今回のコロナパンデミックで有名になったmRNAワクチンにも使われている脂肪膜は、核酸だけでなく細胞内への蛋白質デリバリーにも使えそうだが、実際には簡単ではなく、合成コストが低く細胞特異的デリバリーを可能にする方法はまだまだ開発途上と言える。

今日紹介するMITからの論文は、バクテリアが持つPVCと呼ばれる一種のファージの様な蛋白質を注射するシステムを改変して、細胞特異的な蛋白質デリバリーを可能にする技術の開発で３月２９日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Programmable protein delivery with a bacterial contractile injection system（バクテリアの収縮による注射システムを利用したプログラム可能な蛋白質デリバリー）」だ。

全く知らなかったが、バクテリアは他の細胞をアタックするために、１６種類の蛋白質と、中に詰め込むトキシン蛋白質が一つになった遺伝子セットを持っており、これが発現すると中に細胞を殺すトキシンが詰まったファージウイルスの様な注射システムが合成され、標的の細胞に結合すると、注射器の様に全体が収縮して内部のトキシンを細胞の中に注射、細胞を殺すことで、邪魔者を排除している。

この細菌由来注射器はそのままで昆虫細胞には取り付けるので、試験管内で昆虫培養細胞に加えると、極めて効率よく細胞を殺すことが出来る。また、中身遺伝子を蛍光蛋白質GFP遺伝子に代えると、GFPだけが注射器内に取り込まれ昆虫細胞に注入されるので、中身を自由に代えることが出来る。

従ってあとは、哺乳動物の細胞に対して反応し、また特定の細胞だけにとりつく様特異性を代えることが出来るか？が重要な開発ポイントになる。

細胞にとりつく部分はPVC13蛋白質が対応しているが、このままでは哺乳動物には取り付けない。そこでこれにリンカーを結合させ、アデノウイルスの一部、あるいはEGF受容体に対する模倣抗体（DARPin）を結合させ、試験管内で調べると、人間の細胞でも、表面に発現している標的分子の発現特異的に、蛋白質を導入できる。

同じようにして、特異性の異なる一本鎖抗体ナノボディー遺伝子をPvc13に結合させると、それぞれの抗体が認識する分子を発現する細胞にだけ、蛍光蛋白質をデリバーできる。すなわち、抗体さえあれば特定の細胞だけを標的にすることができる。

最後に、生体内でも蛋白質を導入できるか、脳内へPVCを注射して調べると、アデノウイルス分子を使った場合、神経細胞特異的に蛋白質を導入することが出来ること、また導入された蛋白質は２−３日で消失するため、極めて短期間だけ細胞を操作できることなどを示している。

以上が結果で、バクテリアでシステム全体を合成できること、細胞特異性を付与しやすいことなどを考えると、かなり有望な蛋白質デリバリーシステムになる気がする。しかし、地球上の生物を探せば、まだまだ面白いツールが掘り起こせることが間違いないことを教えてくれる論文だ。

昼夜のサイクルに会わせた概日周期を刻む体内時計のメカニズムはバクテリアにも存在する。これは、生物が地球のリズムに合わせるための必須のメカニズムで、その分子基盤もよくわかっており、真核生物の複雑な分子相互作用と比べると、極めて単純だ。

今日紹介する米国のBrandeis大学からの論文は、バクテリアの概日周期を刻む時計メカニズムの代表と言えるKaiABCシステムと呼ばれる３つの蛋白質からなる時計システムの進化を、系統構造学を駆使して探った研究で、３月２２日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「From primordial clocks to circadian oscillators（原始型時計から概日周期への進化）」だ。

まずKaiABCシステムがどのように概日周期を刻むのかを見ておこう。基本的にはKaiC分子のリン酸化と脱リン酸化のサイクルを昼夜の周期に会わせたシステムを作ることで時計が形成される。まず、KaiCとKaiAが結合すると、KaiCの構造が変化し、KaiCの自己リン酸化が進んでいく。これが飽和するのが１２時間だが、この時、KaiBがKaiCのリン酸化の程度に応じてKaiAの結合を阻害する方向に働き、今度は脱リン酸化を助ける。KaiCは１２個の分子が集まっているため（１２時間に合わせたわけではないと思うが）、この過程が時間をかけて進むため、３種類の分子だけで地球の自転に会わせたサイクルが完成している。

このように単純な分子から形成されているとは言え、３種類の蛋白質が最初から同時に存在するはずはない。そこで、この進化を探るため、個の分子の進化を探ってみると、まずKaiCとKaiBが３０億年前に発生した後、現在のKaiAが参加するシステムが形成されるのは約１０億年前までかかっている。すなわち、BC２種類の分子相互作用システムが、最終的にABC３分子システムに進化している。

そこで、まずBC２分子システムで時計機能を再構成できるのか調べる中で、２０億年前に進化したKaiCrsシステムに着目した。このKaiCはABCシステムのKaiCと異なりAループと呼ばれる部位が飛び出している。またKaiCは自己リン酸可能を持つので、このRS型ループがKaiC同士を密接に結合させ、他の分子の助けなしにリン酸化を進めるのではと着想し、実験的に確かめている。すると、まさにこのRS型Aループ構造があるだけで、KaiA依存的なKaiCよりスピードの速いリン酸化が起こる。

KaiA依存システムではKaiCリン酸化が飽和するのに大体１２時間ぐらいかかるのに対し、KaiCrs自身は１時間でリン酸化が飽和する。

次にリン酸化分子が時計システムを作るためには脱リン酸化が必要だが、これ自体もKaiC分子の酵素活性により起こるが、この過程はまずKaiBがKaiCに直接結合することでKaiCのATP分解活性が高まること、さらにKaiBの結合はKaiCがADPと結合しているときのみに起こることを明らかにしている。すなわち、KaiAの代わりに、細胞内のATPとADP濃度の変化により、リン酸化されたKaiCとKaiBとの結合が調節され、脱リン酸化が進むことが示されている。

少しわかりにくくなったが、要するに自己リン酸化、脱リン酸化反応をおこすKaiC単独の複合体が、概日の細胞の活動によって変化するATPとADP濃度の変化を取り込むため、KaiBを巻き込んで、単純な時計システムを完成させる。ただ、ATP/ADP濃度は温度などにも強く影響されるので、より安定な時計システムを完成させるため、リン酸化と脱リン酸化をKaiAとKaiBの競合に夜システムに変えることで、安定な概日周期が完成したというストーリーになる。

分子構造の解析が中心の論文なのにそこをすっ飛ばして紹介したが、クライオ電顕の威力が進化研究に発揮された面白い研究だった。

ナノポアというと単一DNAの配列決定に利用されるモダリティーと思うほどゲノム研究で普及しているが、原理を考えてみると、穴＝ナノポアが塞がれた時の電気信号の差を記録していくという意味では、様々な用途に利用できる。実際、アミノ酸配列を読もうとする研究も進んでいることを以前紹介した（https://aasj.jp/news/watch/18292）。いずれの場合も、ナノポアをペプチドやDNAが順番に通っていくドライバーを利用する系だが、穴を塞ぐという点だけに注目すれば用途は広がる。

今日紹介するニューヨークのシラキューズ大学からの論文は、ナノポアを特定のタンパク質のセンサーとして使うための条件を調べた研究で、３月２０日 Nature Communications にオンライン掲載された。タイトルは「A generalizable nanopore sensor for highly specific protein detection at single-molecule precision（単一分子レベルで特定のタンパク質を検出する汎用可能なナノポアセンサー）」だ。

このグループは大腸菌の ferric hydroxamate uptake component A(FhuA) と呼ばれる分子をナノポアとしてタンパク質との相互作用を調べ、これをナノポアとしてタンパク質全体をキャプチャーするセンサーとして使えるのではと考えた。ナノポアは脂質膜の中に埋め込み、脂質絶縁体の中での伝導性を持つ穴を形成させ、穴が塞がれたときに起こる伝導性の変化を調べるのだが、ナノポア自体は FhuAも溶液の中から特定のタンパク質に結合する能力はない。したがって、FhuAにタンパク質と特異的に結合して補足し、ナノポアと反応させるための分子を融合させる必要がある。

この研究ではSUMO、 WDR5、そしてEGFRの３種類のタンパク質を同じナノポアで検出しているが、それぞれのタンパク質を細くするため、一本鎖抗体（ナノボディー）や、たんぱく質と結合する分子を補足のために FhuAと結合させ使っている。

この条件でナノポアにたんぱく質溶液を加えると、溶液中のタンパク質がナノポアとついたり離れたりし、結合したとき穴が塞がれ電流が定常の40pAから、塞がれ方に応じて0pAまで低下することがわかる。また、このように設計したセンサーは、溶液中のタンパク質と結合解離を繰り返すので、濃度に応じてナノポアを防ぐ頻度、時間が変化する。実際のデータを見るのが最もわかりやすいが、ナノポアセンサーだけで目的のタンパク質を感度よく検出できる。

３種類のタンパク質を例に具体的実験結果を述べると、SUMO分子やEGFR分子では穴が完全に塞がれ、電流は完全に遮断されるが、WDR5では完全に塞がれないため、40pAが30pAに低下する。

一方、遮断される時間はSUMOやWDR5では一定で、同じように分子がナノポアと反応しているのがわかるが、EGFRでは、時間の長い反応と、短い反応に分かれ、構造的に２種類の反応様式をとることがわかる。

最後に、他のタンパク質として牛血清アルブミン溶液に、SUMO分子を加えたときにも検出可能かどうかを調べ、ノイズは増えるが、ナノポアの伝導性の変化は十分検出可能であることを示している。

以上が結果で、抗体を用いて化学的に検出するELISAや、物理的変化を利用してタンパク質の結合を検出する plasmon resonance法やisothermal calorimetry に代わるかどうか予測するほど知識はないが、DNA配列決定現場でのナノポアの活躍を見ると、将来性はあるように感じる。なんといっても、一分子レベルで、パラレルに検出が可能だし、将来はウイルス全体といったさらに大きな分子複合体の検出も可能になるかもしれないと期待している。

人間の脳を膨大なミクロレベルの神経結合ネットワークとして見てしまうと、複雑という以外にまとめようがなくなる。しかし、もう少しマクロのレベルで脳を整理することが出来る。例えば、脳皮質の結合を考える時、直接感覚野運動に関わる領域に加えて、我々は前頭葉を中心の様々な情報を統合するtoransmodal領域と総称される脳領域を持っており、この領域の発達こそ人間性を理解するための最も重要な領域になる。

今日紹介するワシントン大学からの論文は、セロトニン受容体に働くことがわかっている幻覚剤DMTによる脳の変化を機能的MRIと脳波計を用いて調べることで、このtransmodal領域の構築を調べようとした研究で、３月２０日号の米国アカデミー紀要に掲載された。タイトルは「Human brain effects of DMT assessed via EEG-fMRI（DMTの人間の脳に対する効果を脳波計と機能的MRIで調べる）」だ。

幻覚剤と言うからには、感覚インプットと関係なく、感覚が得られるはずで、実際このtransmodal 領域内の活動が、直接感覚野運動に関わる領域から切り離されて高まることがこれまでの脳イメージング研究でも示されてきた。

この研究は脳波とfMRIを同時に調べている点や、脳イメージング中に幻覚の強さをリアルタイムで述べてもらうといった工夫をしている以外は、これまでの研究と変わるところはない。

実際DMTを投与すると、前頭葉のtransmodal領域の結合性が高まりるとともに、以前紹介した、完全に頭を休めているときに活動するネットワーク、default mode network(DMN)も高まる。すなわち、直接感覚から切り離されて、より高度（といっていいのかどうかは難しいが）、抽象的な自己に関わる領域の活動が高まる。そしてこの活動が高いほど、自覚的幻覚の強さも高まる。

面白いことに、通常はtransmodal領域と、直接感覚運動野の間に存在する活動の階層的勾配が、幻覚剤で圧縮される、すなわちそれぞれの領域の区別が消失する方向に動き、高次と低次の区別がない一体化した状態が作られる。

脳波で見ると、ゆったりとしたアルファ波が低下し、β波、γ波が特にtransmodal領域で上昇していおり、またtransmodal領域からより低次な領域への脳波の伝搬が高まっていることがわかった。

実際には、脳波やfMRIのパターンは解釈が難しく、結局好き勝手にならざるを得ないが、これらの結果は幻覚剤がまずtransmodal 領域内での活動を高めることで、運動感覚野から切り離された状態が作り出され、それが脳内の自発活動を高め、それが幻覚として現れることを示している。

結果は以上で、特に目新しいわけではないのだが、自己を理解するという観点ではこのような研究はいつも面白い。Transmodalネットワークは、哺乳動物の進化で発達してきた、いわゆる前頭葉で、しかもセロトニン受容体の発現が高く、さらに神経伝達を支えるミエリンの密度も高い。極論すれば、セロトニンに反応するtrannsumodalシステムが人間脳の進化とも言える。この研究が示す様に、幻覚剤によりこの領域を感覚運動野から切り離して活動させると言うことは、まさに個人個人特有の自己が幻覚を通して理解される可能性を示している。特にDMTは意識は保ったまま幻覚を得ることが可能なので、デカルト的意味での自己、脳内のホムンクルスを理解するための面白いツールになる可能性はある。老い先短いので、試してみたい気もするが、おそらく許されないだろう。

ガンが抗ガン剤に抵抗性を獲得する経路は様々だが、悪性化の一つの代名詞がEMT=上皮間葉転換、すなわちガンの上皮としての接着機構などが失われ、間質細胞の様な形態になることが挙げられている。このEMT自体は、TGFβの刺激などでTwistと呼ばれる間葉系細胞への転換全体をコオーディネートする転写因子で調節されているのだが、EMTが同時に抗ガン剤耐性を誘導するのかはよくわからない。

今日紹介するブリュッセル自由大学からの論文は、EMTにより発現が高まるRhoJが、ガン細胞の複製時のDNAストレスを回避して分裂を続けさせる効果があるため、様々な抗ガン剤に対する耐性が発生することを示した研究で、３月２２日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「RHOJ controls EMT-associated resistance to chemotherapy（RHOJはEMTに伴う抗ガン剤に対する抵抗性を調節する）」だ。

RhoJについては、京大時代から教室の血管研究を推し進めてくれた植村さんが、独立してから血管新生でのRhoJの関わりを研究していたので、ある程度馴染みがあったので、タイトルを見て、同じ分子が抗ガン剤耐性にどう関わるのか興味を持った。

この研究では、皮膚ガンをPECAMの発現でPECAM陰性EMT型と陽性の上皮型に分け、EMT型のみ様々な抗ガン剤耐性を持っていることを確認した上で、この差を決める分子をRNA発現、蛋白質の発現の違いを指標に探索、これまでの研究でメラノーマの抗ガン剤耐性に関わることが知られていたRhoJの発現がEMT型のみで発現していることを発見する。

次にRhoJが抗ガン剤耐性を付与するかどうかを調べる目的で、上皮型ガンにRhoJを導入すると、EMTは起こらないが、抗ガン剤耐性が誘導できること、またEMT型ガンからRhoJをノックアウトすると、抗ガン剤耐性が失われることを発見した。

植村さんをはじめとする研究でRhoJは機能的血管新生に必須であることがわかっているので、この論文の結果から、さらにRhoJ阻害によりガンの薬剤抵抗性を抑えることになると、ガン治療の標的としての重要性が高まった様に思う。

この研究では最後にRhoJが抗ガン剤耐性を誘導するメカニズムについても検討し、長い話をまとめると以下の様になる。

RhoJは核のアクチン調節に関わる分子と結合し、アクチンの伸長を助け、この結果メカニズムはわかっていないが、抗ガン剤によって誘導されるDNA複製の中断などで生じる複製時のDNAストレスを和らげるとともに、使われていない複製開始点を活性化することで、DNA複製を止めずに進める作用を有している。これと平行して、DNA修復機構を高めることで、ガンの増殖の維持が可能になる。

おそらく他のガンのEMTが誘導されたときも同じメカニズムが働いているのかを調べることが最も重要だと思うが、ガンでRhoJの発現を調べることの重要性とともに、これを標的にして血管とガンに同時に働く治療薬が開発できることを期待したい。

砂糖や動物性脂肪が体に悪いことはわかっていても、脂肪分が高く甘い食べ物へ嗜好を抑えることは簡単ではない。少しでも美味しい食品は減らして、健康な食生活をと思って様々な取り組みが行われる。しかし、今日紹介するケルンにあるマックスプランク代謝研究所からの論文は、１日１回ぐらいはいいだろうと思う高脂肪で甘いスナックも、健康な食生活を維持するためには危険であることを示す研究で、３月２２日 Cell Metabolism にオンライン掲載された。タイトルは「Habitual daily intake of a sweet and fatty snack modulates reward processing in humans（甘くて脂肪分の高いスナックを毎日食べる習慣は人間のご褒美回路を変化させる）」だ。

研究では、高脂肪で甘いスナックを摂取する群と、カロリーは同じだが、脂肪分が少なく甘味も少ないスナックを摂取する群に分けて、甘みや脂肪に対する嗜好性の変化を調べ、またその背景にある脳反応を機能的MRIで調べた研究で、研究自体としては新味も少ないし、結果も驚くものではない。ただ、一般にこのような研究は食全体をコントロールして行われることが多いのだが、この研究では食事はそのままにして、毎日一回のスナック間食だけを変えて、８週間すごさせている点がユニークで、１日１回ぐらいならちょっと甘いケーキもいいだろうという気分をよく拾い上げた研究だ。

スナックのカロリーは同じにしているので、８週間続けた後の体重や代謝機能は全く変化がない。しかし、脂肪分や糖分を変化させたスナックを評価させると、高脂肪で甘いスナックを摂り続けた人の低脂肪や糖分の低い食べ物に対する評価は低くなる。

この評価の脳基盤を探るため、美味しいスナックを食べた少し後に、味のないスナックを提供された時の失望感をfMRIで調べると、前頭前野から線条体までのいわゆるご褒美回路の反応が、高脂肪で甘いスナックを食べた群では高いことがわかる。

以上の結果は、１日１回のご褒美と高脂肪で甘い間食をとることで、体重などへの変化がなくても、高脂肪で甘いものを求める脳の変化が起こってしまい、肥満や代謝異常へとつながる基盤を作ってしまう可能性を示している。

この一種の条件付けとも言える結果のメカニズムを探るため、一般的な連合学習テストを調べる実験を最後に行なっている。驚くことに、高脂肪で甘いスナックを８週間続けたグループは、食とは全く関係のない連合学習機能テストで、対照群と比べ高い学習能を示している。著者らは、褒美を常に予測する回路が訓練されることで、同じ回路を利用する連合学習全体が訓練されたと単純に解釈している。

以上が結果で、食については条件付けなくとも、自然に美味しいものに向くよう私たちの頭が変化することを示し、節制することの難しさを示している。私もドイツに住んでいたことがあるが、カフェでケーキにクリームをつけて食べるという習慣を戒めるものだと思う。しかし、最後の連合学習の結果が本当だとすると、例えば受験生のように記憶を高めたいと思うときには、１日１回美味しい間食を取る方が良いという結論になると思う。

結局私としては、人間を使った食べ物に対する嗜好の研究は簡単ではないというのが感想だ。

膵臓ガンの治療が難しい一つの理由は、発見された時にはすでに転移が進んでいることが多いためだ。一方、膵臓ガン発症に関わるガンのドライバーやガン抑制遺伝子は共通性が高いので、この転移性は発ガン後に起こった遺伝子の変化の結果と考えられる。

今日紹介するイスラエル・ヘブライ大学からの論文は、RNAスプライシングの違いが膵臓ガンの転移性を決めているのではと仮説を立て、転移ガンでは発現が低下するRBFOX2を特定し、RBFOX2発現低下が転移性の上昇につながるメカニズムを明らかにした論文で、３月２２日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「RBFOX2 modulates a metastatic signature of alternative splicing in pancreatic cancer（膵臓ガンではRBFOX2がオルタナティブスプライシングを変化させ転移性を調節する）」だ。

この研究では発表されている膵臓ガンのRNA発現データベースを、スプライシングの違いという観点から整理し直し、オルタナティブスプライシングの差が転移性の差に繋がっていることを発見する。このスプライシングが変化した遺伝子の特徴を調べると、RBFOX2が認識する配列を持っていること、そして、転移性の高いガンではRBFOX2の発現が低下していることを発見する。

次に、転移性の高い膵臓ガン株にRBFOX2を導入する、あるいは転移性の低いガン株のRBFOX2をノックアウトする実験を行い、RBFOX2がガンの転移性を抑制するスプライシング因子であることを突き止める。また、RBFOX2発現が低下することで、細胞骨格調節機構が変化し、最終的に転移性が高まることを発見する。このRBFOX2のみのオンオフで転移性が変化するという点がこの研究のハイライトで、あとはどの遺伝子のスプライシングの変化が転移性の変化を生んでいるかを調べている。

RBFOX2の有無による発現遺伝子の比較と、転移性を調べる機能実験を繰り返し、

• RBFOX2の標的で最も重要なのは、転移に必要な細胞骨格変化に必須遺伝子であるRhoAと結合することが知られているMPRIPで、この遺伝子の２３番目のエクソンはRBFOX2が存在しないとスキップされる。
• エクソン23が欠損したMPRIP分子は、それだけで膵臓ガン株の転移性を高める。また、遺伝子操作でエクソン23がスキップできないようにすると、転移性が低下する。
• エクソン23欠損MPRIPは、RhoAと同時にMAPキナーゼカスケード分子と強く結合して、Rhoシグナルを変化させ転移性を上昇させる。
• MPRIP以外にも、細胞骨格変化に関わるミオシン軽鎖や小胞体輸送に関わるCalsynteninのスプライシングも変化しており、それぞれのスプライシングを抑える操作を行うことで、転移性が低下することを示している。

以上、一つのスプライシング因子が低下するだけで、ガンの転移性を上昇させる様々な変化が同時に起こっているという重要な発見で、膵臓ガン治療標的になるかどうかはわからないが、膵臓ガンを見るための新しい視点を示したことは間違いがない。

膵臓に働いて、インシュリンの分泌を促し、グルカゴンを低下させる消化管ホルモンGLP-1のシグナル経路に介入する治療が２型糖尿病治療を大きく変えた。消化管ホルモンはGLP-1だけではないので、今後も臨床応用可能な消化管ホルモンシグナル経路が発見されると期待される。

今日紹介するハーバード大学からの論文は、主にショウジョウバエを用いて、外部からの機械刺激で起きないようにする消化管ホルモンを特定した研究で、今後の展開では睡眠の質を上げる方法の開発にもつながる面白い研究だ。タイトルは「A gut-secreted peptide suppresses arousability from sleep（眠りから覚めるのを抑える腸管から分泌されるペプチド）」で、３月２２日 Cell にオンライン掲載された。

この研究の最初の目的は消化管ホルモン探索ではない。神経系で発現するRNAiを用いた遺伝子ノクダウンスクリーニングを用いて、睡眠中のショウジョウバエが少しの機械刺激で起きてしまう分子を探索し、最終的に神経ペプチドCCHa1とその受容体が欠損すると、少しの刺激でハエが覚醒することを発見する。

CCHa1は概日周期を調節する神経ペプチドとして知られており、消化管ホルモンではないが、組織特異的にノックダウンする方法を用いて調べると、消化管のホルモン産生細胞特異的にCCHa1をノックダウンすることで、眠りが妨げられる症状を誘発できる。逆に言うと、CCHa1は消化管ホルモンとして分泌され、眠りが妨げられない様にする働きがある。

次に腸管内分泌細胞のCCHa1分泌を誘導する刺激を、この細胞の興奮を指標に探索し、なんと蛋白質を加水分解したペプトンがCCHa1分泌を誘導することを発見する。ショウジョウバエの場合閉鎖血管系がないので、ホルモンがどう循環するのか把握していないが、CCHa1は最終的にショウジョウバエのドーパミン神経が集まるPAMクラスターと呼ばれる領域に働き、ドーパミンを介して睡眠中枢の感覚神経による刺激閾値を上げることで、機械刺激では起こされない様にしていることを明らかにしている。

ここまではショウジョウバエの話で、同じことが哺乳動物でも言えるのか気になるところだが、この論文でもこれに関して一つだけ実験を行っている。すなわち、ショウジョウバエのCCHa1分泌シグナルは蛋白質の摂取なので、同じカロリーでも蛋白質の割合を高めた食事を与え、これにより妨げられない眠りが可能になるか調べている。結果は期待通りで、ショウジョウバエほど大きな差ではないが、蛋白質を多くとっているマウスでは機械刺激で起こしにくい。

以上、睡眠中は感覚神経刺激から脳を切り離すことで熟睡が可能になるが、機械刺激に反応する感覚刺激に対しては、CCHa1からドーパミン神経を介して、感覚神経の閾値を上げていることが明らかになった。繰り返すが、マウスで蛋白質摂取が熟睡につながることは示されているが、そのメカニズムが同じかどうかはわからない。しかし、ドーパミンの合成が低下するパーキンソン病ではすぐに目が覚めることを訴える人は多く、同じようなメカニズムが働いている可能性は大きい。ひょっとしたら、熟睡を腸を介して行う面白い薬が出来るかも知れない。

プロの研究に触れると、勉強になるだけでなく、感動が湧いてくるし、素人とはいえさまざまな想像も掻き立てられる。

今日紹介するハーバード大学からの論文は、乳酸が後期サイクリンを分解して細胞周期中期から後期過程を調節する後期促進複合体（APC）を活性化して分裂期からの離脱を促進することを示した研究で、３月１６日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Lactate regulates cell cycle by remodeling the anaphase promoting complex（乳酸は後期促進複合体を再構成することで細胞周期を調節している）」だ。

乳酸は言わずと知れたピルビン酸が還元された代謝産物で、特に運動を続けると筋肉に溜まることは誰でも知っている。また、筋肉に負荷をかけるトレーニングで筋力を増強するように、それ自体で生理活性が存在することはわかっているが、その詳しいメカニズムはほとんどわかっていない。

今日紹介する論文は、乳酸により何らかの構造変化が起こるタンパク質をリストするところから始まる。細胞内乳酸は６mMから２０mMぐらいまで変化するが、乳酸濃度の低い細胞質内分子を調整、それに乳酸を加えて熱を加え、乳酸により熱への耐性が高まり、沈殿しなかった分子を回収、質量分析を行なって、乳酸により変化するタンパク質を特定している。実際には３００種類程度が発見されたが、最も大きな変化を示したのがAPC複合体の一員のUBE2Cだった。

この発見を手がかりに、乳酸がAPC複合体を変化させる生化学的過程を探り、

• 乳酸は亜鉛分子をキレートして、タンパク質のSUMO修飾を除去する分子SENP1と亜鉛の結合を高め、その結果 SU MO修飾除去効果が低下する。
• SEMP1はAPC複合体の一員APC4のSUMO修飾を除去する効果があり、乳酸によりこの活性が落ちるとAPC4が安定的にSUMO修飾を受けることで、APC複合体にUBE2Cがリクルートされる。
• このAPC複合体が安定にUBE2Cと結合することで、後期サイクリンのサイクリンBやsecurinの分解が促進され、分裂期からの離脱が起こる。

たった３行でまとめてしまったが、この結果のためにさまざまな生化学方法や、NMR解析、構造モデリングなどさまざまな方法が駆使されており、本当にプロの仕事であると感動すら覚える。

そして、このシナリオを細胞生物学と結びつけるため、細胞内の乳酸濃度を変化させる生理実験を行い、乳酸が高まることで細胞分裂期の時間が短くなるだけでなく、ガン細胞のように持続的に乳酸濃度が高い場合、サイクリンBが分解されてしまって、分裂期をスキップすることを示している。この発見は乳酸濃度が高いガンでは、細胞周期後期を標的にする微小管阻害剤の効果が、後期をスキップするた低下することを意味し、極めて重要だ。

これ以外にも、筋肉トレーニングなど乳酸によるさまざまな生理変化も、同じ視点から見直すことの重要性を示している。プロの仕事はおもしろい。

昨日に続いて腸内細菌関連論文を紹介する。腸内細菌叢の変化が脳にも伝わってさまざまな症状の原因になることは何度も紹介してきたが、ほとんどは神経系や、代謝物、ホルモンが両方の組織を媒介するという話だった。

今日紹介するジョンズ・ホプキンス医科大学からの研究は、ストレスにより起こる細菌叢の変化が、dectin-1と呼ばれるレクチンを介して腸内での炎症性 γδ T細胞の増殖を変化させ、これが髄膜へと移動し炎症を起こすことで、ストレスによるうつ症状を誘導することを示した研究で、３月２０日 Nature Immunology にオンライン出版された。タイトルは「Dectin-1 signaling on colonic γδ T cells promotes psychosocial stress responses（腸内γδ T 上のDectin-1シグナルが神経症のストレス反応を促進する）」だ。

この研究ではマウスに少し大きめで獰猛なマウスのビデオを毎日１０分間見せることで負け組ストレス反応を誘導している。ただ、このぐらいの刺激では全てのマウスが、社会性忌避症状といったうつ症状までは至らないようで、うつ症状を示すマウスと示さないマウスに別れる。

この２群のマウスの腸内細菌叢を比べると、抵抗性マウスではストレスを受けないマウスに近いが、感受性のマウスの細菌叢ははっきり違っている。なかでも、抑制性T細胞の増殖に関わる乳酸菌の一つが減少していることに注目し、細菌叢の変化が腸内のT細胞の変化につながっていないか調べている。

予想に反して抑制性T細胞に変化はなかったが、ストレスに感受性のマウスでのみ γδ T細胞、特に炎症性サイトカインIL17を発現する γδ Tが増加していることを発見する。同じ感受性マウス特異的な γδ T細胞増加は脳の髄膜でもみられることから、腸内で増殖したγδ T細胞が髄膜に移動し炎症を起こすことで、ストレスによるうつ症状が増強していることが考えられる。

また、この γδ T細胞の増殖はjohnsonii乳酸菌を飲ますことで抑制されることから、細菌叢の変化により誘導されていることも確認している。

研究では、抗体注射、あるいはノックアウトマウスを用いて、γδ Tを除去したマウスではストレス感受性が生まれないこと、逆にIL17を発現する γδ T細胞を移植することで、ストレス感受性が移行されることを確認し、γδ T細胞のIL17発現が症状の原因であることを証明している。

最後に γδ T細胞による炎症誘導メカニズムを探り、腸の自然炎症にかかわることが知られているベータグルカンを認識するレクチン、dectin-1が γδ T細胞上に発現することで、炎症のスウィッチが入ることを、ノックアウトマウスを用いて明らかにしている。

そして、最も面白い結果と言えるだろう、dectin-1に結合するβグルカンを投与することで、うつ症状の発生を抑えられること、そして真菌から抽出されたこのβグルカンがうつ病を抑える方法として既に利用されていることを述べ、この治療法が一定の合理性を有することを明らかにしている。

以上、炎症がうつ症状を高めるという点では目新しさはないが、腸と脳を γδ T細胞を介する炎症がつないでいること、この経路は治療標的になることを示した面白い研究だと思う。