ハンチントン病はハンチンティン HTT と呼ばれる遺伝子内の CAG 配列の数が増加して、結果異常な長さのポリグルタミンが脳に蓄積し、神経細胞を傷害することで起こる。現在原理に即した治療開発が進んでおり、このブログでもかなり多くの論文を紹介している。このような根本的治療法の開発とともに症状を軽減する方法の開発も生活の質を高めるためには重要になる。

今日紹介するカリフォルニア大学サンディエゴ校からの論文は、運動皮質の VIP 作動性介在神経を刺激することで、運動障害をかなり軽減できることを示した研究で、7月1日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Restoring cortical disinhibition improves Huntington’s disease phenotypes（皮質の抑制異常を正常化することでハンチントン病の症状を改善できる）」だ。

基本的には人変異HTTを導入したマウスモデルでの研究になる。R6/2 モデルマウスを回転するはしごに乗せて運動させると、足がついていかずに引きづってしまう。皮質運動野には VIP、ソマトスタチン、そして Parvalbumin 発現の3種類の介在神経と線条体に軸索を伸ばす興奮神経が回路を形成している。そこで、この運動障害と、それぞれの神経活動に相関があるかどうかを次に調べると、ハンチントン病の進行ともに、VIP 神経の活動が強く抑制され、逆にソマトスタチン神経や、parvalbumin 神経は興奮が上昇する事、そしてこれらの活動の結果興奮神経の活動が低下することを明らかにした。

次に自由な行動パターンビデオを機械学習で分類、行動と各神経の興奮を調べている。通常運動を始めるときに VIP 神経の興奮が起こるのだが R6/2モデルマスでは運動から休止に移行したときに反応が上がり、運動へと移行するときには反応が下がる。ソマトスタチン神経は運動に応じて興奮するが、正常の反応と比べると、反応が大きくなっている。この回路では VIP 神経がソマトスタチン神経を抑制する関係になっているので、VIP 神経の興奮異常が運動障害に最も大きく関わる可能性を示唆している。

以上を確認した上で、次に VIP 神経の運動時の興奮低下を外部からの刺激で元に戻すことで、運動機能を改善できないか調べている。刺激は電極ではなく、VIP 神経を光遺伝学的に操作して、興奮を誘導している。光刺激を加えると、VIP 神経は興奮を回復できる。そして、支配するソマトスタチン神経の興奮を抑えることができる。

この条件で、週一回光刺激を繰り返し、様々な時期に運動障害の程度を調べている。結果は期待通りで、刺激を繰り返すことで、足を引きづる運動障害が強く抑えられる事がわかった。また、この改善は決して光による刺激時で起こるのではなく、光刺激とは無関係に機能が改善することを明らかにしている。

結果は以上で、今まで同じような実験が行われなかったのかと思うほど、焦点を絞った実験で、これにより皮質回路の可塑性を回復させられる可能性が示されたのは大きい。実際ハンチントン病で傷害される皮質は広いため、人間にも適用出来るか、あるいは不随意運動にも同じようなスポットがあるかこれからの問題だと思うが、入り口が開いた気がする。

現役時代、組織学に並外れたセンスを持っていた吉田尚弘さんのおかげで、胎児や組織全体を立体的に免疫染色する方法を多用した。2次元の組織染色と比べ、全体像がつかみやすいため、特に発生過程を追跡する研究には欠かせないテクノロジーだった。

今日紹介する米国・ジョンズホプキンス大学からの論文は、現在驚くべき勢いで利用が拡大しつつある2次元の空間トランスクリプトーム解析を、3次元でも使える様にしたうえで、生後の毛根発生について解析した画期的な研究で、7月1日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Four-dimensional molecular mapping from a spatial snapshot reveals the dynamics of hair follicle organogenesis（空間的スナップショットの4次元分子マッピングは毛根形成のダイナミックスを明らかにする）」だ。

この研究では調べたいRNAを組織上で増幅してから、蛍光プローブと反応させて特定のRNA配列を組織上で特定する Padlock hybridization and sequencing と呼ばれる方法を用いている。空間トランスクリプトーム解析として普及している Xenium も同じ方法に基づいている。

ただ、現在使われている2次元組織の解析ではなく、400ミクロンの厚さの皮膚を切り出して、組織ごと解析を行うためには、様々な問題を解決する必要があった。遺伝子解析時に組織が壊れないようゲルで固める方法の開発、RNA以外の分子の除去など、様々な条件検討が行われている。特に論文で強調されているのはDNAを完全に消化してしまう必要性で、これにより初めて大きなプローブが組織全体に染み渡るようになる。

この研究では皮膚と毛根の発生を調べるのに適した85種類の遺伝子発現を一つの3次元組織で検出し、毛根の生後発生で起こる毛根内の分子発現変化を追跡している。こうして毛根での遺伝子発現を立体的に見られるということがこの研究の全てで、まず今回の結果を公開しているデータベースを是非見てほしい（https://jef.works/CellCarto-3DEEP/）。皮膚から突き出た単純な構造から、極めて複雑だが、空間的に美しく配置された遺伝子発現から区別することができる毛根の立体構造が手に取るようにわかるよう出来ている。

研究ではケラチノサイトやメラノサイトの幹細胞を支えるニッチが形成され、休止期の幹細胞がトラップされるとともに、増殖幹細胞が hair bulb へと下がっていく過程が、例えばケラチン分子、幹細胞分子、さらにニッチ分子と一緒に示されるのは圧巻だ。しかし3次元トランスクリプトームが出来たからと言って、東大医科研の西村さんたちが明らかにしてきた過程を再提示しているだけで特に新しいことは見つからない。

それでも構造がはっきりすることで見え始める過程もある。ここでは毛根形成の最終段階で起こる、毛根が体表で外界に開くカナル形成について詳しく調べ、構造的には inner root sheeth により毛根内に形成されるシャフトが上部に伸びて皮膚を突き抜けると考えている。ただ、メカニカルに破断するとは考えにくいので、他の遺伝子発現を調べることで、inner root sheath と呼応して起こる表皮側の変化も明らかになるだろう。

新しいという意味でおもしろかったのは Foxn1欠損のヌードマウスの解析で、毛根形成はほとんど同じタイミングで進んでいくが、Foxn1欠損により毛根全般の遺伝子発現がずれてしまって、完全性が維持できないため、毛が途中で脱落する可能性を示している。最近の研究についてはあまりフォローしていないが、ヌードマウスの解析としては少なくとも私にとってはフレッシュな考え方で、3次元空間トランスクリプトームの威力に感心した。

結果は以上で、ともかく3次元空間トランスクリプトームができるようになったこと自体が重要だ。組織自体の汎用性は広いため、MERFISHを はじめとする様々な方法とも組み合わせられるようになるだろう。

リン酸化され繊維状に凝集したTauを神経細胞に振りかけると細胞内に取り込まれそこでプリオンと同じように新しいTau凝集を引き起こすことは、ほぼ多くの研究者の認めるところだと思う。脳から分離したTau線維はそのまま神経細胞に取り込まれるが、シナプス小胞のように小胞体に詰め込まれて吐き出されると、より効率的に伝搬する可能性が示唆されていた。

今日紹介するユタ大学からの論文は、この可能性を検証し、Arcと呼ばれる分子がTauを小胞体に詰め込むための鍵となる分子で、これによりTau伝搬が加速することを示した研究で、6月29日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Arc mediates intercellular tau transmission via extracellular vesicles(Arcは細胞内Tauを細胞外小胞に詰めて伝搬する過程に関わる)」だ。

神経細胞から放出される小胞の中にTauが存在し、シナプス形成に関わるArcが同じ小胞に見つかることは既に知られていた。従って、研究は最初からArcがTauを小胞体に詰め込むのに関わるという仮説から始めている。まずArcをノックアウトした神経細胞にTau遺伝子を導入、放出される小胞の中のTauを調べると、Arcがノックアウトされても小胞自体の生成は変わらないが、Tauが詰まった小胞形成が激減することを確認する。すなわち、Arcは小胞にTauを詰め込む過程に関わっている。これは試験管内の現象だけでなく、ヒトTauを導入したマウスモデルでも、EVへの詰め込みにはArcが必要であること、またヒトアルツハイマー病でも、TauとArcを強発現している小胞が見つかることを明らかにしている。

次は、Tauが小胞へ詰め込まれるメカニズムで、分子同士の結合を調べるオーソドックスな生化学実験を繰り返して、ArcはN-末のドメインでTauと結合し、その後で小胞形成に必須のIRSp53分子と結合、これにより小胞が形成される時にTauが封入される。即ち小胞形成ではなく、小胞にTauを詰め込むのに機能することが明らかになった。繊維状に凝集したTauはArcへの結合力が強くより小胞内に封入される。

最後にTauをわざわざ伝搬しやすいように小胞に詰め込む仕組みが何故存在するのかを調べている。基本的には、細胞内に蓄積してきたTauが細胞ストレスを誘導するため、これを軽減する目的でこの仕組みが存在している。すなわち、Arcが存在しないと神経細胞内からTauが放出されず細胞死が上昇する。とは言え、Arcがないからと言ってTauのリン酸化など細胞内での処理には全く影響はない。さらに、他の神経への伝搬に注目してみると、神経から神経への伝搬の効率にArcによる小胞体へのTau詰め込みが関わることも確認している。

残念ながら、実際のAD症状の進行とArcを調べた研究が行われておらず、またアミロイドとtau異常が誘導され1年ぐらいで症状を発生するモデルでは、雄マウスでArcノックアウトによる変化がないことから、このシステムがADの発症にどこまで寄与しているのかについては明確ではないと思う。しかし、シナプスからシナプスへの異常タンパク質の伝搬には明らかに寄与しており、今後Tau伝搬研究には常に念頭に置く必要がある、しかし不思議なメカニズムだと思う。

図はGPTが提案する原条が形成される前のヒト胚の構造で、次の段階で図右の平べったいエピブラストに細長い窪み、原条が現れる。この原腸陥入時期に複雑な胎児構造の基本が形成される。

今日紹介する北京農業大学と中国科学アカデミー動物学研究所からの論文は、この過程をできるだけ忠実に試験管内で再現する方法を模索した力作で、6月24日に Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Reconstituting human primitive streak formation through extra-embryonic cell coordination（胚外細胞の協調を通してヒト原条形成を再現する）」だ。

ヒト胚の原腸陥入はマウスとは大きく異なり、誤解を恐れず印象を述べるとニワトリの原腸陥入期に近い。図に示した胚を形成するエピブラストは胚盤を形成しており、中胚葉が発生し複雑な胎児構造が形成される。図には示されていないが、この時期にはヒポブラストから卵黄嚢へ移動した胚外中胚葉も存在する。即ち、胚盤胞からの原条及び中胚葉形成は、基本的にこれら4種類の細胞の相互作用で進むことがわかる。

そこで、エピブラストの代わりにES細胞を使い、胚由来の羊膜細胞、及びトロフォブラストとともに培養して、原条マーカーであるT遺伝子発現を調べると、羊膜細胞のみが強い中胚葉誘導能を持っており、逆にトロフォブラストはそれを抑制する活性があることがわかった。

次に、胚外中胚葉の役割を調べるため、胚外中胚葉の長期培養方法を確立した後、ES細胞と共培養する実験系で、胚外中胚葉は原条から由来する中胚葉を惹きつける働きがあることを確認している。そして、それぞれの相互作用により誘導される分化細胞が、胚に存在する細胞とほとんど同じであることを single cell RNA sequencing で確認した後、胚盤の原条形成を再現する実験システムの構築に進んでいる。

この実験系では、長期培養が可能なES細胞の回りにトロフォブラスト細胞、そして胚外中胚葉を配置し、その上にこれは胚由来の羊膜細胞を貼り付けたトランスウェルをかぶせている。それ以外に全く増殖因子などは加えていない。すると24時間ぐらいから美しい原条が形成され、T遺伝子の発現が誘導されていること、また原条から中胚葉がこぼれて、胚外中胚葉の方へ惹きつけられることを明らかにする。そして、この系で発生する様々な細胞はほとんど実際の胚に存在する細胞と同じであることを single cell 解析で確認している。

最後にこうして発生した原条を含む細胞をシャーレから剥がして浮遊培養に移すと、神経間などの次の段階の発生とともに、前後軸、背腹軸を持つ胚様構造が出来ることも示している。

以上が結果で、オーソドックスな発生学の課題を解決しながら、試験管内でヒトの初期胚発生を再現しようする強い意志とプロの技が感じられる、試験管内発生学の鏡とも言える研究で、本当に感心した。

コーンシロップという形で果糖を大量に消費する様になってから、果糖の毒性と代謝経路についての研究が進んでいる。考えてみると、草食動物も含めてほとんどの野生動物は果糖を摂取する機会はないだろう。一方で、鳥類や霊長類などかなりの果糖を摂取するが、基本的には特殊と言える。従って、我々人間の果糖への反応はこの特殊性を反映しているのではと勝手に想像しているが、多くの果糖研究をマウス（他の動物よりはサルに近いが）で出来ているのもいつも不思議に思っている。

今日紹介するフィラデルフィアにあるモネル化学感覚研究所からの論文は、マウスはグルコースと果糖を区別して脳の食欲中枢に伝える回路を有していることを示す研究で、マウスレベルでもこれほど果糖とブドウ糖が複雑に処理されているのかと驚いた。タイトルは「Attenuated hypothalamic response to fructose via a dedicated gut-brain pathway（特別な腸脳回路を介する果糖の視床下部反応抑制）」だ。

何度も紹介してきたが、Agouti related protein (AGRP) を分泌する視床下部にある細胞が我々の飢餓感を調節しており、食後上昇する脂肪細胞由来のレプチン、様々な消化管ホルモンなどの刺激により抑制されることで食欲を落として摂食を制限している。

この研究では果糖とブドウ糖に AGRP 神経刺激に差があるかどうか、直接十二指腸に果糖/ブドウ糖を注入しそのときの視床下部の AGRP 神経興奮を調べている。すると、ブドウ糖では大きく興奮を抑制できるのに、果糖の抑制活性は1/3程度にとどまっていた。即ち、果糖とブドウ糖では飢餓回路への影響に大きな違いがあることがわかった。

問題は、だからといって果糖では摂食が抑制されず過食になるというわけではなく、注入後の摂食量は変化がない。すなわち、果糖は視床下部 AGRP 神経抑制効果は低いが他のルートで食欲を抑えている。この回路を探ると、果糖投与ではマンニトールと同じで水が保持されることから腸管が広がるので、これが他の経路で食欲を抑えるため、AGRP神経の活動抑制が低くても食欲は抑制できることがわかった。しかし複雑だ。

次に腸から AGRP 神経への回路を、消化管ホルモン分泌について調べている。前もって消化管ホルモンカクテルを投与すると、果糖に対する反応は消えるが、ブドウ糖に対する反応はそのまま残る。即ち、特に果糖は消化管ホルモンを介して AGRP 神経を抑制していることになる。

この回路をさらに探ると、Y2-PYY 受容体を発現した迷走神経を介して視床下部にシグナルが送られることがわかった。一方、Y2 神経はブドウ糖でも刺激できるが、刺激できても AGRP 神経の興奮には影響がない。

以上が結果で、少しややこしいが、AGRP 神経活動の抑制に関してみると、ブドウ糖と果糖では全く異なる神経回路が使われ、果糖は完全に迷走神経依存的にシグナルを送るが、ブドウ糖は脊髄神経回路を用いている。ただ、食欲抑制はこの回路以外にも存在し、特に腸管の膨張が果糖で誘導されるため、消化管ホルモンを介する他の経路で食欲が抑制される。以上、おそらく果糖にほとんど依存しないで生きているマウスで、これほど複雑な果糖とブドウ糖を分別する神経回路があることが不思議だ。

昨日のCART標的選択の評価を汎用LLMに相談するといいことを主張した論文は、ネガティブな意味で驚いた Cell 論文だが、今日は本当に真面目な Cell にふさわしい論文を紹介することにした。スタンフォード大学からの論文で、ALSで最もよく使われるSOD1変異モデルマウスの運動神経の変化を、single cell level で丹念に調べた結果で、何か画期的な治療方法が提案されたわけではないが、今後、ALS研究にとっては重要なデータを提供した好感の持てる研究だ。タイトルは「An emergent disease-associated motor neuron state precedes cell death in ALS（ALSでは神経細胞死の前に病気に特徴的な運動神経の状態を定義できる）」で、6月16日 Cell にオンライン掲載された。

研究ではSOD遺伝子の変異により起こるALSと同じ遺伝子を導入したマウスで、発症前、初期（65日）、中期（100日）、そして終期（125日）、脊髄からコリン作動性神経を分離し、一個ずつの細胞核について RNA sequencing による転写解析、Atac-seq によるクロマチン解析、そしてその結果を Merfish を用いて組織上にマップし直す解析を組み合わせ、ALS運動神経に特有の変化を定義しようとしている。

SOD変異を持つ細胞のみで起こる変化を追跡すると、これまでも知られていたように筋肉を直接動かすα運動神経特異的に変化が見られる。そして、この変化はSODの発現とは無関係なので、SOD変異はα運動神経、中でも速筋を支配する高頻度発火神経に最も大きな変化が見られることがわかった。また、病気の初期ではα運動神経が同時に変化するのではなく、変化が起こるスピードは細胞ごとにまちまちで、SOD変異による作用が細胞ごとに異なることも示された。

病気の進行とともに発現が上がるのは、細胞死調節やERストレスなど細胞の防御に変わる分子で、強い細胞ストレスが発生していることがわかる。一方、シナプス伝達や軸索伸張などに関わる分子は強く抑えられる。また、この変化に呼応し、元々クロマチンのオープンなα運動神経の遺伝子発現部位のクロマチン構造も変化していることから、これらの変化を転写因子レベルに集約させられる可能性が示唆された。

そこで病気とともに変化する分子の中から転写因子に絞って調べると、Atf3とNfil3及びCREB3が最も変化が大きい転写因子としてリストされた。特にストレス応答に関わるAtf3とCREB3に注目し、iPS細胞由来の運動神経に過発現させると、期待通りCREB3で発現上昇した遺伝子の2割、ATF3 で発現低下した遺伝子の5％を説明できることを示し、おそらくSOD編荷によるストレス反応に関わる転写因子の変化がALS運動神経を特徴付けることが出来ると結論している。

変化はα運動神経で最も大きいが、運動神経の遺伝子発現が変化することで、例えばCSF-1分子が強く発現してミクログリアや膜素ラージが活性化されるという2次的効果も認めることができる。そして、Merfish を用いることでこれらの変化が、α運動神経の近くで起こる局所反応であることも示している。

最後にヒトALS脊髄の死後サンプルから核を取り出し、single nucleus 解析を行ったデータをデータベースから抜き出して、ヒトでも変化はα運動神経に現れること、SOD変異以外の患者さんでも同じくα運動神経の転写が変化すること、そして変化する遺伝子はマウスモデルで得られた変化にオーバーラップすることを示している。

以上が結果で、SOD変異に抵抗性を付与している遺伝子も発見しているが、これらの結果を特に新しい治療法に結びつけられたわけではない。しかし、ALSの運動神経死への過程での遺伝子変化のデータは、今後の研究にとても重要だ。そして、同じα運動神経間に見られる変化のスピードの差の原因についてより深く理解が進むと、新しい治療法も開けるかもしれない。

これまで生物学や医学でのLLM応用について何度も紹介してきたが、DNA情報と自然言語や物理法則との統合、あるいは脳回路と生成AIとの関係についての論文に主な焦点を当ててきた。YouTube でも話しているように、17世紀以来分離して考えるようになった心と身体の統合理解に役に立つと思っている。

このような個人的ポリシーから見たとき、今日紹介するペンシルバニア大学からの論文は、これまでの医学データの解析が使えるかどうか、一般のビジネスマンと同じようにLLMに相談するという研究で、このような論文を Cell に採択してもいいのか気になったので紹介することにした。タイトルは「AI-driven discovery of GPNMB CAR T cells as a multi-cancer therapy（AIによりGPNMBを標的にするCAR-T細胞が様々なガンに対する治療に使えることがわかった）」で、6月25日号 Cell に掲載された。

ペンシルバニア大学は CAR-T 研究のメッカと言える。多くの研究者が新しい標的を求めて研究を行っているに違いない。この研究の目的は、メラノーマなどの皮膚に発生するガンの CAR-T 治療に使える細胞表面抗原を探すことで、特に皮膚の様々なガンの single cell RNA sequencing データから、ガン細胞で高発現で、正常細胞で低発現分子を探す。次に、データベースから標的候補のアノテーションを行い、これに良い抗体が得られるなど臨床開発しやすいかを調べる。

この過程は CAR-T 設計時に行われるルーチンと言えるだろう。特に、現在では single cell データが得られるため、ガンや正常細胞の遺伝子発現の多様性についてもデータが得られる。最初タイトルを見たとき、データベースから候補を探し出すLLMを構築したのかと思っていた。ところが全く期待は裏切られた。

実際にLLMを導入したのは、従来の方法で候補を絞った後、例えば「この100種類の候補から CAR-T 標的として有望なものを10個に絞れませんか？その理由もお願いします」と頼むのだ。これは医学に限らず、世界中で今多くの人が行っているインプットと何ら変わりはない。ご丁寧に、GPT、Claude、Gemini に同じように評価させ、データベースによる reasoning の検索を行っている。

この作業を様々なプロンプトで1000回程度繰り返し、LLMから出てくる答えが安定する分子を探索している。こうして3種類のLLMが最終的に推薦してくる20種類の分子の中から、この研究ではメラノーマで発現していることが知られている、GPNMB を選択し、CAR-T を用いて、白血病、メラノーマ、大腸ガンを移植したマウスモデルでガン抑制活性を調べている。結果はパーフェクトで、固形ガンであるにもかかわらず3種類全てのガンの増殖を抑えることに成功している。

結果は以上で、現在データベースを用いて行われている候補分子選びの結果を、一度LLMにインプットして検証すれば、いい分子を選べる可能性が高まるという話になる。

しかし納得がいかない。と言うのもこの分子は既にガン特異抗原として様々な治験が行われている。そしてあろうことかこの候補の安全性を、既に行われた治験を元に議論している点だ。抗ガン剤を結びつけたADC両方では、効果がはっきりせず第２相で終わったが、安全性は確認されている。更には、同じ標的を用いたCAR-T治療の一例報告もあるようで、これでも正常細胞への副作用は少ないと議論している。Cell に掲載するからには、やはりこれまで考えてこなかった標的が発見できることを示すべきではないだろうか。

一方で汎用のLLMが、自分の結論を評価させるという点ではかなり高いレベルになっている点で、それを気づかせてくれた点で、今回の論文は意味があるのかもしれない。

ネアンデルタール人は4万年前前後に滅亡したとされている。人類がヨーロッパに進出したのが4.5万年前前後なので、ホモサピエンス侵出5千年で滅びたことになる。この急速な滅亡を説明する様々な仮説が存在するが、気候変動と遺伝的多様性の現象が重要な背景にあるとされている。

今日紹介するドイツマックスプランク進化人類学研究所を中心とした国際チームからの論文は、ホモサピエンスのヨーロッパ進出時、ベルギー・マース川沿いに棲息していたネアンデルタール人のゲノムについて新しいゲノムも含めて検討し直し、滅亡の原因を探ろうとした研究で、6月24日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Genetic diversity of late Neanderthals in northwestern Europe（北西ヨーロッパの後期ネアンデルタール人の遺伝的多様性）」だ。

この研究の目的は、滅亡に近い時期のネアンデルタール人ゲノムを調べ、本当に多様性が失われていたのかを検証することにある。実際クロアチアで発見された4.5万年前のネアンデルタールを10万年以上前と比べると明確な多様性減少は認められていない。そこで、アンデルタール人がデュッセルドルフ郊外ネアンデルタールで発見されたのが1856年だが、今回解析された骨は19世紀にこの地域で発掘されたもので、洞窟で保存された骨と比べると、保存状態は良くない。

幸い、技術の方が進歩して、これまで不可能とされていたレベルのゲノムを解析できるようになり、この研究が始まっている。結果、22カバレージゲノム解読が出来た1例に加えて、解析可能なレベルのゲノム配列を多くの骨から得ている。結果だが、ネアンデルタール滅亡に関わる問題は後にして、いくつかおもしろい発見を列挙しておく。

1. 以前からこの地域のネアンデルタール人では食人の痕跡が認められていたが、今回バラバラになっていた骨が、2体の同じ個人由来であることが確認され、食人が行われていたことを再確認している。
2. これまで東ヨーロッパで発見されたネアンデルタール人は血縁関係のある骨が多く見つかっているが、この領域で発掘された骨は全く血縁関係がなかった。
3. ミトコンドリア遺伝子から計算される系統樹から、9-7万年前に分岐してきたミトコンドリアを持つ女性由来で、広くヨーロッパに広がった大きなグループを代表していることがわかった。一方、Y染色体ではこのような絞りは出来ない。
4. ネアンデルタール人で近親交雑が指摘されているが、このグループではその痕跡はない。

その上で、このグループの遺伝的多様性を様々な方法で検証し、これまでクロアチアのネアンデルタール人で示されていたように、北西ヨーロッパのネアンデルタール人も、10万年前の多様性とほぼ同程度に多様化していること、そして有害ゲノム領域は通常と同じように自然消去されることも確認している。即ち、北西ヨーロッパ内で広く交流のある大きなグループが形成され、遺伝的多様性も維持されていたと考えていい。

最後に、北西ヨーロッパでは新しくネアンデルタール人と現生人類の交雑があったとする証拠は全く認められず、例えば現生人類に同化することもなかったと言える。

以上の結果は、気候変動による全人口減少がおこり、小さなグループ内での血族交雑が繰り返される結果、遺伝的多様性が失われたことがネアンデルタール人の絶滅の背景にあるという考え方は、少なくとも全ゲノムレベルでは否定できる。もちろん、特定されていない小数の遺伝子の違いがネアンデルタールの絶滅と現生人類の生存を決めたと考えることも出来るが、ネアンデルタール人絶滅の謎は解決からはほど遠い。

6月23日に続いて、脳内設置クラスター電極を用いた言語処理の論文を紹介する。テキサス・ベイラー医科大学からの論文で、6月24日 Cell に掲載された。タイトルは「Shared neural geometries for bilingual semantic representations in human hippocampal neurons（バイリンガルの意味表象の共通の神経的幾何学が人間の海馬に存在する）」だ。

生成AIでの我が国の遅れを前提として勝ち筋を見つけるため、日本語の特殊性を生かした LLM が重要だという話が良く聞かれた。もちろん日本語とは何かを LLM を用いて追求するためには重要かもしれないが、世界は言語にとらわれない Language Agnostic LLM へと進んでおり、単語ではなく、文章の持つ意味・概念をベクトルとした潜在空間を形成する LCM が続々生まれている。

この研究では、生まれたときから英語とスペイン語で育った完全なバイリンガルの4人の海馬にクラスター電極を差し込み、2カ国語の文章を聞いたり話したりするときの神経活動を記録し、同時に記録した音と対応させ、海馬神経が両方の言語をどのように処理しているかを調べている。

海馬と言語野という違いはあるが、実験過程は6月23日の論文と全く同じと言っていい。今回は、同じ文章を2カ国語で聞いたり話したりさせ、英語での反応とスペイン語での反応を調べるという、より大きなデータの処理を必要とする。

個々で正直に告白するが、実験の意図やプロトコルなどは完全に理解するのだが、情報処理については全く言われたことを鵜呑みにして紹介している。ただ、読んでみるとこの研究は最初からバイリンガルの人間の脳には両言語に共通の意味潜在空間があるという仮説に基づいており、論文の構成も仮説に向かってぐいぐい引っ張っていくという感じになっている。

要するに同じ内容の文章をスペイン語と英語で聞いたとき、ほぼ同じように反応する神経細胞アンサンブルが存在すれば、意味が表象されると言えるし、両者に反応する神経がほとんど違っていたら、それぞれの言語表象空間が別に形成されるということになる。

まず、文章の中の同じ意味の単語に同じように反応する神経が存在するか調べ、確かに存在することは確認する。例えば friend と amigo に同じように反応する神経が、リスニングでも発話でも確認できる。即ち言葉にかかわらず意味を同じように処理する仕組みが存在する。

これまでならこの結果で終了だったが、LLM 時代で、単語の意味を与える文章のコンテキストを多言語 BERT に、今回記録された2カ国語の文章をインプットして、ベクター化している。使ったのは700次元ぐらいのトークンを、12層のニューラルネットワークで処理している。このぐらいの大きさだと、各層でのインプットされた2カ国語の文章がどう処理されているか分析が出来るが、この結果最終層に一つ前、11層で2カ国語はよく似た潜在空間での分布を示すことがわかった。即ち、dog と perro はほとんど同じ位置にあり、また他の単語との距離、例えば cat と wolf を比べると wolf の方が dog に近い関係が、スペイン語でも見られることを示している。即ち、11層で意味空間が単語同士の距離の幾何空間を形成していることになる。

そして、それぞれの文章を聞かせたとき反応した神経細胞を相関させると、神経細胞が形成する2カ国語共通の意味空間が形成できたと結論している。重要なポイントは、最初単語レベルで神経細胞に対応できる結果を紹介してしまったが、実際には dog に反応しても perro にほとんど反応しない細胞の方が多い。しかし、ニューロン全体の形成する潜在空間で見ると、dogvs wolf, perro vs lobo と言ったように各単語の関係性は極めてよく保存されており、ほぼ同じ意味空間が神経細胞により形成されていると結論している。

以上の結果から、バイリンガルでは考える時にどちらの言語を使うかではなく、同じ意味空間から生成される意味を異なる言葉にデコードすることになる。ただ、我々の様にバイリンガルではなく、ある程度習熟していても英語を外国語として感じる場合も共通の意味空間が形成されるのだろうか。私の頭の中には日本語だけでも意味空間が形成されているはずで、新しい外国語がどこまでこの意味空間にアクセスできるのかが習熟の鍵なのかもしれない。バイリンガルを考えることで、様々な可能性が広がる。

今後バイリンガルの方の失語症も面白い気がする。例えば意味空間が壊れた場合と、デコード過程の壊れた場合の患者さんの研究も可能になる気がする。いずれにせよ、生成AIの進歩により、言語研究が加速していることは実感する。

ガンのペプチドワクチンは、通常樹状細胞のクラスII MHC ( MHC II ) に提示される。従って、CD4T細胞を抗原特異的に活性化する。一方で、ガンを直接殺す細胞はCD8キラーT細胞で、これはガン特異的なネオ抗原と MHC I との結合体を認識する。とすると、ペプチドワクチンではガンを殺せないことになる。これに対して、キラー活性を持ったCD4T細胞の存在、あるいはクロスプレゼンテーションと呼ばれる小胞体輸送システムによる MHC I へのロード、更にはトロゴサイトーシスト呼ばれるガンの膜成分を樹状細胞の膜成分に取り込むメカニズムなど、複雑なメカニズムが提案されてきた。

これに対し今日紹介する米国国立衛生研究所からの論文は、ガン抗原に反応するが、ガンを直接殺すことのないCD4T細胞によるガン抑制機構を、ともかく徹底的に単純化した実験系で明らかにした研究で、6月18日 Science に掲載された。タイトルは「CD4 + T cells impair tumor growth through IL-3 and TNF-dependent vascular damage（CD4T細胞はガンの増殖をIL-3とTNFによる血管損傷を通して抑える）」だ。

これまで多くの研究はCD4T細胞が自ら、あるいはCD8T細胞を介してガンを殺すメカニズムに焦点を当てていたが、この研究の特徴はガン抗原特異的なCD4T細胞が直接ガンを殺すことが無いというユニークな実験系を使っている。まずガンに古くから免疫学で用いられているLCMウイルスを感染させ、このウイルス抗原だけがガン抗原として働く系を用いている。

次にCD4T細胞だが、LCMV が処理されて MHC II に提示されたときのみ反応するモノクローナルCD4T細胞 (smarta) を用いている。ガン自体は MHC II を発現しないので smarta にキラー活性があったとしても直接殺すことはない。また、ガン局所で smarta が活性化するためには、ガン細胞が樹状細胞により処理され、その過程でLCMVペプチドが樹状細胞の MHC II に提示することが必要になる。

そして、免疫細胞が全く存在しない（場合によってはNK細胞も存在しない）マウスにガンを移植し、そこに smarta を注射してガンが抑えられるかを見ている。これによって、T細胞が免役される過程は全てスキップして、ガン抗原に反応する smarta 以外に全くリンパ球の存在しない条件で、smarta のガンに対するエフェクター機能だけを調べることができる。

この直接ガンを殺すことがない smarta でも、ガンの増殖を抑えることができ、このエフェクター機能に他のT細胞やNK細胞は全く必要ない。ではどのようにして抗ガン作用が発揮されるのか？空間トランスクリプトーム解析とホストの遺伝子ノックアウトを組み合わせて到達したシナリオが以下になる。

まず、smarta がガン局所でおそらくLCMV抗原ペプチドを提示した樹状細胞に反応すると、当然Th1型の様々なサイトカインが誘導されるが、その中のIL-3だけがこのシステムでの抗ガン作用に必須で、これにより smarta 周囲にマクロファージを集積させる。

こうして集まったマクロファージは、IL-3の作用によりTNFを分泌する。Tumor necrosis factor と名前がついているが、このセッティングでは腫瘍を直接傷害することは全くなく、代わりに受容体を発現している血管内皮や周囲細胞を傷害することで、ガンの周囲のみで血管が破綻し、赤血球が流出する。これにより、急速な酸素、栄養障害が誘導される結果、ガン細胞は低酸素環境に適応する暇なく、壊死に陥る。

Single cell RNA seq や空間トランスクリプトーム解析を用いてはいるが、かなりオーソドックスな免疫研究で、CD4T細胞は、直接ガンを殺さなくても、また他のT細胞のキラー活性を助けなくとも、それ自身で局所での刺激でガンの血管を破綻させてガンの増殖を抑制できると言う結果は新鮮だ。

もちろんこれほど単純化した条件が、実際のガン免疫にどこまで適用出来るのかは難しい問題だ。しかし、単純化してみることで、これまで考えたことのない景色が見えたということも重要で、自分のガンも含めてガン免疫を考える時には是非考慮したい論文だと思う。