ラトガース大学の研究者らは、モーションセンサー付きのスニーカーを履いた人の微細な動きを調べることで、自閉症や健康問題に関連する遺伝性疾患「脆弱性X症候群」と「SHANK3欠失症候群」を歩行パターンと関連付けることに成功した。2021年10月22日にScientific Reports誌のオンライン版に掲載されたこの方法は、臨床診断の15~20年前に歩行障害を検出するもので、脳の構造と機能を維持するための介入モデルの開発に役立つ可能性がある。このオープンアクセス論文は、「因果関係予測モデルの最適なタイムラグが神経系病理の層別化と予測に役立つ(Optimal Time Lags from Causal Prediction Model Help Stratify and Forecast Nervous System Pathology)」と題されている。ラトガース大学ニューブランズウィック校の心理学教授であり、同大学の感覚運動統合研究室の室長であるElizabeth Torres博士は、「歩行パターンは健康状態を示す特徴の一つだが、脆弱性Xのような疾患の歩行症状は、目に見える形で現れるまで何年も肉眼では見えないことがある」「手足が長い、短いなどの解剖学的な違いや疾患の複雑さなどの問題があるため、歩行パターンを用いて、年齢や発達段階の異なる人々に影響を与える神経系疾患を広くスクリーニングすることは困難であった」と述べている。
進化生物学において、1950年代に提唱された「生活史理論」は、環境が整っているときには、生物が使用する資源は成長と繁殖に充てられるとしている。逆に、敵対的な環境下では、エネルギーの節約や外部からの攻撃に対する防御など、いわゆる維持プログラムに資源が振り向けられる。ジュネーブ大学(UNIGE)の科学者らは、この考えを、自己免疫疾患の原因となる免疫系の異常な活性化という特定の医学分野に発展させた。研究チームは、多発性硬化症のモデルマウスを用いて、寒さにさらされた生体が、免疫系から体温維持に資源を振り向ける仕組みを解明した。実際、寒さの中では、免疫系の有害な活動が減少し、自己免疫疾患の進行が大幅に抑制された。この結果は、Cell Metabolism誌の表紙を飾っており、エネルギー資源の配分に関する生物学的な基本概念に道を開くものである。この研究論文は、2021年10月22日にオンライン公開され、「寒冷環境下での免疫系リプログラミングによる神経炎症の抑制 (Cold Exposure Protects from Neuroinflammation Through Immunologic Reprogramming)」と題されている。自己免疫疾患は、免疫系が自分の体の器官を攻撃することで起こる。例えば、1型糖尿病は、インスリンを分泌する膵臓細胞が誤って破壊されることで起こる。多発性硬化症は、中枢神経系(脳と脊髄)の最も一般的な自己免疫疾患だ。この病気は、神経細胞を保護するミエリンが破壊されることが特徴で、ミエリンは電気信号を正しくかつ迅速に伝達するために重要な役割を果たしている。ミエリンが破壊されると、麻痺などの神経障害が生じる。
モザンビーク内戦(1977年~1992年)で象牙の密猟が激しく行われた結果、アフリカゾウのメスは個体数が激減する中で牙を持たなくなり、その結果、密猟を受けても生き残る可能性が高い表現型になったとプリンストン大学の研究者らは報告している。今回の研究成果は、人為的な捕獲が野生動物の個体群に及ぼす強力な選択力に新たな光を当てるものだ。食用や安全のため、あるいは利益のために、生物種を選択的に殺すことは、人類の人口や技術が増加するにつれ、より一般的で激しくなってきている。そのため、人間による野生動物の利用は、対象となる種の進化において強力な選択的推進力となっていることが示唆されている。しかし、その結果、どのような進化を遂げたのかは、まだ明らかになっていなかった。本研究成果は、2021年10月22日発行のScience誌に掲載された。このオープンアクセス論文は、「象牙密猟とアフリカ象における無牙の急速な進化(Ivory Poaching and the Rapid Evolution of Tusklessness in African Elephants)」と題されている。
バージニア・コモンウェルス大学の研究者Arun Sanyal博士(MD)が主導する縦断的な全国調査によると、肥満、糖尿病、および関連する障害によって肝臓の瘢痕化が進んだ人々が、肝臓疾患で死亡していることが明らかになった。この研究結果は、2021年10月21日発行のニューイングランド・ジャーナル・オブ・メディシン誌に掲載され、特に2型糖尿病を持つ人々の肝臓疾患の検査に新たな緊急性をもたらすとともに、非アルコール性脂肪性肝疾患の将来的な治療法のロードマップを作成し、疾患が進行した人々の肝臓移植を防ぐことを目指している。NEJM誌に掲載されたこの論文は、「成人の非アルコール性脂肪性肝疾患の予後に関する前向き研究(Prospective Study of Outcomes in Adults with Nonalcoholic Fatty Liver Disease)」と題されている。VCUヘルスの肝臓病専門医であるSanyal博士は、「この研究は、非アルコール性脂肪性肝疾患患者の転帰の真の割合を初めて明確に示したものだ。」「この研究は、米国糖尿病協会が最近発表した、肝臓疾患のスクリーニングを開始するというガイドラインに歯止めをかけ、スクリーニングをより主流にするものだ」と述べている。
2021年10月18日に発表された新しい研究結果によると、貧困状態は、遺伝子発現の変化を通じてヒトの心血管や免疫系の健康に影響を与える可能性があり、その影響は女性と男性で異なることが示唆された。この研究結果を米国人類遺伝学会2021年仮想年次総会(10月18日~22日)で発表したウェイン州立大学(ミシガン州)の遺伝学者であるNicole Arnold博士によると、貧困のような社会経済的な代表的な要因が、遺伝子の活動や健康に影響を与える可能性が浮き彫りになった。このArnold博士らのASHGアブストラクトは「健康維持のためのコスト:遺伝子発現の違いによる貧困の関連性(The Cost of Good Health: Poverty Association with Differential Gene Expression)」と題されている。多くの生物医学的および社会科学的研究が、疾病リスクや回復力に対する社会的要因や遺伝的要因の役割を決定することの複雑さを記録している。最近の研究では、これらの要因がエピジェネティクスと呼ばれる生物学的メカニズムによって相互に関連する可能性があることも明らかになっている。このような遺伝子発現の変化は、社会経済的な要因と相関している可能性がある。
2021年10月18日に開催された米国人類遺伝学会(ASHG)2021年バーチャル年次総会で、ミシガン大学の研究員であるWei Zhao博士が発表した新しい研究によると、アルコールとタバコの使用は、成人の「エピジェネティック年齢」の上昇と関連し、男性の大量のアルコール使用は、子孫のエピジェネティック年齢の加速の上昇と関連していた。アルコールやタバコの使用が、エピジェネティックな変化を通じて、個人の健康だけでなく、子孫の生物学的健康にも影響を与えることはよく知られている。エピジェネティックな変化とは、遺伝子の発現に影響を与えるが、DNAの塩基配列は変化しない変化のことで、「エピジェネティック年齢」とは、ゲノムに沿ったエピジェネティックなパターンに基づいて生物学的年齢を推定することだ。今回の研究では、物質乱用の発症に関する世界で最も長期にわたる研究であるミシガン縦断研究のデータを用いて、アルコールとタバコの使用がエピジェネティック年齢にどのような影響を与えるかを調べた。このZhao博士らのアブストラクトは、「ミシガン縦断研究におけるアルコール使用とタバコ喫煙のエピジェネティックな加齢加速に対する性差および世代差の影響(Sex-Specific and Generational Effects of Alcohol Use and Tobacco Smoking on Epigenetic Age Acceleration in the Michigan Longitudinal Study)」と題されている。
米国人類遺伝学会(American Society of Human Genetics)の第20回年次総会(10月18日~22日)で発表された新しい研究結果によると、DNAの発現制御機構のわずかな変化が、年代、性別、寿命と相関していることが明らかになった。これらの知見は、長寿の研究に新たな道を開くとともに、哺乳類の進化におけるエピジェネティクスの役割や、加齢や寿命に関わる生物学的プロセスについての理解を深めるものだ。エピジェネティックな変化は、遺伝子の変化とは異なり、DNAの塩基配列を変えずに遺伝子の働きに影響を与える。細胞が遺伝子の働きを制御するために用いる一般的なエピジェネティックなメカニズムの1つに、特定のDNA文字(塩基)のメチル化がある。DNAのメチル化レベルは年齢とともに変化し、多くの動物モデルで長寿との関連が指摘されている。このたび、2021年10月18日、カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)の遺伝学者Amin Haghani博士率いるチームは、小型で短命なものから巨大で長寿なものまで、200種以上の哺乳類のDNAメチル化について調査した結果を報告した。このデータセットを解析することで、哺乳類の種の中で、あるいは種を超えて、DNAメチル化と、年代、性別、最大寿命などのさまざまな形質との間に相関関係を確認することができた。Haghan博士らのアブストラクトのタイトルは、「哺乳類の寿命の違いを支えるDNAメチル化パターン(DNA Methylation Patterns Underlying Lifespan Differences in Mammals)」と題されている。Haghani博士は、同僚のSteve Horvath博士とともに、200種の哺乳類から採取したさまざまな年齢層の14,000以上の組織サンプルのDNAメチル化パターンをプロファイリングした。この種には、寿命の短い動物(マウスやラット)や寿命の長い動物(コウモリやクジラ)が含まれていた。このデータを機械学習で解析した結果、年齢、性別、最大寿命、成体の体重など、種の内外でさまざまな形質と相関するメチル化パターンを特定することができた。
動物を見ているだけで、多くのことを知ることができる。しかし、中には暗闇の中で・・・つまり紫外線のついた懐中電灯を使わなければわからない秘密もある。それは、砂地の地下に住む小さなげっ歯類、ホリネズミだ。ジョージア大学(UGA)の研究者らが発表した新しい論文によると、気が強く、孤独で、丸い頬を持つこの動物は、紫外線の下でのみ明らかになる特別な能力を持っているという。ホリネズミは、紫外線を照射すると、色のついた光を放つ生物蛍光体である。画像は、紫外線を照射したホリネズミだ(出典:UGA)。2021年7月19日にThe American Midland Naturalistのオンライン版に掲載されたもので、ホリネズミの生体蛍光が記録されたのは初めてのことだ。UGA Warnell School of Forestry and Natural Resourcesの博士課程を卒業したてで、この研究の筆頭著者であるJ.T. Pynne博士は、数年前にムササビやオポッサムでこの現象を記録した同様の研究を読んで、この可能性に光を当ててみようと思ったという。この新しい論文は「ホリネズミの紫外線生物蛍光(Ultraviolet Biofluorescence in Pocket Gophers)」と題されている。現在、ジョージア州野生生物連合の私有地野生生物学者であるPynne博士は、「私も含めて多くの人が他の動物に興味を持っていた」と語る。そこで、彼は UGA Warnell の動物標本のコレクションに目を向けた。
何百もの癌関連遺伝子が、病気を引き起こす上で、科学者たちの予想とは異なる役割を果たしていることがわかった。腫瘍抑制遺伝子と呼ばれるものは、長い間、細胞の成長を妨げ、癌細胞が広がるのを防ぐことが知られていた。これらの遺伝子に変異があると、腫瘍が野放しになってしまうと科学者らは考えていた。今回、ハワード・ヒューズ・メディカル研究所(HHMI)の研究者であり、ハーバード大学医学部のグレゴール・メンデル遺伝学・医学教授であるStephen Elledge博士(写真)らの研究チームは、これらの欠陥遺伝子の多くが驚くべき新しい作用を持つことを明らかにした。ブリガム・アンド・ウィメンズ病院の遺伝学者でもあるElledge博士らは、100以上の変異した腫瘍抑制遺伝子が、マウスの悪性細胞を免疫系が発見して破壊するのを防ぐことができるとし、その結果を2021年9月17日付でScience誌のオンライン版に報告した。「衝撃だったのは、これらの遺伝子は、単に『成長しろ、成長しろ、成長しろ!』と言っているのとは違い、免疫系を回避するためのものだった」とElledge博士は語った。Science誌に掲載されたこの論文は、「適応型免疫系は腫瘍抑制遺伝子の不活性化の主要な要因である(The Adaptive Immune System Is a Major Driver of Selection for Tumor Suppressor Gene Inactivation)」と題されている。これまでの常識では、腫瘍抑制遺伝子の大部分は、突然変異によって細胞が暴走し、無秩序に成長したり分裂したりすると考えられていた。しかし、この説明にはいくつかのギャップがあった。例えば、これらの遺伝子の多くが変異しても、シャーレの中の細胞に入れても実際には暴走しない。また、異常な細胞を攻撃する能力に長けた免疫系が、なぜ新たな腫瘍の芽を摘み取ることができないのかについても説明がつかなかった。
MITのエンジニアは、Cancer Research UKマンチェスター研究所の科学者と共同で、健康な膵臓細胞または癌細胞を用いて、膵臓の小さなレプリカを成長させる新しい方法を開発した。この新しいモデルは、現在最も治療が困難な癌の一つである膵臓癌の治療薬の開発や試験に役立つと期待されている。研究チームは、膵臓を取り巻く細胞外環境を模倣した特殊なゲルを用いて膵臓の「オルガノイド」を培養し、膵臓腫瘍とその環境との重要な相互作用を研究することができた。現在、組織を培養するために使用されているいくつかのゲルとは異なり、MITの新しいゲルは完全に合成されており、組み立てが容易で、常に一定の組成で製造することができる。「再現性の問題は大きな課題だ」「研究者らは、この種のオルガノイドの培養をより計画的に行い、特に微小環境を制御する方法を模索している」と、MIT School of EngineeringのTeaching Innovation教授であり、生物工学と機械工学の教授でもあるLinda Griffith博士は述べた。
SARS-CoV-2のワクチンが開発されているにもかかわらず、世界的な免疫が達成されるまで、効果的な治療薬が必要とされている。英国マンチェスター大学のAdam Pickard博士とKarl Kadler博士らが、2021年9月9日にPLOS Pathogensのオンライン版で発表した研究によると、FDAで承認されているいくつかの薬剤をCOVID-19感染症の治療に安全に再利用できる可能性が示唆された。このオープンアクセス論文は、「ヒト細胞におけるSARS-CoV-2の複製を遅らせる再利用可能な薬剤の発見(Discovery of Re-Purposed Drugs That Slow SARS-CoV-2 Replication In Human Cells)」と題されている。世界の人口の大部分は未だにワクチンを接種していないが、安全性が証明され、容易に配布でき、SARS-CoV-2の感染拡大を抑えることができる薬剤はほとんどない。この研究者らは、SARS-CoV-2感染症を効果的に治療できる薬剤を特定するために、SARS-CoV-2ウイルスに発光酵素のタグを付けてウイルス量を定量化し、FDA(米国食品医薬品局)が承認している1,971種類の治療薬をスクリーニングした。次に、さまざまな種類のヒト感染細胞を用いて、各薬剤の効果を分析し、各薬剤を投与した後の感染細胞でのウイルスの複製状況を観察した。
コンゴ民主共和国のコンゾ(konzo, 痙性不全対麻痺)多発地域の腸内細菌叢と遺伝子の違いが、加工の不十分なキャッサバを食べた後のシアン化物の放出に影響する可能性があることが、180人の子供を対象とした最近の研究で明らかになった。キャッサバは、開発途上国の5億人以上の人々の食料安全保障に関わる作物だ。リスクの高いコンゾ地域に住む子供らは、腸内のグルコシダーゼ(リナマラーゼ)微生物が多く、ロダナーゼ微生物が少ないことから、この病気に対する感受性が高く、防御力が低い可能性があると、国立小児病院(ワシントンDC)の研究者が中心となって、2021年9月10日にNature Communications誌のオンライン版で研究結果を発表した。このオープンアクセスの論文は、「コンゾの腸内細菌叢について(The Gut Microbiome in Konzo)」と題されている。コンゾは、麻痺を伴う重篤で不可逆的な神経疾患だ。コンゾは、コンゴ民主共和国をはじめとする低所得国の必須作物であるキャッサバ(マニオックの根)の加工が不十分なものを食べた後に発症する。キャッサバには、シアノゲン化合物であるリナマリンが含まれている。グルコシダーゼ活性を持つ酵素は、デンプンを単糖に変換する一方で、リナマリンを分解し、体内にシアン化合物を放出する。
近年の犬の品種改良により、キャバリア・キング・チャールズ・スパニエルに病気を引き起こす変異が含まれており、その中には一般的な心臓疾患である粘液腫性僧帽弁膜症(MMVD)に関連する変異も含まれていた。ウプサラ大学のErik Axelsson博士らは、この新しい知見を2021年9月2日にPLOS Genetics誌のオンライン版で発表した。このオープンアクセス論文は、「犬種形成の遺伝的帰結-キャバリア・キング・チャールズ・スパニエルの粘液性僧帽弁疾患に関連する不自然な遺伝的変異の蓄積と突然変異の固定化(The Genetic Consequences of Dog Breed Formation-Accumulation of Deleterious Genetic Variation and Fixation of Mutations Associated with Myxomatous Mitral Valve Disease in Cavalier King Charles Spaniels)」と題されている。過去300年にわたる犬の繁殖により、様々なサイズ、形状、能力を持つ驚くべき多様性を持った犬種が誕生した。しかし残念なことに、この過程で多くの犬種が近親交配し、遺伝性疾患を受け継ぐ可能性が高くなっている。今回の研究では、最近の繁殖方法によって、犬の病気を引き起こす変異体の数が増えているかどうかを知りたいと考えた。研究チームは、ビーグル、ジャーマンシェパード、ゴールデンレトリバーなど、一般的な8つの犬種のうち、20匹の犬の全ゲノム配列を決定した。その結果、最も強い交配が行われたキャバリア・キング・チャールズ・スパニエルは、他の犬種よりも有害な遺伝子変異が多いことがわかった。
片頭痛に悩まされている人は2型糖尿病になりにくく、また、糖尿病になった人の中には片頭痛になりにくい人もいる。今日、これらの疾患の関連性を研究している科学者らが、片頭痛の痛みを引き起こすペプチドが、マウスのインスリン分泌に影響を与えることを報告した。おそらく、分泌されるインスリンの量を調節したり、インスリンを産生する膵臓細胞の数を増やしたりすることで、インスリンの分泌に影響を与えるのだろう。この発見は、糖尿病の予防や治療法の改善につながる可能性がある。アメリカ化学会秋季大会(ACS Fall 2021)でその研究成果が発表された。ACS Fall 2021は、8月22日~26日にバーチャルと対面で開催されたハイブリッドミーティングで、オンデマンドコンテンツは8月30日~9月30日に配信される。この会議では、幅広い科学のトピックに関する7,000件以上の発表が行われた。「片頭痛は脳で起こり、糖尿病は膵臓に関連しており、これらの臓器は互いに離れている」と、本プロジェクトの研究責任者であるテネシー大学のThanh Do博士は述べた。Do博士は、「糖尿病と脳の間には逆の関係があるという論文が数多く発表されたことから、このテーマに関心を持つようになった」と語る。
家庭菜園や農家にとって、草食昆虫は彼らの努力や作物の収穫を妨げる大きな脅威となっている。これらの昆虫を捕食する捕食昆虫は、害虫が感知できる匂いを発し、害虫は食べられないように行動を変え、さらには生理的にも変化する。従来の農薬に対する昆虫の耐性が高まる中、このたびペンシルバニア州立大学の研究者らは、捕食者が発する「恐怖の匂い」をボトルに詰めて、刺激の強い物質を使わずに自然に破壊的な昆虫を撃退・撹乱する方法を開発したと報告した。 2021年8月25日、アメリカ化学会の秋季大会(ACS Fall 2021)でその研究成果が発表された。ACS Fall 2021は、2021年8月22日~26日にバーチャルと対面(アトランタ)で開催されたハイブリッド会議で、オンデマンドコンテンツは2021年8月30日~9月30日の間、視聴できる。この会議では、幅広い科学トピックに関する7,000件以上のプレゼンテーションが行われた。危険な状況を回避するために、感覚を働かせることは珍しいことではない。人間は火事を視覚や嗅覚を使い脅威を察知することができる。獲物となる生物が捕食の脅威を検知できることを示唆する、リスクに対するこのような行動反応の証拠が、分類群を超えて存在しているが、特に昆虫の場合、検知のメカニズムはあまりよくわかっていなかった。
エクソソームとは、細胞がデリケートな分子を保護し、全身に届けるために作るナノサイズの生体カプセルである(他にも機能がある)。エクソソームは、酵素による分解や、腸や血流中の酸性度や温度の変化にも耐えられる丈夫なカプセルであり、ドラッグデリバリーの候補として期待されている。しかし、臨床レベルの純度を達成するためにエクソソームを採取するのは、複雑なプロセスを要する。バージニア工科大学(VTC)のFralin Biomedical Research Instituteの教授であり、Center for Vascular and Heart ResearchのディレクターであるRob Gourdie博士は、「エクソソームは牛乳に豊富に含まれているが、他の乳タンパク質や脂質から分離するのは困難だった」と述べている。Gourdie博士の研究室では、殺菌していない牛乳からエクソソームを採取するスケーラブルな方法を開発した。Nanotheranostics誌に掲載されたこの精製方法を用いることで、研究チームは1ガロンの未殺菌牛乳に対して約1カップの精製されたエクソソームを抽出することがでたという。このオープンアクセス論文は、「牛乳から高品質な精製低分子細胞外小胞をスケーラブルに製造するための新規プロトコル(Novel Protocols for Scalable Production of High Quality Purified Small Extracellular Vesicles from Bovine Milk)」と題されている。Gourdie博士は、Commonwealth Research Commercialization Fund Eminent Scholar in Heart Reparative Medicine Researchや、Virginia Tech College of EngineeringのBiomedical Engineering and Mechanicsの教授も務めている。
現在のCOVID-19を引き起こすウイルスは、はるか昔の2019年12月に最初に人々を病気にしたウイルスと同じではない。現在流行している亜種の多くは、元のウイルスに基づいて開発された抗体ベースの治療薬の一部に部分的に耐性を持っている。パンデミックが続くと、必然的にさらに多くの亜種が発生し、耐性の問題は大きくなる一方だ。ワシントン大学医学部(セントルイス)の研究者らは、広範囲のウイルス亜種に対して低用量で高い保護効果を示す抗体を発見した。さらに、この抗体は、ウイルスの亜種間でほとんど違いのない部分に結合するため、この部分で耐性が生じる可能性は低いと考えられるという。本研究成果は、2021年8月18日にImmunity誌のオンライン版に掲載され、ウイルスが変異しても効力が失われにくい、新しい抗体ベースの治療法の開発に向けた一歩となる可能性がある。この論文は、「SARS-CoV-2を強力に中和する抗体が、高度に保存されたエピトープのユニークな結合残基を利用して、懸念されるバリアントを抑制する(A Potently Neutralizing SARS-CoV-2 Antibody Inhibits Variants of Concern By Utilizing Unique Binding Residues in a Highly Conserved Epitope)」と題されている。ワシントン大学医学部(セントルイス)のMichael S. Diamond博士(MD, PhD)は、「現在の抗体は、すべての亜種ではなく、一部の亜種に有効である可能性がある」と述べている。「このウイルスは、時間と空間を超えて進化し続けるだろう。広範囲に中和する効果的な抗体を持つことで、個別に作用するだけでなく、組み合わせて新しい組み合わせを作ることができ、耐性を防ぐことができるだろう」と述べている。
マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者らは、フジツボが岩にしがみつくために使う粘着性物質にヒントを得て、傷ついた組織を密封し、出血を止めることができる、強力で生体適合性のある接着剤を設計した。この新しい接着剤は、表面が血液で覆われていても接着することができ、塗布後約15秒でしっかりと密閉することができるという。このような接着剤を使えば、外傷の治療や手術中の出血を抑えるのに、より効果的な方法を提供できる可能性があるとこの研究者らは述べている。「我々は、人間の組織のように湿っていて動的な環境という、困難な環境における接着の問題を解決している。同時に、この基本的な知識を、命を救うことができる実際の製品に結びつけようとしているのだ」と、本研究の上級著者の一人であるMITの機械工学および土木環境工学の教授、Xuanhe Zhao博士は述べている。ミネソタ州ロチェスターにあるメイヨー・クリニックの心臓麻酔科医および重症患者治療医であるChristoph Nabzdyk医学博士も、2021年8月9日にNature Biomedical Engineering誌のオンライン版に掲載された論文の上席著者だ。MITリサーチサイエンティストのHyunwoo Yuk博士とポスドクのJingjing Wu博士は、この研究の主著者だ。この論文は、「フジツボ粘着剤から着想を得たペーストによる迅速かつ凝固に依存しない止血効果(Rapid and Coagulation-Independent Haemostatic Sealing By a Paste Inspired by Barnacle Glue)」と題されている。自然からのインスピレーション
女性が閉経を迎える年齢は、生殖能力にとって非常に重要であり、女性の健康的な加齢にも影響を与える。しかし、生殖年齢の研究は科学者にとって困難であり、その基礎となる生物学についての洞察は限られていた。今回、女性の生殖寿命に影響を及ぼす約300の遺伝子変異が特定された。さらに、マウスを用いて、これらの遺伝子変異に関連するいくつかの重要な遺伝子を操作し、生殖寿命を延ばすことにも成功した。この研究成果は、2021年8月4日にNature誌のオンライン版に掲載され、生殖加齢プロセスに関する知識を大幅に増やすとともに、どのような女性が他の女性よりも早く閉経を迎えるかという予測を改善する方法を提供している。この論文は、「ヒト卵巣の老化を制御する生物学的メカニズムの遺伝的洞察(Genetic Insights into Biological Mechanisms Governing Human Ovarian Ageing)」と題されている。この150年の間に平均寿命は飛躍的に伸びたが、多くの女性が自然に閉経する年齢は約50歳と比較的一定だ。女性は生まれながらにしてすべての卵子を持っているが、年齢とともに徐々に失われていく。卵子のほとんどがなくなると閉経するが、自然な生殖能力の低下はそれよりもかなり早い段階で起こる。
アリストテレスの時代から、ヒトの肝臓は体内の臓器の中で最も再生能力が高いことが知られており、70%切断しても再生することができるため、生体肝移植が可能になった。肝臓は損傷を受けても完全に再生するが、その再生プロセスの活性化や停止、再生が終了するタイミングを制御するメカニズムは、まだ解明されていなかった。 このたび、ドレスデン(ドイツ)のマックスプランク分子細胞生物学・遺伝学研究所(MPI-CBG)、ガードン研究所(英国・ケンブリッジ)およびケンブリッジ大学(生化学部)の研究者らは、間葉系細胞という種類の制御細胞が、肝臓の再生を活性化したり停止したりすることを発見した。間葉系細胞は、再生する細胞(上皮細胞)との接触回数を増やすことで、肝臓の再生を促進したり停止したりする。今回の研究では、癌や慢性肝疾患を引き起こす可能性のある再生プロセスのエラーは、両集団間の接触の数が間違っていることが原因であることが示唆された。 本研究は、2021年8月2日にCell Stem Cell誌のオンライン版に掲載された。このオープンアクセス論文は、「大動脈周囲の間充織と管状上皮の動的な細胞接触が肝細胞増殖の可変抵抗器として働く(Dynamic Cell Contacts Between Periportal Mesenchyme and Ductal Epithelium Act As a Rheostat for Liver Cell Proliferation)」と題されている。成熟した肝細胞が再生反応を引き起こす分子メカニズムは、まだほとんど解明されていない。欧州では、約2,900万人が肝硬変や肝癌などの慢性肝疾患に苦しんでいる。これらの疾患は、罹患率および死亡率の主要な原因となっており、肝疾患は世界で年間約200万人の死亡原因となっている。現在のところ、治療法はなく、肝不全に対する唯一の治療法は肝臓移植だ。そのため、科学者らは、機能を回復させるための代替手段として、肝臓の再生能力を誘発する方法を模索している。
メラノーマの原因となる突然変異は、従来考えられていたDNAのコピーエラーではなく、主に太陽光によるDNAの化学変換に起因することが、ヴァンアンデル研究所(VAI)の研究者らによる研究で明らかになり、Science Advances誌2021年7月30日号に掲載された。このオープンアクセス論文は、「メラノーマの突然変異の主要なメカニズムは、ピリミジン二量体中のシトシンの脱アミノ化にあることがCircle Damage Sequencingで明らかになった(The Major Mechanism of Melanoma Mutations Is Based on Deamination of Cytosine in Pyrimidine Dimers As Determined by Circle Damage Sequencing)」と題されている。この研究成果は、メラノーマのメカニズムに関する長年の信念を覆すものであり、予防の重要性を強調するとともに、他の種類の癌の起源を調査するための道筋を示している。 「癌は、欠陥のある細胞が生存し、他の組織に侵入するためのDNA変異によって生じる。しかし、ほとんどの場合、これらの変異の原因は明らかになっておらず、治療法や予防法の開発を難しくしている。今回、メラノーマでは、太陽光によるダメージが、DNA複製時に完全な変異をもたらす "前変異 "を生じさせることで、DNAを準備することが明らかになった」と、VAIの教授で本研究の責任著者であるGerd Pfeifer博士は述べている。メラノーマは、色素を作り出す皮膚細胞から発生する深刻なタイプの皮膚癌だ。他の皮膚癌に比べて発生頻度は低いものの、メラノーマは転移して他の組織に浸潤する可能性が高く、患者の生存率を著しく低下さる。これまでの大規模なシーケンス研究では、メラノーマはあらゆる癌の中で最も多くのDNA変異を有することが明らかになっている。他の皮膚癌と同様に、メラノーマも日焼け、特にUVBと呼ばれる放射線に関連している。UVBは皮膚細胞や細胞内のDNAにダメージを与える。
UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Centerの科学者が主導したマウスを用いた研究によると、まれで攻撃的なサブタイプの白血病でしばしば過剰に発現するタンパク質を除去することで、癌の進行を遅らせ、生存の可能性を大幅に高めることができるという。この研究成果は、RNA結合タンパク質であるIGF2BP3(insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 3)を多く含む癌、特に混成系統白血病(MLL)遺伝子の染色体再配列を特徴とする急性リンパ性白血病および骨髄性白血病に対する標的治療法の開発に役立つ可能性がある。この研究成果は、2021年6月29日にLeukemia誌のオンライン版に掲載され、がんの標的治療法の開発に役立つ可能性がある。このオープンアクセス論文は、「RNA結合タンパク質IGF2BP3はMLL-AF4-Mediated Leukemogenesisに重要である(The RNA-Binding Protein IGF2BP3 Is Critical for MLL-AF4-Mediated Leukemogenesis)」と題されている。これらのMLL再配列白血病では、IGF2BP3が、癌関連タンパク質の遺伝的指示を担う特定のRNA分子に付着し、癌の発生を著しく増幅させる。このタイプの白血病と診断された小児および成人は、予後が悪く、治療後の再発のリスクが高いとされている。
フランスの生物文化人類学研究ユニット(CNRS / エクス・マルセイユ大学 / EFS)の研究チームは、3体のネアンデルタール人と1体のデニソワ人の血液型を分析し、アフリカ起源、ユーラシア大陸への拡散、初期のホモ・サピエンスとの交配に関する仮説を確認した。また、遺伝的多様性が低く、人口統計学的に脆弱である可能性を示す証拠も発見された。この研究成果は、2021年7月28日にPLOS ONEのオンライン版に掲載された。このオープンアクセス論文は、「ネアンデルタール人とデニソワ人の血液型を解読(Blood Groups of Neandertals and Denisova Decrypted )」と題されている。ネアンデルタール人とデニソワ人の絶滅したヒト科の系統は、30万年前から4万年前までユーラシア大陸全体に存在していた。ネアンデルタール人とデニソワ人の約15人の遺伝子配列が明らかになっているにもかかわらず、血液型の基礎となる遺伝子の研究はこれまで軽視されてきた。しかし、血液型は人類学者が人類の集団の起源、移動、交配を復元するための最初のマーカーとなった。
中国科学院プロセス工学研究所(IPE)、北京朝陽病院、クイーンズランド大学(オーストラリア)の研究者らは、脈絡膜新生血管治療のための血管内皮増殖因子(VEGF)抗体を送達するために、制御性T細胞エキソソーム(rEXS)をベースにした新しい製剤を開発した。2021年7月26日にNature Biomedical Engineeringのオンライン版に掲載されたこの論文は、「制御性T細胞由来のエクソソームに結合した開裂性VEGF抗体による脈絡膜新生血管の抑制(Reduction of Choroidal Neovascularization Via Cleavable VEGF Antibodies Conjugated to Exosomes Derived from Regulatory T Cells)」と題されている。眼球新生血管は、加齢黄斑変性症や糖尿病性網膜症などの眼疾患と関連することが多く、重度の視力低下を引き起こす可能性がある。現在、臨床現場で行われている眼新生血管疾患の治療法は、VEGF抗体(aV)を眼内に注射することで、VEGFの活性を阻害し、病原性の血管新生を抑制するものだ。しかし、この治療法だけでは、房水との代謝が速く、病巣への集積が悪く、効果が限定的であるという問題がある。また、上記のaV治療を行っても、不完全な効果しか得られない患者も少なくない。
ケンブリッジ大学とリーズ大学の科学者らは、加齢に伴う記憶喪失をマウスで元に戻すことに成功し、この発見は、加齢に伴う人の記憶喪失を防ぐ治療法の開発につながる可能性があると述べている。研究チームは、2021年7月16日にMolecular Psychiatry誌に掲載された研究で、脳の細胞外マトリックス(神経細胞を取り巻く「足場」)の変化が、加齢に伴う記憶の喪失につながるが、遺伝子治療によってこれらを逆転させることが可能であることを示した。このオープンアクセス論文は、「コンドロイチン6硫酸は加齢における神経可塑性と記憶に必要(Chondroitin 6-Sulphate Is Required for Neuroplasticity and Memory in Ageing)」と題されている。近年、脳の学習・適応能力である神経可塑性や記憶の形成に、ペリニューロナルネット(PNN)が関与していることが明らかになってきた。PNNは、主に脳内の抑制性ニューロンを取り囲む軟骨状の構造体である。PNNの主な役割は、脳の可塑性のレベルをコントロールすることだ。PNNは、ヒトでは5歳頃に出現し、脳内の結合が最適化される可塑性の高まる時期をオフにする。その後、可塑性が部分的にオフになり、脳の効率は上がるが可塑性は低下する。
植物はDNAを溜め込む生き物である。後で役に立つかもしれないものは絶対に捨てないという信念のもと、植物は自分のゲノム全体を複製して、追加された遺伝子の荷物を抱え込むことが多い。余分な遺伝子は、自由に変異して新たな特徴を生み出し、進化の速度を速める。今回の研究では、松、ヒノキ、セコイア、銀杏、ソテツなどの種子植物である裸子植物の進化の歴史において、このような複製イベントが極めて重要であったことが明らかになった。本研究は、現代の裸子植物の祖先が、3億5千万年以上前にゲノム重複を起こしていたことが、裸子植物の起源に直接貢献した可能性を示すものだ。その後のゲノム重複は、これらの植物が劇的に変化する生態系の中で生き残るための革新的な形質の進化の源となり、過去2,000万年の間に最近復活した植物の基礎を築いた。本研究は、2021年7月19日にNature Plantsにオンライン掲載された。この論文は、「裸子植物における表現型進化の大きな流れは、遺伝子の重複と系統的な対立にある(Gene Duplications and Phylogenomic Conflict Underlie Major Pulses of Phenotypic Evolution in Gymnosperms )」と題されている。フロリダ自然史博物館の博士課程を卒業したばかりで、本研究の筆頭著者であるGregory Stull 博士は、「進化の初期にこのような出来事があったことで、遺伝子が進化してまったく新しい機能を生み出す機会が生まれ、裸子植物が新しい生息地に移行したり、生態系の上昇に役立ったりする可能性があった」と述べている。
腫瘍細胞が血流に乗って体の他の部分に広がるのを防ぐのに役立つと思われる特殊なタンパク質が発見された。ジョンズ・ホプキンス大学の化学・生体分子工学博士候補で、アルバータ大学およびポンペウ・ファブラ大学(スペイン)の同僚と共同で行った本研究論文の筆頭著者であるKaustav Bera 氏は、「我々は、このTRPM7(transient receptor potential cation channel subfamily M member 7)というタンパク質が、循環系を流れる流体の圧力を感知して、細胞が血管系を通って広がるのを止めることを発見した。」「転移した腫瘍細胞は、このセンサータンパク質のレベルが著しく低下していることがわかった。そのため、流体の流れに背を向けるのではなく、効率的に循環に入り込むことができるのだ」と述べている。この研究成果は、Science Advances誌2021年7月9日号に掲載され、転移の中でもほとんど理解されていない「体内浸潤」と呼ばれる部分に光を当てている。
多くの人は、粘液を本能的に嫌なものだと思っているが、実は、我々の健康にとって信じられないほど多くの貴重な機能を持っている。我々の大切な腸内フローラを絶えず注意し、バクテリアの餌となっている。また、体の表面を覆い、外敵から身を守るバリアとして、感染症から身を守る役割も果たしている。これは、粘液が細菌を出し入れするフィルターの役割を果たしているからで、細菌は食間の粘液に含まれる糖分を餌にしている。そこで、体内にすでに存在する粘液を適切な糖分で作り出すことができれば、まったく新しい医療に利用できるかもしれない。このたび、DNRFセンターオブエクセレンス、コペンハーゲン糖鎖研究センターの研究者らは、健康な粘液を人工的に作り出す方法を発見した。この論文は、2021年7月1日にNature Communicationsのオンライン版に掲載された。 このオープンアクセス論文は、「遺伝子操作された細胞による、定義されたO-Glycanを持つヒトのムチノームの提示(Display of the Human Mucinome with Defined O-Glycan by Gene Engineered Cells)」と題されている。
グリフィス大学(オーストラリア)の研究者らは、癌の腫瘍マーカーを検出する新しい方法を開発し、早期診断に役立てようとしている。クイーンズランド・マイクロ・ナノテクノロジーセンターのムハマド・シディキー准教授と、グリフィス創薬研究所の細胞工場・バイオポリマーセンターのディレクターであるベルント・レーム教授が率いる研究チームは、新しいクラスの超常磁性ナノ材料を用いて、卵巣癌などの腫瘍マーカーを安価で高感度に検出する方法を考案した。この研究成果は、2021年6月29日にACS Applied Materials and Interfacesのオンライン版に掲載された。 この論文は、「バイオエンジニアリングされたポリマーナノビーズによる癌バイオマーカーの分離と電気化学的検出(Bioengineered Polymer Nanobeads for Isolation and Electrochemical Detection of Cancer Biomarkers) 」と題されている。
南フロリダ大学(USF Health)とタンパ総合病院(Tampa General Hospital)が新たに発表した研究によると、モノクローナル抗体は、リスクの高い患者に早期に投与することで、 COVID-19 に関連する救急外来の受診や入院を減少させる効果があることがわかった。FDAのガイドラインに沿って使用すれば、この治療法は、パンデミックによる患者や限られた医療資源への継続的な負担を軽減することができる、と研究者らは提案している。この共同研究は、2021年6月4日にOpen Forum Infectious Diseasesのオンライン版に掲載された。このオープンアクセス論文は、「高リスクの外来患者に対するSARS-CoV-2モノクローナル抗体輸液の有効性(Effectiveness of SARS-CoV-2 Monoclonal Antibody Infusions in High-Risk Outpatients)」と題されている。治験中のモノクローナル抗体療法は、静脈内に投与され、COVID-19の原因ウイルスであるSARS-CoV-2による感染を阻止するよう特別に設計されている。FDAは、重症化のリスクが高い軽度から中等度のCOVID-19の外来患者を対象に、モノクローナル抗体の緊急使用許可(EUA)を与えている。このような高リスクの患者は、入院、人工呼吸、およびコロナウイルスによる死亡を含むその他の合併症を起こしやすいとされている。
2021年6月18日にJAMA Network Open誌のオンライン版に掲載された研究論文で、テキサス大学サンアントニオ健康科学センター(UT Health San Antonio)の研究者らは、しゃっくりに対する科学的根拠に基づく新しい治療法について述べている。この論文の中で、科学者らはこの治療法を「強制吸気型吸引・嚥下ツール(forced inspiratory suction and swallow tool:FISST)」という新しい言葉で表現している。また、249名のユーザーを対象に、紙袋に息を吹き込むなどのしゃっくりの家庭療法に比べて優れているかどうかを調査した結果も報告されている。UT Health San AntonioのJoe R. and Teresa Lozano Long School of Medicineの脳神経外科准教授であるAli Seifi医学博士は、「しゃっくりは、人によっては時折煩わしいものだが、生活の質に大きな影響を与える人もいる」と述べている。「脳卒中や脳梗塞の患者や、癌患者も多く含まれている。今回の研究では、数名の癌患者が参加した。化学療法の中にはしゃっくりを引き起こすものがある。この論文は 「シャックリを止めるための強制吸気吸引・嚥下ツールの評価(Evaluation of the Forced Inspiratory Suction and Swallow Tool to Stop Hiccups )」と題されている。
以下、サンフランシスコ州立大学(SFSU)生物学部教授のマイケル・A・ゴールドマン博士(Michael A. Goldman)による記事より:今日、コンピューターモデルを使って構造や回復力のシミュレーションを行わずに、橋を架けて、その上を車でゆっくり走るエンジニアはいないだろう。それなのに、なぜ製薬会社は洗練されたシミュレーションを行わずに、動物や人間で薬を試す必要があるのだろうか? 2021年(6月14日~18日)に開催されたPrecision Medicine World Conference(PMWC)の人工知能とデータサイエンスに関するバーチャルシンポジウムで、アムジェンのグローバルプロダクトジェネラルマネージャーであるSiddhartha Roychoudhury博士は、「臨床試験デザインは1970年代のままである」と述べている。可能性のある薬の効果を評価するために、インシリコの「患者」(コンピュータモデルの中にのみ存在する患者)という考えは新しいものではない。
2021年6月10日発行のCell誌に掲載された研究論文によると、体内の免疫系が宿主の細胞を傷つけることなく、癌細胞を排除することができるという驚くべき新しいメカニズムが明らかになった。この発見は、癌細胞に選択的に作用し、正常な細胞や組織には無害であるように設計されたファースト・イン・クラスの医薬品を開発する可能性を秘めている。この発見が成功すれば、適切な薬剤を適切な量、適切なタイミングで投与することができるようになり、精密医療の実践を向上させることができるだろう。この論文は「好中球エラスターゼが癌細胞を選択的に死滅させ、腫瘍形成を抑制する(Neutrophil Elastase Selectively Kills Cancer Cells and Attenuates Tumorigenesis)」と題されている。(画像は好中球)
ワムシは、顕微鏡で見ないとわからないほど小さな多細胞生物だ。その小ささにもかかわらず、乾燥、凍結、飢餓、低酸素などの環境下でも生き延びることができるタフな動物として知られている。今回、Current Biology誌の2021年6月7日号に掲載された報告によると、彼らは凍結に耐えられるだけでなく、シベリアの永久凍土の中で少なくとも2万4,000年は生き延びることができるという。この論文は「2万年前の北極圏の永久凍土から回収された生きたBdelloid Rotifer(A Living Bdelloid Rotifer Recovered from 20,000 Years Old Arctic Permafrost)」と題されている。 ロシアのプシュチノにある土壌科 学物理化学・生物学問題研究所の土壌低温学研究室のスタス・マラビン博士(Stas Malavin, PhD)は、「今回の報告は、多細胞動物がクリプトバイオシス(代謝がほとんど停止した状態)で数万年も耐えられることを、現時点で最も確実に証明するものだ」と語っている。土壌低温学研究室は、シベリアの古代永久凍土から微細な生物を分離することを専門としている。サンプルの収集には、北極圏の最も遠い場所で掘削装置を使用している。
以下、サンフランシスコ州立大学(SFSU)生物学部教授のマイケル・A・ゴールドマン博士(Michael A. Goldman)による記事より: COVID-19 は、コロナウイルスSARS-CoV-2にさらされることで発症する感染症であるが、個人がCOVID-19に罹患するかどうかは、宿主の遺伝的要因が一因となっている。COVID-19の特徴の1つは、症状が出ない、あるいは非常に軽い人がいる一方で、人工呼吸器をつけたり、死亡したり、長期にわたる影響(long-COVIDと呼ばれる)を受けたりする人がいることである。
世界で最も包括的な COVID-19 治療薬の再利用コレクションを調査した結果、現在進行中の世界的大流行の原因となっているコロナウイルスに対して抗ウイルス活性を有する90種類の既存の医薬品または医薬品候補を特定した。これらの化合物のうち、スクリプス研究所の研究では、COVID-19の経口薬として再利用できる可能性が高い、臨床承認された4つの薬剤と、その他の開発段階にある9つの化合物を特定した。2021年6月3日にNature Communicationsのオンライン版に掲載されたこのオープンアクセスの論文は、「薬剤再利用スクリーンでCOVID-19治療薬の開発に必要な化学物質を特定(Drug Repurposing Screens Identify Chemical Entities for the Development of COVID-19 Interventions)」と題されている。
北米とユーラシア大陸で発見された馬の化石から採取された古代のDNAを調査した結果、両大陸の馬の集団は、ベーリング・ランド・ブリッジを介して、何十万年もの間、何度も行き来し、交配しながらつながっていたことが明らかになった。今回の発見は、最終氷期の終わりに北米で絶滅した馬と、最終的にユーラシア大陸で家畜化され、その後ヨーロッパ人によって北米に再導入された馬との間に、遺伝的連続性があることを示している。この研究は、2021年5月10日に「Molecular Ecology」のオンライン版に掲載された。この論文は、「古代馬のゲノム解析により、ベーリング・ランド・ブリッジを越えた分散の時期と範囲が判明(Ancient Horse Genomes Reveal the Timing and Extent of Dispersals Across The Bering Land Bridge)」と題されている。
分子生物学と半導体エレクトロニクスを統合するTech+Bio企業である米国のCardea Bio社は、同社の最高科学責任者であるキアナ・アラン博士と共同研究者が、「生物学的に活性化されたグラフェン・トランジスタによる年齢別循環エクソソームの迅速かつ電子的な識別と定量化( Rapid and Electronic Identification and Quantification of Age-Specific Circulating Exosomes via Biologically Activated Graphene Transistors )」と題した論文を、査読付き学術誌「Advanced Biology」に掲載したことを2021年5月4日に発表した。
ベイラー医科大学麻酔科助教授のDavid J. Durgan博士らは、高血圧症の理解を深めるために、特に腸内細菌叢の乱れが血圧に悪影響を及ぼすことを示唆する新たな証拠を収集している。Durgan博士は、「我々の研究室のこれまでの研究で、SHRSP(高血圧自然発症ラット)モデルなどの高血圧モデル動物の腸内細菌叢の組成が、正常血圧の動物のそれとは異なることが明らかになっている。
ミネソタ大学医学部の研究チームは、米国で毎年5万人以上が死亡している末期の大腸癌を標的として治療するための新たな方法を発見した。研究チームは、大腸癌細胞が抗腫瘍免疫反応を回避する新たなメカニズムを発見し、"エクソソーム"を用いた治療戦略の開発に役立てた。2021年4月22日にGastroenterology誌のオンラインで公開されたこの論文は、「腫瘍分泌細胞外小胞はT細胞の共刺激を制御し、腫瘍特異的T細胞応答を誘導するように操作できる(Tumor Secreted Extracellular Vesicles Regulate T-Cell Costimulation and Can Be Manipulated to Induce Tumor Specific T-Cell Responses)」と題されている。
アルバート・アインシュタイン医科大学の研究者らは、アルツハイマー病のモデルマウスにおいて、アルツハイマー病の主要な症状を回復させる実験薬を設計した。この薬は、不要なタンパク質を消化して再利用することで、不要なタンパク質を取り除く細胞のクリーニングメカニズムを再活性化することで作用する。本研究は、2021年4月22日付のCell誌オンライン版に掲載された。この論文は、「シャペロンを介したオートファジーが神経細胞の転移性プロテオームの崩壊を防ぐ(Chaperone-Mediated Autophagy Prevents Collapse of the Neuronal Metastable Proteome)」と題されている。アインシュタイン大学の神経変性疾患研究のためのロバート&ルネ・ベルファー講座、発生・分子生物学教授、加齢研究所の共同ディレクターを務めている本研究の共同リーダーであるAna Maria Cuervo博士 (写真) は、「しかし、今回の研究で、マウスでアルツハイマー病の原因となる細胞クリーニングの低下が、アルツハイマー病の人にも起こることがわかり、我々の薬がヒトにも効く可能性を示唆していることに勇気づけられた。」と述べている。Cuervo博士は、1990年代に、シャペロンを介したオートファジー(chaperone-mediated autophagy;CMA)と呼ばれるこの細胞クリーニングプロセスの存在を発見し、健康と病気におけるCMAの役割について200の論文を発表している。CMAは、加齢とともに機能が低下し、不要なタンパク質が不溶性の塊となって蓄積され、細胞にダメージを与える危険性が高まる。実際、アルツハイマー病をはじめとする神経変性疾患では、患者の脳内に有害なタンパク質の凝集体が存在することが特徴となっている。今回の論文では、CMAとアルツハイマー病の間には動的な相互作用があり、神経細胞でCMAが失われるとアルツハイマー病が発症し、逆にCMAが失われるとアルツハイマー病が発症することが明らかになった。この発見は、CMAを活性化させる薬剤が神経変性疾患の治療に希望を与えることを示唆している。
ピペルロングミンは、ヒハツ(インドナガコショウ・Piper longum)に含まれる化学物質(写真)で、脳腫瘍を含む多くの種類の癌細胞を死滅させることが知られている。このたび、ペンシルバニア大学ペレルマン医科大学の研究者を含む国際チームは、動物モデルを用いて、ピペルロングミンの作用の一端を明らかにし、脳腫瘍の中でも最も治療が困難なタイプの一つである膠芽腫に対する強い活性を確認した。この研究成果は2021年4月14日にACS Central Scienceのオンライン版で発表されたが、ピペルロングミンがどのようにしてTRPV2というタンパク質に結合し、その活性を妨げるのかが詳細に示された。TRPV2は膠芽腫で過剰に発現しており、癌の進行を促進すると考えられている。
パデュー大学の化学者が、これまで「治療不可能」とされていた癌タンパク質に対抗する化合物の合成法を発見した。この化合物は、さまざまな種類の癌に有効である可能性がある。パデュー大学癌研究センターの化学教授であるMingji Dai博士は、北米原産の低木から発見された希少な化合物にヒントを得て、同僚とともにこの化合物を研究し、費用対効果に優れた効率的な合成方法を発見した。この合成法は、2021年3月11日にJournal of the American Chemical Societyのオンライン版に掲載された論文に記載されている。この論文は、「Curcusone Diterpenesの全合成とターゲットの同定(Total Synthesis and Target Identification of the Curcusone Diterpenes)」と題されている。
膵臓癌の全生存率はわずか9%で、治療は非常に困難だ。しかし、患者が死に至るのは、一般的には原発巣ではなく、癌が発見を逃れて他の臓器に転移する能力のせいである。オクラホマ大学医学部の研究チームは、膵臓癌の細胞が全身に広がる能力に新たな光を当てた研究結果を、消化器系疾患に関する世界的な学術誌であるGastroenterology誌の2021年4月1日号に発表した。この論文は、「亜鉛によるZEB1およびYAP1の共活性化制御が、膵臓癌の上皮間葉転換の可塑性と転移を促進する(Zinc-Dependent Regulation of ZEB1 and YAP1 Coactivation Promotes Epithelial-Mesenchymal Transition Plasticity and Metastasis in Pancreatic Cancer) 」と題されている。
アルツハイマー型認知症に関連する希少なゲノム変異を発見するために、世界で初めて全ゲノム配列解析を行い、13個の変異が同定された。また、この研究では、アルツハイマー病と、神経細胞間の情報伝達を担うシナプスの機能や、神経細胞が脳の神経ネットワークを再構築する能力である神経可塑性との間に、新たな遺伝的関連性があることが明らかになった。これらの発見は、この壊滅的な神経疾患に対する新しい治療法の開発に役立つ可能性がある。マサチューセッツ総合病院(MGH)、ハーバード大学T.H.チャン公衆衛生大学院、ベス・イスラエル・ディーコネス・メディカル・センターの研究者らは、これらの発見をAlzheimer's & Dementia誌( The Journal of the Alzheimer's Association )で報告した。
イタリアの研究者らは、乳癌の成長を促進し、治療後に腫瘍の再発を開始する癌幹細胞の集団を維持するのに役立つ一対のマイクロRNA分子を特定した。この研究は、2021年4月2日にJournal of Cell Biology(JCB)のオンライン版に掲載されたもので、これらのマイクロRNAを標的とすることで、癌幹細胞が一部の化学療法に対して感受性を高め、侵攻型乳癌患者の予後を改善できる可能性があることを明らかにした。このオープンアクセス論文は「miR-146は乳がんにおける幹細胞のアイデンティティと代謝および薬剤耐性を結びつける(miR-146 Connects Stem Cell Identity with Metabolism and Pharmacological Resistance in Breast Cancer)」と題されている。多くの腫瘍には、腫瘍の成長を開始し、腫瘍に見られる様々な種類の細胞を生み出す少数の癌幹細胞が存在する。さらに、癌幹細胞は放射線治療や化学療法に抵抗性を示すことが多いため、初期治療後も生き残り、腫瘍の再発や転移を促進することがある。例えば、乳癌では、癌幹細胞が比較的多く存在する腫瘍は、癌幹細胞が少ない腫瘍に比べて予後が非常に悪い。したがって、乳癌やその他の腫瘍の治療を成功させるためには、これらの幹細胞を除去することが重要であると考えられる。腫瘍内での癌幹細胞の存続を助ける分子の1つに、マイクロRNAがある。この短いRNA分子は、タンパク質をコードする何百もの長い「メッセンジャー」RNAのレベルを調節することで、細胞の運命やアイデンティティを制御する。「我々は、正常な乳腺幹細胞の維持に必要なマイクロRNAのうち、癌幹細胞に継承され、乳癌の治療標的となりうるものを特定したいと考えた」と、イタリア工科大学(ミラノ)ゲノム科学センターの主任研究者でセンターコーディネーターのFrancesco Nicassio 博士(写真)は語る。今回の研究では、共同研究者のPier Paolo Di Fiore博士(欧州腫瘍学研究所のグループリーダー、ミラノ大学教授)らが、正常な乳腺幹細胞だけでなく、乳癌幹細胞にも存在する2つの密接に関連するマイクロRNA、miR-146aとmiR-146bを同定した。実際、この2つのマイクロRNAのレベルは、癌幹細胞が多く存在し、予後が悪いとされる侵攻性乳癌で高くなる傾向があった。
ベイラー医科大学とテキサスチルドレンズホスピタル(NRI)のJan and Dan Duncan 神経研究所の研究者は、マウスとヒトにおけるMecp2 / MECP2の適切な発現に必要なDNAの2つの領域を特定し特徴づけた。2021年3月18日にGenes&Developmentのオンラインで公開されたこれらの調査結果は、これらのDNA領域の機能と、レット症候群やMECP2重複症候群などの知的障害の診断および治療的介入の潜在的な標的となる可能性があることを明らかにするのに役立つ。この新論文は「Mecp2の発現と神経機能に影響を与える保存された非コードシス調節エレメントの同定と特性評価(Identification and characterization of conserved noncoding cis-regulatory elements that impact Mecp2 expression and neurological functions)」と題されている。
コロナウイルスは、いばらの冠に似た密集した表面受容体を備えた構造をしている。 これらのスパイク状タンパク質は健康な細胞をしっかり掴み、ウイルスRNAの侵入を引き起こす。 ウイルスの形状と感染戦略は一般的に理解されているが、その物理的完全性についてはほとんど知られていない。MITの機械工学科の研究者による新研究は、コロナウイルスが医用画像診断で使用される周波数内で超音波振動に対して脆弱である可能性があることを示唆している。 チームは、コンピューターシミュレーションを通じて、超音波周波数の範囲にわたる振動に対するウイルスの機械的応答をモデル化した。 彼らは、25〜100メガヘルツの振動が、ウイルスの殻とスパイクを崩壊させ、何分の1ミリ秒以内に破裂を引き起こすことを発見した。 この効果は、空気中および水中のウイルスのシミュレーションで見られた。この結果は暫定的なものであり、ウイルスの物理的特性に関する限られたデータに基づいている。 しかしこの研究者らは、この発見は、新規のSARS-CoV-2ウイルスを含むコロナウイルスの超音波ベースの治療の可能性についての最初のヒントであると述べている。 超音波をどれだけ正確に投与できるか、そして人体の複雑さの中でウイルスに損傷を与えるのにどれほど効果的かは、科学者が今後取り組む必要のある主要な課題の1つだ。「超音波励起下でコロナウイルスの殻とスパイクが振動し、その振動の振幅が非常に大きくなり、ウイルスの特定の部分を破壊する可能性のあるひずみを生成し、外殻に目に見える損傷を与え、場合によっては目に見えない内部のRNAに損傷を与えることを証明した。」とMITの応用力学教授であるTomasz Wierzbicki博士は述べている。 「我々の論文がさまざまな分野にわたる議論を開始することを願っている。」チームの結果は、2021年2月18日にJournal of the Mechanics and Physics of Solidsのオンラインで公開された。 この論文は「コロナウイルスの共鳴および一過性の調和振動に対する受容体の影響(Effect of Receptors on the Resonant and Transient Harmonic Vibrations of Coronavirus)」と題されている。
最大6年をかけて腎臓移植を待った患者は、移植を受けたとしても、最大20パーセントの患者が拒絶反応を経験する。移植片拒絶反応は、レシピエントの免疫細胞が新たに受け取った腎臓を外来臓器として認識し、ドナーの抗原を受け入れることを拒否した場合に発生する。腎臓拒絶反応を検査するための現在の方法には、侵襲的な生検手順が含まれ、患者は数日間入院させられる。Exosome Diagnostics社とブリガムアンドウィメンズ病院による研究では、尿サンプルからの エクソソーム (mRNAを含む可能性のある小さな小胞)を使用して移植拒絶反応をテストする新しい非侵襲的方法が提案された。彼らの調査結果は、2021年3月2日にJournal of the American Society of Nephrologyのオンラインで公開された。
アミロイド斑は、アルツハイマー病の病理学的特徴であり、誤って折りたたまれたタンパク質の塊が脳に蓄積し、ニューロンを破壊して殺し、広範な神経障害の特徴である進行性の認知障害を引き起こす。2021年3月2日にJournal of Experimental Medicine(JEM)にオンラインで公開された新研究は、 カリフォルニア大学サンディエゴ校医学部、マサチューセッツ総合病院などの研究者によって、老人斑の形成に関与する重要な酵素を阻害するのではなく、調節することによってアルツハイマー病を予防できる新薬を特定したというものだ。このオープンアクセスの論文は、「アルツハイマー病予防のための強力なγ-セクレターゼモジュレーターの前臨床検証(Preclinical Validation of a Potent γ-Secretase Modulator for Alzheimer’s Disease Prevention.)」と題されている。げっ歯類とサルを使用した研究で、研究者らは、この薬が安全で効果的であることがわかったと報告し、ヒトでの可能な臨床試験への道を開いた。「アルツハイマー病は非常に複雑で多面的な状態であり、これまでのところ、予防はもちろんのこと、効果的な治療に挑戦してきた」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校医学部神経科学科教授のSteven L. Wagner博士は述べている 。「我々の調査結果は、アルツハイマー病の重要な要素の1つを防ぐ可能性のある潜在的な治療法を示唆している。」
ノースウェスタン大学の研究者は、ALS(筋萎縮性側索硬化症・ルーゲーリック病としても知られる)の主要な原因である上位運動ニューロンの進行中の変性を排除する最初の化合物を特定した。これは、その犠牲者に麻痺を引き起こす迅速で致命的な神経変性疾患だ。ALSに加えて、上位運動ニューロン変性は、遺伝性痙性対麻痺(HSP)や原発性側索硬化症(PLS)などの他の運動ニューロン疾患も引き起こす。ALSでは、脳の運動開始神経細胞(上位運動ニューロン)と脊髄の筋肉制御神経細胞(下位運動ニューロン)が死ぬ。 この病気は急速に進行して麻痺と死をもたらす。 これまでのところ、ALSの脳成分に対する薬や治療法はなく、HSPまたはPLS患者に対する薬もない。「上位運動ニューロンは運動の開始と調節に関与し、それらの変性はALSの初期のイベントだが、これまでのところ、健康を改善するための治療オプションはなかった」とノースウエスタン大学ファインバーグ医学部の神経学准教授であるHande Ozdinler 博士は述べている。「我々は、病気になった上位運動ニューロンの健康を改善する最初の化合物を特定した。」この研究は、2021年2月23日にClinical and Translational Medicineのオンラインで公開された。 このオープンアクセスの論文は「ミトコンドリアとERの安定性の改善が、mSOD1の毒性とTDP-43の病理によって発生する上位運動ニューロンの変性を排除するのに役立つ(Improving Mitochondria and ER Stability Helps Eliminate Upper Motor Neuron Degeneration That Occurs Due to mSOD1 toxicity and TDP‐43 Pathology)」と題されている 。 ノースウェスタン大学化学のOzdinler 博士は、この研究の著者のRichard B. Silverman 博士、Patrick G. Ryan/Aon 教授と共同で研究を行った。
最近発表された結果によると、Sean M. Healey&AMG Center for ALS for Massachusetts General Hospital(MGH)およびAmylyx Pharmaceuticals Inc.(薬剤を製造した会社)による臨床試験の結果、実験的に組み合わせた薬で筋萎縮性側索硬化症(ALS)またはルーゲーリック病(37歳でALSで亡くなった野球選手(写真)にちなんで名付けられた)と呼ばれる神経変性疾患の進行を遅らせることができたという。ニューイングランドジャーナルオブメディシンの2020年9月3日号で報告されたこの調査結果は、治療法が知られておらず、動き、話し、食べ、さらには呼吸する個人の能力を徐々に妨げる致命的な状態のALS患者の治療がいつか可能になることを期待している。 AMX0035と呼ばれる経口薬は、フェニル酪酸ナトリウムとタウルソジオールの2つの薬の組み合わせで、それぞれ神経細胞死を防ぐために重要な、異なる細胞成分を標的としている。AMX0035は、ALSおよびその他の神経変性疾患における小胞体およびミトコンドリア依存性の神経変性経路を標的としている。 このNEJMの論文は「フェニル酪酸ナトリウムの試験-筋萎縮性側索硬化症に対するタウルソジオール(Trial of Sodium Phenylbutyrate–Taurursodiol for Amyotrophic Lateral Sclerosis)」と題されており、「ALSとの戦いにおける漸進的利益(Incremental Gains in the Battle Against ALS)」と題された関連記事が付いている。
国際研究チームは、オマキザルのゲノムを初めて配列決定し、これらの動物の長寿と大きな脳の進化についての新しい遺伝的手がかりを明らかにした。2021年2月16日にPNASのオンラインで公開されたこの仕事は、カナダのカルガリー大学の研究者が主導し、リバプール大学の研究者も参加した。 このオープンアクセスの論文は、「fecalFACSで明らかにされたオマキザルの生態学的柔軟性、大きな脳、および長命のゲノミクス(The Genomics of Ecological Flexibility, Large Brains, and Long Lives in Capuchin Monkeys Revealed with fecalFACS.)」と題されている。「オマキザルはサルの中で相対的な脳のサイズが最も大きく、体のサイズが小さいにもかかわらず50歳を超えて生きることができるが、その遺伝的基盤はこれまで未踏のままだった。」と、リバプール大学で老化研究を行う共著者のJoao Pedro DeMagalhaes教授は説明した。研究者らは、これらの特性の進化を探求するために、白い顔をしたオマキザル(Cebus imitator)のリファレンスゲノムアセンブリを開発し、注釈を付けた。 科学者らは、多種多様な哺乳類にまたがる比較ゲノミクスアプローチを通じて、長寿と脳の発達に関連する進化的選択の下にある遺伝子を特定した。「両方の形質の根底にある遺伝子にポジティブセレクションのサインが見つかった。これは、そのような形質がどのように進化するかをよりよく理解するのに役立つ。さらに、熱帯雨林と 季節的乾林のオマキザルの集団を調べることにより、干ばつと季節の環境への遺伝的適応の証拠を見つけた。」とオマキザルの行動と遺伝学を約20年間研究しているカルガリー大学のAmanda Melin 博士は語った。
COVID-19 を引き起こすウイルスであるSARS-CoV-2は、感染後にさまざまな方法で人々に影響を与える。 軽度の症状しか見られない、またはまったく症状が見られない人もいれば、入院を必要とするほどになり、呼吸不全を発症して死亡する人もいる。沖縄科学技術大学院大学(OIST)とドイツのマックスプランク進化生物学研究所の研究者らは、COVID-19で深刻な病気になるリスクを約20%減らす、ネアンデルタール人から受け継がれた遺伝子グループを発見した。「もちろん、高齢や糖尿病などの基礎疾患などの他の要因は、感染した個人の病気に大きな影響を及ぼす」と、OISTでヒト進化ゲノミクスユニットを率いるSvante Pääbo教授は述べている。「しかし、遺伝的要因も重要な役割を果たしており、これらのいくつかはネアンデルタール人から現代人に渡されたものだ。」昨年、Pääbo教授と彼の同僚であるHugo Zeberg教授は、Natureで、これまでに特定されたウイルスに感染したときに重度のCOVID-19を発症するリスクを2倍にする最大の遺伝的危険因子はネアンデルタール人から受け継がれたことを報告していた。彼らの最新の研究は、重度のCOVID-19を発症した2,244人のゲノム配列を収集した英国のGenetics of Mortality in Critical Care(GenOMICC)コンソーシアムから昨年12月に発表された新しい研究に基づいている。 この英国の研究は、個人がウイルスにどのように反応するかに影響を与える4つの染色体上の追加の遺伝子領域を特定した。2021年2月16日にPNAS のオンラインで公開された研究で、Pääbo教授とZeberg教授は、新たに特定された領域の1つが変異体を持っていることを示している。これは、3人のネアンデルタール人(クロアチアの約50,000年前のネアンデルタール人と南シベリアの約70,000年前と約12万年前の2人のネアンデルタール人)に見られるものとほぼ同じだ。 このオープンアクセスのPNASの論文は、「深刻なCOVID-19に対し保護するゲノム領域はネアンデルタール人から受け継がれている(A Genomic Region Associated with Protection Against Severe COVID-19 Is Inherited from Neandertals.)」と題されている。驚いたことに、この遺伝的要因は最初に発見された遺伝的要因とは反対の方向でCOVID-19の結果に影響を与え、重度のCOVID-19を発症するリスクを高めるのではなく保護をもたらす。 この変異体は染色体12に位置し、感染後に個人が集中治療を必要とするリスクを約22%低減する。「ネアンデルタール人が約40,000年前に絶滅したにもかかわらず、その免疫システムが今日でも我々にプラスとマイナスの両方の影響を与えていることは非常に驚くべきことだ」とPääbo教授は述べている。この変異体がCOVID-19の結果にどのように影響するかを理解するために、研究チームは染色体12の変異体の領域にある遺伝子を詳しく調べた。彼らはこの領域の3つの遺伝子がOASと呼ばれ、ウイルスに感染すると生成される感染した細胞のウイルスゲノムを分解する他の酵素を活性化する酵素をコードしていることを発見した。「ネアンデルタール人の変異体によってコードされる酵素はより効率的であり、SARS-CoV-2感染への深刻な結果の可能性を減らすようだ」とPääbo教授は説明した。彼らはまた、新たに発見されたネアンデルタール人のような遺伝的変異が、約60,000年前に現代人になってからの頻度がどのように変化したかを研究した。これを行うために、彼らはさまざまな年齢の何千ものヒトの骨格から、さまざまな研究グループによって取得されたゲノム情報を使用した。彼らは、変種が最後の氷河期の後に頻度が増加し、その後、過去千年の間に再び頻度が増加したことを発見した。 その結果、今日ではアフリカ国外に住む人の約半数、日本人の約30%に起こっているという。 これとは対照的に、以前、ネアンデルタール人から受け継いだとされる主要なリスク変異が日本人にはほとんど存在しないことを発見した。「この保護的なネアンデルタール人の変種の頻度の上昇は、過去にも、おそらくRNAウイルスによって引き起こされた他の病気の発生時に有益であった可能性があることを示唆している」とPääbo教授は述べている。(Image Credit: Bjorn Oberg, Karolinska Institute)