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恐怖!脳の活動を低下させるウイルス

現在、世界的にエボラウイルスが流行中です。エボラは割合早い段階から症状が出てきて、出た場合は非常に重篤な症状が出やすく危険な感染症です。一方で、感染したことに気づかないようなウイルスの感染も怖いもの。今回、感染しても病気のような症状は何も出ないけど、脳の活動を下げるウイルスが存在しているということが明らかになりました。しかも、藻類のようにヒトから大きくかけ離れたものにも感染するウイルスとのことです。

今回のウイルスはATCV-1というもの。数年前に初めて人の脳内に存在することが確認されたウイルスです。ただし、このときには生きているときからいたものなのか、死んでから感染したものかというのは不明でした。今回精神疾患のある生きている患者ののどから発見されました。もともとは精神疾患に関わる病原菌を調べていて、データベースから調べてみたところ、通常なら川などにいる藻類に感染するATCV-1を見つけました。
もとは精神疾患のある人から見つかりましたが、健康な人ではどうか調べたところ、実に43%の人が感染していることが分かりました。さらに驚くべきことは感染しているひとは映像処理を必要とするテスト(例えば数字がランダムに散らばっていて、1から順番に線を引いてつなげていくなど)では10%ほど成績が下がったそうです。影響はそれほど大きいわけではありませんが、有意な差がありました。ちなみに映像処理能力に影響を及ぼしそうな因子(喫煙、学力、収入、性別、出身地、人種)では有意な差は無かったそうです。さらにこのウイルスの感染と映像処理能力の因果関係を調べるために、このウイルスに感染したあるいは感染していない藻類をマウスの口に注入しました。すると、脳の海馬の遺伝子発現に変動が起きており、認知機能の低下も確認されました。

藻類とヒトでは生理学的に大きく異なるのですが、どちらにも感染できるとなると広宿主性がすごいです。影響はあまり大きくないとはいえ、実は私たちが知らないだけでこのようなウイルスや細菌がいるかもしれないと思うと怖いです。でもそれなら脳の活動を促進するウイルスとかがいても良いんじゃないかとポジティブシンキングをしてみる。

元の論文
Chlorovirus ATCV-1 is part of the human oropharyngeal virome and is associated with changes in cognitive functions in humans and mice
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テーマ:海外ニュース - ジャンル:ニュース

ガンは”伝染”する

今回ガンに関する新たな知見が得られました。ガンは健康な細胞を小さなRNAによってがん細胞に変えてしまうという物です。

ガンに限らず、細胞はエキソソームと呼ばれる小胞を分泌しています。中身はタンパク質やRNA、DNAなどで、不要物を捨てたり、細胞間のコミュニケーションを行うためと考えられています。ただ、ガン細胞は正常細胞よりもエキソソームが多いと報告されていました。そこで、今回の実験ではまず中身を調べてみました。すると、正常細胞よりも遺伝子発現抑制に関わるmiRNAが多いということが分かりました。ガンのエキソソームを取り出し、正常細胞に混ぜると遺伝子発現に変動が見られました。さらにヒトの乳がん細胞のエキソソームと正常な細胞を混ぜ、マウスに注射すると腫瘍が形成されました。正常細胞由来のエキソソームやmiRNAを作れない遺伝子改変細胞由来のエキソソームではこのようなことは起きませんでした。以上のことからガンのエキソソーム内のmiRNAがガン化を誘導しているという内容でした。

ガンは基本的に遺伝的な変異によるものが多く、ウイルスの「感染」によるものも知られていましたが、ガンからガンへ「伝染」するというのは新しく、非常に面白い考えではないでしょうか。もしかしたらガンの転移の原因になっている可能性もあります。ただし、正常細胞にどの様な変化を起こしているのか不明な部分も多く、さらに体内では正常細胞が圧倒的過半数であり、ガン由来のエキソソームを狙った薬というのは簡単ではないと思われます。どちらかというとガンの進行のモニタリングのためのマーカーという使い方のほうが使いやすいかもしれません。

元の論文
Cancer Exosomes Perform Cell-Independent MicroRNA Biogenesis and Promote Tumorigenesis

テーマ:テクノロジー・科学ニュース - ジャンル:ニュース

難聴マウスを治す

ヘビーメタルやハードロックのファンに朗報です。大音量の音を聞き続けたことによって聴力がおちたマウスを治すことに成功しました。ただし、遺伝子工学的な手法を使ったものですので、実際に臨床の場での治療はまだまだ先ですが。

そもそもなぜ、大きな音を聞き続けると聴力が落ちるのでしょうか。人が音を感じるまでの経路は

鼓膜が振動→3つの耳小骨(ツチ骨、キヌタ骨、アブミ骨)が振動→うずまき管のリンパ液に波動がおこり、うずまき管の基底板が振動→有毛細胞その振動を感知し、聴神経の蝸牛神経に伝える→神経を通って脳へ

となっています。しかし、大音量の音を聞くと有毛細胞という毛のような形をした細胞が傷つき、音を感知できなくなってしますのです。鳥とかだと傷ついても勝手に治るのですが、ヒトの場合治りません。そこで、これを解決するために今回注目したのはNT3 (Neutrophin-3)というタンパク質。このタンパク質は有毛細胞から脳へシグナルを伝達する際に、その間にあるリボンシナプスという構造を通るのをサポートしています。そこでNT3を難聴マウスで遺伝子工学的に発現させたところ、コントロールよりも聴力が回復したそうです。

同じタンパク質がヒトにもあるため、おそらくNT3を発現させるというのは人でも有効な戦略だと思います。もっと手軽に薬などでNT3の発現を誘導できると良いですね。
NIHL-FS-Stereocilia.jpg
(有毛細胞。画像元はこちら)
元の論文
Neurotrophin-3 regulates ribbon synapse density in the cochlea and induces synapse regeneration after acoustic trauma

時差ボケする腸内細菌

体内時計が狂うことで起きる時差ボケ。海外に行ったときはしんどい現象です。もしかしたらしんどいのは私たちだけでなく、おなかの中の腸内細菌も同じかもしれません。今回、時差ボケすると腸内細菌の構成が変化し、代謝に影響を与えているという報告がありました。

体内時計は人に限らず、細菌も含めた多くの生物で備わった機能です。哺乳類の体内には腸内細菌などが存在していますが、ホストと腸内細菌の体内時計の関係というのは不明でした。今回の研究ではイスラエルのチームがホストであるマウスの食事のタイミングによって腸内細菌の量が変動することを示しました。しかしながら、遺伝的にマウスの体内時計を破壊したり、8時間ほどシフトさせると、腸内細菌のリズミカルな変動が消え、さらにその構成も変化していました。
次に時差ボケ状態とそうでない普通のマウスに高脂肪食を与えました。時差ボケマウスは普通のマウスよりも、体重が増えやすく、肥満の疑いが強くなっていました。人の場合、時差ボケするくらいの長距離移動の前後を比較してみると、フィルミクテス門というメタボにかかわるとされる細菌が増えていました。

ホストの時差ボケによって腸内細菌の構成に影響を与えていることが判明しました。食事のタイミングをコントロールすることで、時差ボケを解消できたり、最小限にとどめることができると言われていますが、食事のタイミングによって腸内細菌の構成が変化していることとのかかわりもあるのかもしれません。もしかしたら腸内細菌がホストの体内時計をコントロールしているというところもあるのかもしれません。

元の論文
Transkingdom Control of Microbiota Diurnal Oscillations Promotes Metabolic Homeostasis

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lncRNAの生理学的な役割

普段は新しく出版された原著論文を紹介していますが、今回は個人的な備忘録代わりの投稿です。

今回読んだ(斜め読みだけど)のはPhysiological roles of long noncoding RNAs: insight from knockout miceというレビュー。cellのウェブページ見てたら目に止まったので読んでみた。

まずnon-coding RNA(ncRNA)はタンパク質に翻訳されないRNAのこと。タンパク質コードされている遺伝子がヒトゲノムの2%程度といわれるのに対し、ncRNAは62-75%と非常に広い。ncRNAは長さによって分類されることが多く、昔から知られているtRNAや比較的新しいmiRNAなどは短いものである。今回のレビューで注目しているのは200ntを超えるような長いlong ncRNA (lncRNA)のほう。

タンパク質をコードする遺伝子と比較した時のlncRNAの特徴は
①発現レベルが低く、転写後は核内にとどまる事が多い
②タンパク質コード遺伝子よりも細胞種特異性が高い
③配列自体は進化的には保存されていないものの、プロモーター等は保存されており、シンテニーが同じ機能を有している

機能としては多くの場合、その配列情報と構造的な自由度の高さから、クロマチンを介した遺伝子発現制御に関わることが多い。lncRNAはDNAと配列のペアリングによってくっつけるし、タンパク質とは特殊な2次構造を介してくっつくことが出来る。そのため様々なタンパク質をDNAの特定の部位にリクルートしていると考えられている。

タンパク質コーディング遺伝子の場合、塩基の置換やインデルなどによる変異によって引き起こされる生理学的な変化から見つかってきたが、lncRNAの場合、そのようにして見つかったのはレア。考えられる理由としては単純に配列自体はさほど重要ではない(進化的にも保存されていないし)、組織の複雑性などに重要であり、無くてもどうにかなってしまう、冗長であるなどが考えられる。では現在どの様にしてlncRNAの生理学的な、in vivoでの役割を調べられているのか。lncRNAはORFもないし、ノックダウンが効きにくい。そこで主にノックアウトによる研究が進んでいる。

ストラテジーとしては3つあり、lncRNA全体をcre-loxpで削除する、プロモーターを削除する、ポリAシグナルを転写開始点のすぐ下流に挿入して転写を強制終了させるというもの。どの方法も一長一短あり、最初の方法はエンハンサーやプロモーターなどのシス制御因子が含まれていれば、lncRNAが無くなった事よりもシス制御因子がなくなったことで他の遺伝子の発現が変動したことによる影響が考えられるし、プロモーターを削除するのはシス制御因子を削除してしまう危険は低いものの、mRNAのコード領域付近では使えないし、オルタナティブプロモーターの可能性があり、他のアイソフォームは発現が下がらない可能性がある。ポリAシグナルの挿入は、挿入部位を慎重に選ぶ必要があり、ポリAシグナルが入っても全長は短くなるとはいえlncRNAの機能が維持されてしまう可能性もある。

現在分かっているlncRNAの役割についてまとめている。今回は組織の発生やパターニングに関わるHOTAIR, Fendrrや他にも生存や成長に関わるTsix, Jpx、免疫機構に関わるNeST、病気とのつながりがはっきりしているXist, Malat1などを解説している、詳細は省きます。

今のところ生理学的な役割が分かっているlncRNAはごくわずかで、この分野の研究は始まったばかり。実は大切ではないものも含まれているかもしれないし、ノックアウトしても冗長であるため表現型に変化も無いかもしれない。他にもlncRNA研究特有の難しさがある。 それでも特殊な化学標識アンチセンスオリゴなどの研究が進めばlncRNA研究も進むだろう。とのこと。


マウスに人の小腸を作らせることに成功

再生医療が実現しつつあるのですが、まだまだ課題も多いのがこの分野。例えば機能を有する器官を幹細胞から作るというのは簡単ではありません。今回、アメリカのチームがマウスにヒトの小腸を作らせることに成功しました。

これまでもES細胞やiPS細胞から腸組織を作る研究はもちろん行われてきました。一応小腸のようなものは出来るのですが、成長と共に生理学的な変化や構造的な変化があったり、機能が不完全になったりしてしまうものでした。方法としてはin vitroで増殖させた腸のような組織をマウスの腎組織へ移植すると、成熟が進み、機能的な小腸が出来上がるというもの。形態等をみても陰窩や絨毛の様な物が出来ていました。さらに粒子の血液中への吸収や消化酵素活性といった腸としての機能も見られました。さらにホストであるマウスの腸を外科的に削除すると、移植したヒトの腸が成長・適応し、マウスの血中のシグナルにも反応するということが分かりました。

この成果は腸の発生や生理学的な研究、さらに新薬の開発にも大いに役立つものと思います。発生生物学とかの分野は進歩が著しいですね。

元の論文
An in vivo model of human small intestine using pluripotent stem cells

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植物に学んだ心臓

日本を中心にiPS細胞等を用いた再生医療が盛り上がっていますが、実際に多くの人がその技術の恩恵を享受するのはまだまだ先の話。例えば現在のところ心臓に問題があれば、心臓を再生するよりも人工の心臓弁のような人工物で補うという方法がとられます。ただ、一つ問題があってこういった装置の表面に血液の細胞などがくっつき、塊が出来て血栓となり、血液が流れなくなってしまうことが起きることがあります。今回、そういった塊が出来にくいようにするコーティング技術が開発されました。

今回の方法は食虫植物が使う方法を参考にしています。食虫植物の口(という表現でいいのかな?)の中は、虫が入ったときに奥にすべる落ちるようにつるつるになっています。筆者らはこれに倣い、パーフルオロカーボンというもので二層にコーティングしました。パーフルオロカーボンでコーティングしたチューブを豚に移植してみたところ、抗血液凝固剤なしでも塊が出来きないことが確認できました。

塊が出来るのは血液の細胞だけでなく、微生物によるものの場合もあり、微生物も塊を作りにくくなっていたそうです。体内に埋め込む機器だけでなく、血液に触れる色々なものに応用できそうです。

元の論文
A bioinspired omniphobic surface coating on medical devices prevents thrombosis and biofouling

バッテリーが爆発する前に教えてくれる装置の開発

世の中のエコの流れからハイブリッドカーや電気自動車が開発されてきました。これらの車の電力の源になっているのがリチウムイオンバッテリー。従来のバッテリーと比べて小型で軽量でありながら大容量というのが特徴です。今では車だけでなく、スマホやPCのような小型の機器、飛行機のような大型の乗り物にまで使われています。ところが一つ問題があって、たまに爆発してしまうことがあります。某国産の安物のスマホ用バッテリーが発火したとかだけでなく、昨年は飛行機のボーイングに搭載されているバッテリーが燃え出したなんて事件もあります。今回はバッテリーが爆発する前に教えてくれる装置を作ったという話です。

まず、リチウムイオン電池の仕組みから話しましょう。基本的には陰極が酸化リチウムで陽極がグラファイトでできています。陽極と陰極の間には多孔質のポリマーの膜があり、イオンはこの間を行き来できるようになっています。これにより電気が流れるようになっています。問題となるのは、過充電してしまうと、陽極側にデンドライトとよばれる、小さなリチウムのとげのようなものが生えてしまい、ポリマーの膜を突き抜けて陰極へと行ってしまうことがあります。すると、デンドライトを介した短絡回路が出来上がり、熱を発生させ、最悪炎上につながります。デンドライトができないように工夫しているのですが、やはりできなくするのは難しいというのが現状です。そこで、筆者らは、ポリマーの膜を厚さ50nmの銅の膜で両側からはさみ、電圧を測定するというものです。もしデンドライトができ、セパレーターの膜までやってくると陽極と銅の膜の間の電圧がゼロに下がり、寿命であることを知らせてくれるというもの。

本当は炎上しないバッテリーが一番だけど、今のところ仕方ないといった感じ。現在、リチウムイオン電池のような大容量バッテリーの需要は増えていますし、安全に使用できるというのは非常に重要な点ではないかと思います。原理的にはシンプルだし、アイディア勝ちですね。

元の論文
Improving battery safety by early detection of internal shorting with a bifunctional separator

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キーボードでその人の心を読み取る

人は心の生き物なんていいますが、人の心の中は誰にも分かりません。場合によっては自分自身でも分からないことさえあります。さてそんな感情を客観的に評価するために、PCのキーボードを使うという方法について論文が発表されました。

人間、そのときの感情がタイピングの仕方や言葉の選び方を左右するものです。起こっている時にPCを使えば、ついつい叩きつけるようにキーボードをうち、汚い言葉を選びがちになるものだろうとの考えに基づいています。そこで、使用者のタイピングパターンや使う語彙を機械学習アルゴリズムで解析するという方法をとりました。この方法により、喜び、恐怖、怒り、悲しさ、猜疑心、恥、罪の意識を認識します。よろこびや怒りは特に認識しやすく、それぞれ87%、81%の正確性で認識できました。

そんな私はこの論文を見ながら、ユニークだと思う気持ちや信じている気持ちと少しの疑いの気持ちがあります。はたしてこの論文の手法ではこんな心の中まで検出できるのでしょうか。どのくらい細かく感情を検出できるか興味あります。

元の論文
Identifying emotion by keystroke dynamics and text pattern analysis

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1型糖尿病が幹細胞が使える?

糖尿病には1型と2型があり、日本にいる糖尿病患者はほとんどが2型だそうです。1型は2型と違い、すい臓のβ細胞が壊れていて、インスリンが作れません。そのため、ライフスタイルを原因とする2型と異なり、1型は子供のときに発症しやすく、さらに運動や食事による療法がほとんど効かず、インスリンによる対処療法しかありません。今回、幹細胞からβ細胞を作り出すことに成功しました。

1型糖尿病患者でなぜβ細胞が破壊されるのか不明な部分もありますが、免疫機構がβ細胞を破壊してしまう、自己免疫疾患の一種であると考えられています。以前から機能的なβ細胞をES細胞などから作製する研究は行われてきましたが、β細胞の前駆体を作りその後分化させる方法で、機能的なβ細胞を作るのは時間とお金がかかるうえ、前駆体からの分化効率も低い方法でした。今回は、ダイレクトにES細胞等からβ細胞を作る方法です。その方法の詳細は省きますが、5種類の培地と11個の化学因子を加えるなど非常に複雑なものです。出来上がった細胞は形態や様々な特徴が普通のβ細胞と非常に良く似ていました。作製したβ細胞を高血糖マウスに移植すると、急速にグルコース値が下がったそうです。

ただ、1型糖尿病の特徴である免疫系によるβ細胞への攻撃を防げるわけではありません。自身のiPS細胞からβ細胞を作って移植すれば免疫系の攻撃対象となるし、他人由来のES細胞から作れば非自己と認識されると思われます。ただ、どうして自身の免疫系が攻撃するかという研究に使えるかもしれません。

元の論文
Generation of Functional Human Pancreatic β Cells In Vitro

テーマ:自然科学 - ジャンル:学問・文化・芸術

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