後、それぞれの断片の配列を決定し、ゲノム配列と比べて、相同組み換えによる変異を特定する方法を開発している。勿論同じことは、long read でも可能で、新しい方法を、long read でも確認して、この方法が信頼できる方法であることを確かめている。

その結果、細胞一個あたり NAHR が１−４個存在することを明らかにしている。面白いのは、このような変異が全ての組織で平等に起こるわけではなく、例えば腎臓や肝臓では NAHR の数は４個前後あるのに、脳は１個前後で止まっている。ところが、一つの染色体内で起こる NAHR の数は脳の方が多い。しかも、脳内では比較的近くの繰り返し配列との NAHR が見られるのに、腎臓や肝臓ではほとんどない。これがゲノムの３次元構造を反映していると考えると、脳と他の臓器では異なる染色体 3D 構造があると推察される。

これを確かめるために、iPS から神経幹細胞への分化過程を調べ、分化とともに神経型の NAHR が出現することも示している。そして、クロマチンが活性化されている領域と、閉じられている領域での NAHR を算出し、iPS と神経幹細胞のエピジェネティックな状態を反映して、NAHRが起こっていることも示している。

以上のように、NAHR は細胞分化の過程で起こると考えられ、そのときの遺伝子発現を反映する。従って、様々な病気を理解するヒントになる。例えば、２１番染色体で NAHR の起こりやすい場所を探すと、中心体から１０Mbにホットスポットが特定されるが、これはダウン症で転座が起こる領域として知られている。また様々なガン遺伝子の近くにも、特に Alu 型 NAHR が特定されることは、Alu 配列がガンの染色体不安定性に使われるのと一致する。

最後に大サービスで、アルツハイマー病とパーキンソン病の脳で NAHR を探索し、パーキンソン病の濃飛質で NAHRの数が増えることや、アルツハイマー病では病気発症に関わるプレセニリン遺伝子の近くに NAHR が起こりやすいことも確認している。

NARH から見えてくることをいろいろ示しているが、この研究のハイライトは方法が開発できたことで、それぞれの細胞分化の過程で起こりやすい NAHR 探索を続けることで、違った視点で細胞分化やガン発生がわかるように思う。

私たちのゲノムの大きな部分がジャンクDNAと呼ばれる、機能が全くわからないDNAにより閉められているのは、読者の皆さんにもよく知られていると思う（LINEについてはJT生命誌研究館で書いていたブログを参照してほしいhttps://www.brh.co.jp/salon/shinka/2015/post_000011.php）。このジャンク DNA の中で、レトロウイルスによく似て、一部は転写もされる DNA の一つが LINE と呼ばれる７kb程度の、レトロトランスポゾンで、ヒトゲノムでは数千の LINE が特定されている。ほとんどの場合、LINE もジャンク DNA として片付けられているが、マウスでは多くの LINE が免疫関係の遺伝子に飛び込んでいることがわかっており、何らかの機能があるのでは考えられてきた。

今日紹介するオーストラリア・Garvan 医学研究所からの論文は、LPS やコクサッキーウイルス感染により発現が誘導され、しかも Schlafen と呼ばれる細胞周期を止め、コクサッキーウイルス感染に重要な働きをすることが知られている分子の上流に飛び込んだ LINE、Lx9 遺伝子をノックアウトし、その機能を調べた研究で８月１０日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「The retroelement Lx9 puts a brake on the immune response to virus infection（Lx9レトロエレメントはウイルス感染で誘発される免疫反応にブレーキをかける）」だ。

LINE トランスポゾンの数は膨大なので、特異的ノックアウトは簡単ではないが、極めて保存されたスプライスサイトを選び出して、ノックアウトに成功している。この結果、Lx9 から転写される long noncoding RNA の発現は完全に消失している。

ノックアウトマウスは正常に発生し、さらに健康に成長する。しかし、Lx9 の転写を誘導するコクサッキーウイルスに感染させると、驚くなかれウイルスの増殖はコントロールと変化内にもかかわらず、膵炎のみならず、肺炎を併発し、多くのマウスが死んでしまう。即ち、ウイルス感染によって誘導された炎症のコントロールがきかなくなっていることがわかる。

このような免疫抑制の欠如の原因を調べる目的で、組織上の遺伝子発現などを調べた結果、Lx9 long noncoding RNＡ が Schlafen のみならず αインターフェロン受容体など、様々な免疫性の炎症に関わる分子に結合して、その翻訳を抑えていることがわかった。即ち、ノックアウトで long noncoding RNA が転写できないと、これら遺伝子の抑制が効かずに、炎症が増強してしまうことが明らかになった。

最後に、全ての形質が、long noncoding RNA の発現がなくなるためであることを証明するため、レトロウイルスで Lx9long noncoding RNA をマウスに投与すると、肺炎や膵炎が治まり、マウスも生存できることを示している。

以上が結果で、これまでレトロトランスポゾンは、ガン抗原として働いたり、遺伝病の原因になったりと、ネガティブな役割についての論文が多かったが、この研究は、私たちがジャンクDNA をうまく使って進化していることを示しており、面白い。

ミクログリアは、胎児発生の早い段階で脳に分布し、脳内で独立したシステムを形成し、マクロファージと同じように、貪食や炎症に関わっている。これに加えて、神経細胞やアストロサイトとの相互作用を通してネットワーク形成や、神経活動に影響する。２０１９年に Science に発表されたカリフォルニア大学サンフランシスコ校からの論文によると、自閉症患者さんの皮質表層部のミクログリアの遺伝子発現が、典型人の同じ場所のミクログリアとは異なることが示され、神経活動への重要な役割が示唆されている。

今日紹介するハーバード大学からの論文は、皮質各層のミクログリアの分布や性質が、それぞれの層に存在する神経細胞との相互作用で形成される可能性を示した研究で、８月１０日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Pyramidal neuron subtype diversity governs microglia states in the neocortex（新皮質の錐体神経細胞の特性がミクログリアの性質を支配する）」だ。

新皮質は発生過程で異なる性質を持つ神経細胞からなる６層の構造を持っている。この研究では層構造とミクログリアに注目し、生後７日では新皮質各層に均一に分布しているミクログリア細胞が、１４日目になると上層から下層に移るほど密度が低下することを発見する。

この変化が、各層の錐体細胞との相互作用によるのではないかと着想し、まず各層ごとにμグリアを分離し、single cell RNA sequencing(scRNAseq) で調べている。言うは易いが、各層を切り出し、ミクログリアをFACSで分離し、scRNAseqに供するのは大変な作業だ。

この甲斐あって、１-４層のミクログリアと、５層、６層のミクログリアの遺伝子発現が大きく変化していることを突き止める。重要なのは、例えば錐体神経の運命決定に関わる Fezf2 をノックアウトし、特に５-６層での神経分化が変化するマウスでは、ミクログリアの分布も変化することから、基本的には神経細胞によってミクログリアの性質が決められていることがわかる。

この研究では、scRNAseq のデータを組織上で再確認するために、組織上で７５種類の遺伝子発現を同時に調べることが出来る MERFISH と呼ばれる方法を用いて、各層の神経細胞とミクログリアが協調して変化していることを明らかにしている。

最後に、各層の錐体細胞についても scRNAseq を用いて遺伝子発現を調べ、ミクログリアのデータと対応させ、相互作用に関わる可能性のある分子を特定している。結果はどれか一つの組み合わせというものではないが、それぞれの層で対応する表面分子の組み合わせが特定できる。この研究では、これまで発表されているデータに基づき、これら相互作用分子の組み合わせを５種類に分類し、上層部のみで起こる組み合わせ、下層部のみで起こる組み合わせ、そして全層での相互作用に関わる組み合わせが存在して、それぞれの層でのミクログリアの性質が決まっていくことを明らかにしている。その組み合わせの中には、L2/3 層で神経細胞の発現するセマフォリンとミクログリアでのプレキシンの組み合わせなど、発生学的には面白そうな組み合わせも示されているが、この研究ではそれぞれの分子を欠損させて、ミクログリアとの相互関係が壊れるかどうかは調べていない。

以上が結果で、最終的には新皮質各層のミクログリアが錐体神経の支配を受けていることを現象的に示した研究で、それぞれの相互作用の機能的意味については今後の研究が必要だ。ただ、手作業と、最新のテクノロジーを組み合わせた、ダイナミックな研究で、最初に述べた自閉症のミクログリア変化を調べる手がかりになる重要な研究だと思う。