ダーウィンが進化について知らなかったこと‥‥

今日は線虫C. elegansを使って遺伝学を研究しているJonathan Pettitt先生(スコットランドにあるthe University of Aberdeenの遺伝学の教授)の英国Royal Institutionでの講演動画を紹介します。
What Darwin won’t tell you about evolution – with Jonathan Pettittと、いう動画です。ダーウインが進化について触れなかったこと‥‥というようなタイトルです。
集団遺伝学、遺伝的浮動genetic drift、ノンコーディングDNA、スプライシング、トランススプライシングなどダーウィンが知らなかったけれど、進化で重要な概念をとりあげてわかりやすく解説されているようです。私もゆっくり見てみようと思います。
https://youtu.be/7dzoGb-jcW4

How did the complexity of life evolve? Was it via finely-tuned natural selection, or a more messy process altogether?

14 June 2022の講演で以下のような内容です。

0:00 Intro and complexity in the visual system
4:43 Population genetics
5:59 What is genetic drift?
14:46 Where non-coding DNA came from
19:57 Self-splicing introns
22:50 How mechanism that saved eukaryotes
28:00 What C. elegans can teach us about genetics
30:14 How C. elegans translate DNA differently
39:01 Why trans-splicing is important
42:35 Using trans-splicing as a drug target
43:39 Constructive neutral evolution

質疑応答も公開されています。
https://youtu.be/TS3uyVtuZGI

初心者向け線虫講習会のお知らせです―ふるってご応募ください!

今夜は暴風雨になるようですので、ブログも早めに更新します。

線虫講習会のお知らせです。私もこの春まで委員をつとめさせていただいていたナショナルバイオリソースプロジェクト線虫 (NBRP線虫)の運営委員会で、初心者向けの線虫講習会をすることが決まりました。現在では、高校の先生が教材として線虫を利用したいという要望や、企業の方が動物愛護の3Rsの観点から代替実験動物として線虫を使いたいという要望もとみに高まってきています。この要望にこたえるため初心者向けの線虫の扱い方の基本を体験していただく講習会を12月14日〜15日で計画しているとのことで、お知らせします。
https://nbrp.jp/wp-content/uploads/2022/09/Celegans_training.pdf
申込みフォームはこちらにリンクがあります。
https://nbrp.jp/public/event/training/event-221214/

既知の全タンパク質の立体構造予測結果が公開されています!

AlphaFold2というAIによる高精度のタンパク質の立体構造予測プログラムが公開されて一年になります。ヒトやマウス、ショウジョウバエ、線虫その他のモデル生物の予測立体構造が35000余り一斉に公開されて世界に衝撃を与えました。一昨日(7月28日付発表)さらなる衝撃のニュースがとびこんできました。
‘New era in digital biology’: AI reveals structures of nearly all known proteins
https://www.science.org/content/article/new-era-digital-biology-ai-reveals-structures-nearly-all-known-proteins

AlphaFold reveals the structure of the protein universe
https://www.deepmind.com/blog/alphafold-reveals-the-structure-of-the-protein-universe 
こちらにはこんなことが書いてありました。
Today’s update means that most pages on the main protein database UniProt will come with a predicted structure. All 200+ million structures will also be available for bulk download via Google Cloud Public Datasets, making AlphaFold even more accessible to scientists around the world.

既知のほぼすべてのタンパク質(バクテリアからヒト、植物などを含む)2億種類以上の立体構造予測結果がデータベース公開されたのです。たとえばこちらから検索できて、pdbファイルなどもダウンロードできます。
https://www.alphafold.ebi.ac.uk/
構造予測の結果を、すべてダウンロードすることもできるようになっています。
https://alphafold.ebi.ac.uk/download

タンパク質のデータベースである
UniProt https://www.uniprot.org/
のほぼすべての項目にAlphafold2による立体構造予測が載せられています。立体構造がわかれば、その構造予測ファイルを利用して、Dali http://ekhidna2.biocenter.helsinki.fi/dali/や、Foldseek https://search.foldseek.com/searchといったプログラムを用いて、似た立体構造をもっている他のタンパク質を検索することができます。やりかたは明日簡単に紹介します。
AlphaFold2を用いた成果も続々と発表されていて、たとえば1000個ほどのタンパク質からなるヌクレオポア複合体(核膜孔複合体)の立体構造の決定に大きく貢献したそうです。https://unfolded.deepmind.com/
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm9506

動物愛護と動物実験、線虫シーエレガンスのわかりやすい入門用論文

今日は線虫C. elegans(シーエレガンス)の紹介です。最近、動物愛護の声がたかまってきて実験動物としてマウスでさえ使用が抑えられる傾向がでてきています。製薬会社などでも動物を使った実験が難しくなってきているので、培養細胞を利用するのと、線虫C. elegansなどを利用して薬剤開発に役立てようという流れがでてきているようです。昔は動物愛護の人は、計算機のなかで薬剤開発ができるはずだといったりしていましたが、なかなかそう簡単にはいかないものです。また動物愛護の人の中には、研究室に忍び込んで実験に使われているマウスを逃がしたり、ひどい場合は手紙爆弾を作って送り付けて人を殺そうとする輩もいました。私がCambridge大学の動物学教室にいたときは、建物に爆弾を仕掛けたという犯行声明がでて、実験サンプルやノートをもって避難したこともあります。建物の中に爆発物検知犬が警官(ポリース)に綱をもたれて歩き回っていました。(結局爆弾はなかったです)。なんで動物は愛護するのに、人を殺したりするのか、その辺の精神が私には理解不能です。話がそれましたが、現在は動物愛護の精神が普及しているので、マウスやイヌ、サルなど意識のある動物の使用を別の意識のないもの(線虫とかハエとか)に置き換えて実験したり、意識のある動物の使用数を減らしたり、動物の使用方法を改善してよりより苦痛がなく、より無駄な実験がないようにするという機運が高まっています。これをThe 3Rs alternatives(Replacement, Reduction and Refinement)というそうです。この解説を読んでみてください。Hubrecht, R. C., and E. Carter. 2019. The 3Rs and Humane Experimental Technique: Implementing Change. Anim. Open Access J. MDPI. 9: 754.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6826930/
線虫はこの流れにピッタリのモデル生物なので今後の活用が期待されるというわけです。英語ですが、こちらには線虫のわかりやすい解説がのっています。
A Transparent Window into Biology: A Primer on Caenorhabditis elegans 
著者はAnn K. Corsi,Bruce Wightman,and Martin ChalfieでChalfieさんはノーベル賞を下村先生と同時受賞した線虫C. elegansの研究者です。無料でダウンロード可能ですのでpdfと書かれている部分をクリックしてダウンロードしてみてください。https://academic.oup.com/genetics/article/200/2/387/5936175
訂正のpdfのリンクもあります。

https://academic.oup.com/genetics/article/201/1/339/5930076
これからおいおい線虫の活用についてもこのブログで触れていく予定です。

相分離生物学の解説ビデオを紹介します

昨年秋に開催された日本生化学会の年会(オンライン開催でした)に参加しました。大会シンポジュウムの特別講演にはノーベル賞を授賞したPhillip A. Sharp先生の Biochemistry and cell biology of multivalent condensates in regulation of gene expressionと題する講演
https://vimeo.com/channels/jbsoc/648376880と、

水島昇先生の「細胞内分解:特に小器官の分解について」の二つの講演が行われました。https://vimeo.com/648376788

今回は最初のSharp先生の講演で出てきた細胞内の液滴(lipid droplet, biomolecular condensate, coacervate)について紹介します。この液滴という概念は線虫シーエレガンスのP-granule(P顆粒)の研究から生まれたものです。P顆粒は膜に覆われていない細胞内小器官で、発生の初期(1細胞期)に多数のP顆粒が細胞の後側へと移動し、分裂につれてP細胞(将来の生殖細胞を生み出す細胞)だけに集まっていきます。P-granuleはタンパク質やRNAを含む顆粒で、この顆粒の局在している細胞が将来生殖細胞へと分化することが知られていました。タンパク質やmRNA などを含む顆粒で含まれるmRNAが生殖細胞の形成に働くとされています。このP顆粒を蛍光タンパク質タグをつけて光るようにして観察したところ、P顆粒は相互に融合したり分裂したりする液滴であることがわかったのでした。P顆粒は液体―液体間の相分離で液体中に形成されるあらたな液相(液滴)であることがわかったのです。この顆粒がliquid droplet(液滴)であり、液体中に相分離して現れる膜をもたない顆粒であることが報告されたのが2009年でした。このように液体中に別の成分が濃縮された液滴ができるのですが、核小体(仁)も同様に相分離した液滴であることがこの発見に続いて明らかにされました。さらにカハール小体とかG顆粒とか従来知られていた多くの細胞内の顆粒が、相分離してできたliquid dropletであることがわかって、世界中を興奮の渦で包んだのでした。さらにSharp先生の講演で紹介されているように、スーパーエンハンサーも転写因子やmediator, RNA ポリメラーゼなどが集まったlipid dropletである証拠が沢山あります。タンパク質の立体構造を研究していた多くの人が、特定の構造をとらない天然変性領域とよんでいた謎のタンパク質内のアミノ酸配列の部分が、実はこの液滴形成に働いていることもわかったのです。詳しいliquid dropletの総説はここにあります。大学などで読める方は読んでみるといいと思います。日本語の解説書として一番のおすすめは「相分離生物学」白木 賢太郎  著(東京化学同人)です。入門書としては最高の出来の本だと思います。講演としては英語ですが相分離生物学の創設者による解説ビデオがiBiologyから公開されています。NIH videocastの講演も紹介しておきます。

この続き

もう一つ続き

NIH videocastにも講演がありますのでご覧ください。

私達の新しい論文が公開されました―どんなGPIアンカー型タンパク質が配偶子幹細胞の発生に関与しているかを明らかにしました

私のラボの二人の修士の学生さんの修士論文をもとにできあがった論文が、6月24日に雑誌 Journal of Biochemistryにアクセプトされて、本日公開されました。
Rikitake, Matsuda et al. (2020)
です。
Analysis of GPI-anchored proteins involved in germline stem cell proliferation in the Caenorhabditis elegans germline stem cell niche
「線虫C. elegansの配偶子幹細胞ニッチでの配偶子幹細胞の増殖に関与しているGPIアンカー型タンパク質の解析」
という題です。図書館などでこの雑誌の電子ジャーナル版が見られる方は是非ご覧ください。
Analysis of GPI-anchored proteins involved in germline stem cell proliferation in the Caenorhabditis elegans germline stem cell niche
The Journal of Biochemistry,https://doi.org/10.1093/jb/mvaa075

私達はヒトと共通な糖鎖関連遺伝子を、モデル生物である線虫C. elegans(シーエレガンス)で網羅的に機能阻害してその隠された機能を明らかにしてきました。GPIアンカー型タンパク質(下の模式図と註1参照)を合成する遺伝子について調べたところ、GPIアンカー型タンパク質GPI-APの合成が阻害されている場合には、配偶子がつくれないこと、すなわちGPIアンカー型タンパク質の合成は子孫を作る時に必須であることを明らかにしました(Murata et al. MBoC 2012)
これはGPIアンカーが生命の連鎖に不可欠な分子であるという初めての発見で、学会で大変ほめていただきました。

今回の研究では、GPIアンカー型タンパク質のプロテオーム解析の結果をもとに、RNAi (RNA 干渉法)で網羅的に機能阻害を行い、配偶子幹細胞が正常に発生するために必要なGPIアンカー型タンパク質を3種類同定しました。GPIアンカー型タンパク質の合成阻害で配偶子幹細胞の数が激減するという今回の結果は、おそらくヒトにおいても同様なGPIアンカー型タンパク質の働きが存在しており、不妊の原因の一つにGPIアンカー型タンパク質合成に関わる遺伝子やGPIアンカー型タンパク質をコードしている遺伝子の異常が潜んでいることを強く示唆しています。今回の研究成果が今後、ヒトの不妊研究に役立つ可能性があり、また幹細胞ニッチの形成一般にGPIアンカー型タンパク質がかかわっている可能性が示唆されるとても興味深い成果だと考えています。

註1; 上の図で模式図を示していますが、GPIアンカー型タンパク質というのは、細胞膜表面(細胞の外界と面しているほうの膜)に存在しており、フォスファチジルイノシトール(PI)という脂質に糖(図にあるグルコサミンGlcNやマンノースMan)が結合し、さらにエタノールアミンリン酸EtNPのアミノ基を介して特定のタンパク質のカルボキシル基とアミド結合している分子です。ヒトのアルツハイマー病をひきおこすプリオンタンパク質には、GPIアンカー型タンパク質として存在しているタイプがあることがわかっています。その他200を超える種類のGPIアンカー型タンパク質(酵素や受容体、接着分子、補体制御因子、その他)が存在すると推定されており、膜上で信号伝達に働くなど様々な役割が知られています。

雨が毎日続きますが、皆様のところは被害がないでしょうか。北海道まで豪雨が到達したようですが、皆様のご無事をお祈り申し上げます。写真は最近撮影した、近所で巣立ったモズの若鳥と実をつけたクリの木の写真です。金蘭の花もねむの木の花も終わって今はアジサイがきれいです。ヒグラシも鳴き始めて季節は着実にすすんでいます。

単一細胞のRNA-Seq(scRNA-Seq)の入門動画とBrenner先生の新技術についての金言の紹介です。

科学の発展には新技術の開発が決定的な役割を果たします。このブログでも次世代シークエンサーの威力と題して、DNase-Seq (ディーエヌエース シークと読みます)などを紹介したことがあります。最近のNIH Videocastの番組で、新技術を紹介している優れた講演がありました。大変勉強になる講演で、スマートフォンからハイビジョンテレビ向けまでの様々な解像度で動画をダウンロードできますので、是非 通勤時間などを利用して動画をご覧ください。

これは、今年の7月24日に行われた講演です。Biowulf Seminar: Single Cell Sequencing: Powerful Applications and Practical Considerations(クリックすると動画サイトにとびます)という題で、一細胞のRNA-Seq (single cell RNA-SeqですのでscRNA-Seqと略します)のいろいろな方法と応用およびバイオインフォマティクスによる解析ツールについてやさしく紹介する優れた入門用の講演です。RNA-Seqというのは、細胞や組織の中にどんなRNAがどれほど存在しているかを、次世代シークエンサーを用いて、網羅的に同定する技術です。演者のMichael Kelly博士はsingle cell biologyの有名な実験研究者で、NIHのLinuxクラスター(9万5000個以上のprocesserと30ぺタバイト以上の容量(1ぺタバイは1000テラバイトです)をもつLinux cluster) Biowulfのユーザーでもあります。それでBiowulfセミナーで講演しているようです。内容は2012/2013年頃及したFluidigm C1 platformとSMARTer chemistryによる一個の細胞のRNA-Seqの方法、スループットが飛躍的に向上した2015年のDrop-Seq/InDropsの方法、そして2017/2018年頃から普及してよりハイスループット、低コストとなったsciRNA-Seq/SPLiT-Seq/Seq-Wellの方法などの紹介からはじまって、単一細胞レベルのRNA-Seqを鳥瞰していて、最適の入門講演と思います。 なおsci-RNA-seq (single-cell combinatorial indexing RNA sequencing)というのは、線虫C. elegansの各細胞のRNA-Seqを行った2017年の論文で使われた方法です。オープンアクセスになっていますので興味のある方は是非読んでみてください。新技術の開発がどれほど科学をすすめるかに感動します。

昔 Current Protocols in Molecular Biologyというプロトコル集を買っていました。その綴じ込みにSydney Brenner先生の言葉:
Progress in science depends on new techniques, new discoveries and new ideas, probably in that order. (科学の進歩は、新しい技術の出現、新しい発見、そして新しいアイデアの誕生によってもたらされる―おそらくこの順番で)
が載っていて感銘をうけました。

たしかに、放射性同位元素の生物学研究への応用、蛍光抗体法、モノクローナル抗体、レーザー共焦点顕微鏡、GFPなどの発明、PCR、DNAシークエンサー、遺伝子クローニングやゲノム編集技術、原子間力顕微鏡、タンパク質や糖鎖、脂質などの質量分析装置による解析技術、核磁気共鳴や電子スピン共鳴、X線結晶回折による生体分子の立体構造の解明、電子顕微鏡、クライオ電子顕微鏡、超高解像度の光学顕微鏡などなど、さまざまな新技術が生命科学の大発展を引き起こしてきています。Brenner先生が言うように、技術ができたらそれで何を研究できるかと考え、それが新発見を生み出し、新発見が新しいアイデアを生み出し、次の技術も開発される‥といった順に科学は発展しているようにみえます。

Current Protocolsの本は寄贈したので手元になく、 Brenner先生の言葉もうろ覚えではっきりしなかったので、ちょっと出典を探してみました。 Google 検索でSydney Brenner  quotesといれて探すとすぐにみつかって、多くの方がこの言葉をなるほどと思ったことがうかがえます。次にGoogle検索でこの言葉を二重引用符に囲んで”Progress in science depends on new techniques, new discoveries and new ideas, probably in that order.”を検索窓にいれて検索しました。するとなんとBrennerさん自身がこの言葉をどこ喋ったかを思い出せず、自分で探しただした、という記事がヒットしました。その記事によると、Brennerさんにこの言葉を引用したいがどこが出典かという問い合わせがあったのですが、自分でもいつどこで言った言葉か思い出せなかったそうです。そこで Alan Mackayという人のA Dictionary of Scientific Quotationsという本を探すと、この言葉がのっていて、 雑誌Natureの1980年5月5日号より、とあったそうです。さっそくNatureを見たのですが、なんとこの日には雑誌が発行されていないことがわかりました。それで結局わからずじまいだったとのことです。ところが数週間後、積み上げられた論文をいろいろみているとき、手書きの講演原稿が見つかったそうです。それはスイスのバーゼルにある Friedrich Miescher Instituteの10周年記念シンポジュウム(1980年開催)でのBrenner先生の講演の手書き原稿でした。ここでしゃべったんだというのがわかったので、このシンポジュウムについて報道していたNatureの記事を探したところ、1980年6月5日に掲載された記事が見つかって、その中にこの言葉がのっていたそうです。Biology in the 1980s, plus or minus a decadeというタイトルの記事です。ここからpdfがダウンロードできます。

先ほどの本は一か月だけ日にちを間違えていたということでした。講演会でのBrenner先生の手書き原稿にはこの文は以下のように書いてあるそうです。“ I will ask you to mark again that rather typical feature of the development of our subject; how so much progress depends on the interplay of techniques, discoveries and new ideas, probably in that order of decreasing importance.”

以下のサイトにはBrennerさんをはじめ、いろんな科学者の言葉が網羅されていて面白そうです。またそれ以外の面白い記事も多いのでおすすめです。
https://todayinsci.com/B/Brenner_Sydney/BrennerSydney-Quotations.htm
https://todayinsci.com/Quotations/QuotationsIndex.htm

2019年夏休みのおすすめ本―その1 成功の普遍的法則 ザ・フォーミュラ

毎日暑い日がつづきます。先日の台風ではリンゴの実が落ちるかと心配しましたが、一つも実が落ちずに順調に色づいています。さて今日からしばらく夏休みにおすすめの本を紹介します。

  先日、本屋にいったら有名なネットワーク科学者バラバシの書いたザ・フォーミュラ 科学が解き明かした成功の普遍的法則という本がありました。即決で買ってきました。これは良い本です。是非皆さん買って読んでみてください。特に学部の学生さん、大学院生、そして若い研究者の方に熟読してほしい本です。
バラバシさんはかつて出版された本、「新ネットワーク思考―世界のしくみを読み解く―」(日本放送出版協会、2002年)(’LINKED:The Science of Networks)日本でもよく読まれた著名なネットワーク科学者です。(こちらの本は品切れのようですが、中古本や図書館で見つけて是非読んでみてください。入門書としてとてもよくできた本でお勧めの本です。)

成功するのには、パフォーマンスだけではだめで、それを社会が評価しなくてはならないことが最初に書いてあります。リーダーとしての成功の秘訣、なぜチームの成果なのにリーダーだけが脚光を浴びるのか‥、などの分析はとても参考になります。筆者らの作成した論文の共著者データからノーベル賞受賞者予測プログラムはほぼ100%過去の受賞者を予測したのに、たった一人だけ、ノーベル化学賞(蛍光蛋白質GFPの研究)を授賞するはずと予測した研究者がどこの大学研究所にもおらず行方不明、もちろんノーベル賞ももらっていませんでした。彼(Douglas C.Prasher)は米国Woods Hole臨海研究所でGFP蛋白質の部分的アミノ酸配列を同定しそれを使って設計したオリゴヌクレオチドプローブで、自らが作成したクラゲのcDNAライブラリをスクリーニングして、GFP遺伝子のクローニングに成功したGFP 研究のパイオニアの研究者です。GFPの研究でノーベル賞を授賞した線虫研究者のチャルフィ(Chalfie)さんにGFP 遺伝子をあげた人です。あちこち探してみるとなんと研究職をやめてしまって、アメリカのトヨタの送迎運転手をしていたのだそうです。GFP遺伝子を同定しクローニングした研究者なのに、なんという不条理。どうしてこんなことになったのでしょうか?

全くアメリカで無名だったアインシュタインが何故か船でアメリカに到着した時、数万人もの群集に歓迎されました。そのせいで、その後、各地で熱狂的に歓迎されました。これはちょっとした間違いに起因するらしい‥などなど面白いトピックも満載で飽きさせません。筆者らの研究(雑誌Scienceにのった論文)をもとに噛み砕いて書かれており、ネットワークサイエンスから導き出された成功の普遍的法則が記載されている必読の本です。ざっと読んだあとは、じっくり参考文献やurlを参照しながら、考えながら読み直すことをすすめます。これから研究者の道を志す人に是非読んでほしい本です。

新しい研究成果の発表の場ができています―microPublication Biologyの紹介です

福岡は暖冬のようです。例年になく早く水仙、椿が咲きはじめ、梅の開花も例年より随分早かったそうです。夜になるとオリオン座が昇ってきてとても綺麗な冬です。写真はiPhoneでオリオン座を撮影して、画像処理で見えるようにしたものです。結構感度がいいんですね。周辺の星々もちゃんと写っていました。

最近、こんな雑誌から査読依頼がきました。microPublicationといいます。

これはWormbaseのDaniela Raciti, Karen Yook,Todd Harrisさんたちが始めた研究成果の全く新しい形式での発表の場です。
”As you may know, WormBase recently launched a novel publication platform microPublication, that allows researchers to share high quality but traditionally unpublished stand-alone data and datasets.”

とDanielaさんからいただいたメールにありました。今までは論文にうまく入れ込めなずに発表できなかった研究成果、単一の論文にできなかったような優れた研究成果(データやデータセット)や取得した変異体などについても発表できて、引用できるようになるというものです。モデル生物の線虫C. elegans、ショウジョウバエ、カエルXenopusのコーナーがあり、もうすぐゼブラフィッシュやGene modelというのも追加されるようです。
Expression data, Genotype Data, Phenotype data, Genetic screens, New Methods, Software, Database updates, Integrationsなどのカテゴリーで投稿しますが、これにうまくはいらないカテゴリーのデータでもOKです。

単独では論文にできないけれど発表しておきたい研究成果があれば、図か表の一枚分くらいの程度で引用論文を含めて公開できます。

FAQのページには以下のように書いてあります。
How do you differ from traditional journals?
The major goal of microPublication Biology is to rapidly place research findings into the public domain.  Thus unlike other journal platforms, we publish single high quality research results, independent of perceived impact, which can be new research findings, negative results, reproduced/replicated results or “unpublished observations” from prior publications.  Single results can stand alone, and do not require a narrative story to placate editors. Placing such findings into the public domain not only advances the scientific endeavor, but also gives credit to the individual(s) that did the work.

このjournalの主な目的は、研究成果をすばやくpublic domainに入れることだとあります。現在のところarticle processing feeは無料、将来もsubmissionは無料だそうです。microPublicationでは、いままで雑誌に掲載できなかった否定的な結果negative resultsや、追試結果、以前の論文でunpublished resultsと書いた実験結果などの投稿もOK で、普通の論文のようにストーリーの中にいれることなく、単独で独立して発表できるという、大変チャレンジングな試みです。データを独占せず共有するという線虫コミュニティの気概を感じさせるこころみですね。同じようなものにPLosCurrentsというのがあったそうですが、これは立ち消えてしまいました。
公開例は、たとえば以下をご覧ください。

https://www.micropublication.org/expression-data.html

https://www.micropublication.org/genotype-data.html

査読者名も表示、非表示をレフリーが選べるようになっています。また公開したmicroPublicationにはDOI.が割り振られ、引用可能になります。オープンアクセスです(CC BY 4.0)Europe PubMed Centralにインデックスしてもらうようになるはずとのことです。
私も投稿してみようかと思っています。

2020年6月19日追記:PubMedやPubMed Centralにも掲載されるようになったというメールが今日とどきました。PMID もPMCIDも割り振られるそうです!
We are happy to announce that we are now in PubMed!
Articles will now be getting DOIs, PMCIDs, and PMIDs. Feel free to update your citations!
Indexing is retroactive for all past articles.
You can browse our entire index in PubMedCentral here: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/journals/3859/

Or just do a normal search for an article in PubMedCentral or PubMed.ということです。

新しい私達の論文が公開されました―先天性グリコシル化異常症DPAGT1-CDGを線虫を使って研究するという論文です

先月投稿していた論文がアクセプトされて原稿がオンラインに掲載されました。Kanakiさんの修士論文の内容を主とした論文で、私達のCREST研究の成果を含めた論文です。Dejima君Matsudaさん、Murata君、Nomuraさん他 沢山の方々との共同研究の成果です。Oxford University Press発行の雑誌Glycobiologyを購読している方は是非ご覧ください。アブストラクトへのリンクは以下の論文のタイトルをクリックしてください。

UDP-N-acetylglucosamine-dolichyl-phosphate N-acetylglucosaminephosphotransferase is indispensable for oogenesis, oocyte-to-embryo transition, and larval development of the nematode Caenorhabditis elegans

糖鎖遺伝子の異常というのはアメリカ合衆国の人口の20%程度でみられるとされており、なんか具合が悪いと病院を訪れる患者さんや、100件近くの医療機関を訪れても原因がわからなかった患者さんのゲノム配列やmRNA配列をシークエンサーで調べてみると、糖鎖遺伝子の異常が原因であるということがわかったという例が頻出しています。それでアメリカでは糖鎖生物学者は病院、j研究所でひっぱりだこになっているということです。
今回の研究は先天性グリコシル化異常症CDG(congenital disorders of glycosylation)の原因遺伝子の一つでCDG-IjあるいはDPAGT1-CDGと呼ばれる病気の原因遺伝子DPAGT1の線虫での研究成果です。線虫でわかった結果をヒトの病気の解明に役立てようとする研究手法の実施例でもありますので是非ご覧ください。
先天性グリコシル化異常症についてはGoogle検索で「先天性グリコシル化異常症」といれてすぐにヒットする和田芳直先生の論文「先天性グリコシル化異常症CDGの分子診断」 (Proteomics Letters, 2017, 2, 1-6)をご覧ください。

私達の今回発表した論文ではヒトのN型糖鎖合成の第一段階ではたらく酵素DPAGT1の線虫版遺伝子algn-7を線虫で初めて同定し、遺伝子産物の酵素活性を確認、その遺伝子algn-7を阻害すると幼虫致死、卵母細胞形成異常、卵母細胞から胚への遷移(oocyte-to-embryo transition)が異常となることなどを報告しています。このDPAGT1遺伝子のノックアウトはマウスでは胚発生の初期での致死を引き起こしますが、お母さんマウスの体内でおこる死亡で詳しいことはなかなかわかりません。そこで線虫の登場となるわけです。
線虫は体が透明なので、発生していく卵母細胞などの様子が生きたまま観察できます。そこでこの研究では、この遺伝子の生殖巣での役割(幹細胞ニッチの形成から卵母細胞形成、そして受精)と初期胚分裂と幼虫期での役割を詳しく調べてみました。この遺伝子産物DPAGT1は従来日本で発見されてこの酵素を阻害する定番の薬であるツニカマイシンのターゲットとされてきましたが、ツニカマイシンはN型糖鎖の合成以外にも様々な副作用があります。実際 線虫で調べてみると、線虫でツニカマイシンを与えたときと、DPAGT1遺伝子を阻害したときとでは少々違った結果がでるのがわかりました。ツニカマイシンを使うより遺伝子そのものを阻害するのが一番確実です。線虫ではこの遺伝子の阻害がRNAiで強力かつ安定的に実施できます。そこで今回の研究ではDPAGT1遺伝子の機能をRNAiや遺伝子破壊で阻害したらどうなるかを詳しく調べた研究にもなっています。

このalgn-7遺伝子を阻害するとたしかにN型糖鎖の合成が抑えられることも確認できたので、さらに一歩すすめて生殖巣で発現しているどの「N型糖鎖がついているタンパク質」の阻害がalgn-7遺伝子の阻害でおこるのと同じ異常をひきおこすかも調べてみました。生殖系列で発現している遺伝子のリストとはすでに公開されています(RNA-Seqでの結果がすでに公開されています)。また線虫でN型糖鎖が付加されていることが実験的に確認されている遺伝子のリストもすでに公開されています(これもデータベースGlycoProtDBが公開されています。線虫、ヒト、マウスのデータがあります)、この二つのデータの胸痛部分456個の遺伝子をデータベース検索で選び出し、その遺伝子機能をRNAiで阻害した結果を調べてみました。その結果、同定できた5つの遺伝子は、algn-7の遺伝子阻害と同様の異常を引き起こします。これらの5つの遺伝子には、従来のCDGの原因遺伝子のほか、ごく最近にCDG遺伝子と同定されたもの、およびおそらくCDGでの異常症状の原因となる遺伝子ネットワークに関与していると推定されるものが含まれていることがわかりました。

  今まではN型糖鎖を阻害すると糖鎖付加が不十分なタンパク質が蓄積して小胞体ストレスが引き起こされてその結果、様々な表現型がでると漫然と考えられていましたが、小胞体ストレスはたいした影響は与えておらず、実はpatched遺伝子ネットワークなどいくつかの重要な遺伝子の機能阻害がCDGでの異常を引き起こしているのではないかと考察しています。是非、ご一読ください。

写真は先日 福岡市動物園に行ったときに撮影したお猿の子供たちの写真です。左上でブランコに上り初め、右で上まで到達。左下で下へとジャンプして落下し、右下で回転楕円体のような黄色の部分にのって遊んでいる一連の動きの写真です。朝早くでしたが元気にあそびまわっていて、子ザルの元気さがとてもよかったです。