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The Scientific Ocean

誰にでもわかりやすいように生命科学を解説しようとするアザラシのブログ。

中の人(アザラシ)のTwitterは@puni2azarashiです。

”空白”を読む鳥

論文紹介 Neuroscience

本当にお久しぶりです。ぷにぷにアザラシです。身の上が忙しかったために、ここ数ヶ月は更新できておりませんでした。。まだしばらく忙しい日々が続きそうですが、ぼちぼち更新をしたいと思います。

今日紹介する論文は、酉年ということで(今更と言わないで)、これです!

Mind the gap: Neural coding of species identity in birdsong prosody

“ホーホケキョ”。春が近づくにつれてウグイスはその“歌”に磨きをかけてゆきます。鳥は、大人の鳥の鳴き声を聞くことによって自らの鳴き方を学習していきます。しかし、自然の中にいるたくさんの鳥がそれぞれの鳴き声で鳴いている中で、どうしてウグイスは自分の鳴き声が“ホーホケキョ”だと知り、それに磨きをかけることができるのでしょう?今回紹介する論文は、そんな不思議の一部を解明したものです。

この論文で使用しているのはキンカチョウと呼ばれる小鳥(ペットとしても飼われています)で、こんな感じです。

(提供:OIST)

この動画のように、キンカチョウは親から鳴き声を学習する性質があります。
ではもし、幼いキンカチョウが自分とは違う種類の親に育てられたら、どうなるのでしょうか?この論文の筆者達は、幼いキンカチョウと成鳥になったブンチョウを一緒に飼うことで、キンカチョウにブンチョウの鳴き声を覚えさせました。すると、キンカチョウはブンチョウの音程を覚えることができました。しかし、音と音の間の休符を守ることができなかったのです!つまり、キンカチョウはブンチョウの鳴き声の音を出しているのに、その鳴き声のテンポが全然違う、ということです。さらに筆者達は、その鳴き声のテンポは、キンカチョウが生来的に持っているテンポに依存していると主張しています。

つまり、鳥の鳴き声のメロディーは生まれてから決まるけれども、メロディーのテンポは生まれながらにして既に決まっているということです。

全ての鳥にこのような仕組みが備わっているのかはもちろん不明ですが、自然の偉大さを感じた論文でした。詳しくは、OIST(沖縄科学技術大学院大学)のこのページに紹介されていますので、是非!

それでは、このあたりで失礼します。最後までおつきあいありがとうございました!

光で変身

論文紹介 Others

おひさしぶりです、ぷにぷにアザラシです。最近めっきり寒くなりましたね。忘年会のシーズンにもなって、懐までも寒くなる今日この頃です。。さて、今日はこんな論文を紹介します!

A photoactivatable Cre–loxP recombination system for optogenetic genome engineering

昨今の生命科学の研究において欠かすことのできない技術に、「遺伝子操作」があります。遺伝子操作によりある1つの遺伝子を無くしたネズミや細胞を使って、研究者は日々新しいことを発見したり、自分の実験の信頼性を高めたりします。最近の遺伝子操作技術の進歩は凄まじく、昔よりも多くの動物でとても簡単に遺伝子を操作できるようになりました。
 最新の遺伝子操作の技術は、遺伝子にただ変化を加えることだけにとどまらず、遺伝子を「いつ」操作するのかさえも思いのままにすることができます。つまり、仔ネズミの時には普通のネズミと同じだけれども、大人になった時に「ある薬」を飲ませてやれば、そのネズミの体内で遺伝子が操作されて、薬を飲んだネズミは遺伝子を操作された遺伝子改変ネズミになる、ということです。
 この技術は本当にさまざまな場面で多用されるのですが、問題として体の「どこの」遺伝子を操作する、ということに関しては全く制御不能でした。つまり、「肝臓の遺伝子だけを操作したくて、胃の遺伝子はそのままにしたい」というような要望に応えることはかなり困難であったわけです。

今回の論文は、「どこの」遺伝子を操作する、という難題を見事解決したものです。

  1. 青い光で操ることのできる“Magnet”というタンパクに、遺伝子操作をする“Cre”タンパクを結合させることで、遺伝子操作を光で行うことを可能にした。
  2. 弱い光や、短時間しか光を当てなくても十分に遺伝子を操作することができた。
  3. ネズミを使った実験で、体の外から青い光を当てるだけでも十分に肝臓に対する遺伝子操作ができることを実証した。

この論文を見つけた時は「すげー!!」と叫びそうになりました。それくらい、この論文のインパクトは非常に大きいと思います。
 使用しているMagnetというタンパク質は本当に磁石のような動きをするタンパク質で、青い光を当てると“N極のタンパク”と“S極のタンパク”が結合する、という性質を持つものです。この論文の筆者らは、Creというタンパクを2つに切って、それぞれをこの磁石タンパクのNとSに1つずつひっつけています。そうすることで、光が無い時は2つにCreが分断されているのでうまく力を発揮できないのですが、光を当てた時はMagnetがひっつくので、分断されたCreもひっつき、元の力を発揮して、遺伝子を操作できるようになる、という仕組みです。
 この論文でさらにすごいのは3で、ネズミの体の外から光を当てるだけで、ネズミに何のストレスも傷も与えること無く遺伝子を操作することができる、という夢にまで見た技術を提供するものです。確かに体の外から光が届く範囲には限界があるでしょうし、その理由で対象になる臓器も限られてくるとは思いますが、今後この技術を使って研究する人が爆発的に増えると思います。

この論文は、自分の研究分野外で本当に感動した久しぶりの論文でした。是非ご興味のある方はどうぞ。

それでは今回はこの辺で失礼致します、読んで下さってありがとうございました!

T細胞による「物理的」攻撃

論文紹介 Immunology

 こんにちは、ぷにぷにアザラシです。最近急に涼しくなりましたね。そのおかげで鼻が詰まり気味な今日この頃です。そんな私の鼻の中では、おそらくたくさんの免疫細胞が戦っていることでしょう。今日紹介する論文はそんな免疫細胞のお話です。

Cytotoxic T Cells Use Mechanical Force to Potentiate Target Cell Killing

という今回の論文の主人公は、細胞傷害性T細胞という免疫細胞です。昔この細胞は“キラーT細胞”と呼ばれていました。Killer。殺し屋。そうです、その名の通り、この細胞は細胞を殺すために存在する細胞なのです。「そんな、生き物にとって害しかなさそうな細胞がどうして体にいるんだ!?」と思われる方もいるかもしれません。しかし、この細胞、とっても大事なのです。
 私たちの体の中に例えば細菌やウイルスが入った場合、基本的には好中球やマクロファージがその細菌を食べ、さらにはB細胞が抗体と呼ばれる“ミサイル”を作り出すことでその細菌をやっつけます。しかし、ウイルスの中にはそんな攻撃から逃れるために細胞の中へ逃げるモノもいます。そうなってしまうと、マクロファージなどは食べることができませんし、ミサイルである抗体も細胞の中には届きません。こうなってしまうとウイルスに敵はいなくなり、そのまま放っておけば細胞の中でウイルスが大繁殖して、私たちの命が危ないことになりかねません。そんな時、この細胞傷害性T細胞は威力を発揮します。つまり、ウイルスに感染してしまって弱っている細胞を殺すことで、ウイルスが大繁殖してしまうことを防ぐわけです。
 この細胞傷害性T細胞はどうやって弱っている細胞を殺すのでしょうか?単純に言うと「相手に穴を開けて、毒を盛る」という方法を使います。なかなかエグい方法で殺すものです。今回の論文はさらに、このT細胞は自分の開けた穴を“力”でこじ開ける、ということを発見しました。

  1. 細胞傷害性T細胞は、相手の細胞の表面に力をかけて引き延ばし、その力に依存して相手の細胞にかかるダメージが大きくなる
  2. 1.の理由は、力をかけることで相手に穴が開きやすくなるためである
  3. 細胞傷害性T細胞は、穴を開ける場所に合わせて、力のかける場所・タイミングを調節している

細胞の表面に力をかければ穴が開きやすくなるイメージは湧くのですが(ピンと張った障子紙の方が張っていない時よりも破りやすい)、それを細胞で示しているのが斬新で、この論文を読んでいて非常に面白く感じました。今までの研究でも、本気で細胞がもつ物理的な“力”の意味を考えたものは本当に少ないと思います。そういう意味で、この論文は色々な研究の先駆けとなるように感じます。
 実はこの細胞傷害性T細胞、最近医療研究業界でも注目されています。なぜなら、この細胞は「」をやっつける細胞だからです。人類の死亡原因第1位となって久しい癌ですが、大きくなってしまって手術ができなくなってしまうと手を出すことができないのが現状です。その背景には未だに癌の特効薬が存在しないことが挙げられます。最近、そんな状況の中でこの細胞傷害性T細胞に着目した薬が登場してきました。ニボルマブ(商品名:オプジーボ)と呼ばれる薬がそれに当たります。この薬は今までに開発されてきた癌に対する薬の中でもかなり癌に対してよく効く薬だと注目されています。今回のように細胞傷害性T細胞の新しい側面が解明され、このニボルマブに続く新たな良い癌の薬が世に出回ることを期待しています。

 それにしてもT細胞は単細胞なのに、どうして人間の考えるような複雑なことを行えるのでしょうね。自然の神秘とは本当に深いと思いました。何はともあれ、私の体のT細胞には頑張ってもらって、私の鼻づまりを早く何とかして欲しいものです。

 では今回はこのあたりで!最後まで呼んでくださりありがとうございました!

「冷たく痛い」は「遠回し」な感覚

論文紹介 Neuroscience

こんにちは、ぷにぷにアザラシです。台風が次から次へとやってくる毎日ですね。個人的に、宇宙から撮影された台風の写真は美しいと思うのですが、どうでしょうか?目のあたりとかくっきりしていると良いですよね・・・?さて、今日はそんな前置きとは全く関係なく(笑)、こんな論文を紹介します。

Cold sensitivity of TRPA1 is unvailed by the prolyl hydroxylation blockade-induced sensitization to ROS

突然ですが、氷水に手を入れたときの感覚を想像してみて下さい。おそらく多くの方は当然、「冷たい!」と初めは感じるはずです。しかしそのまま手を入れておきましょう。そうすると、だんだん「痛い」感覚になってきて、耐えられず氷水から手を出してしまうことになるかと思います。以前の記事でも紹介しましたが、この「冷たく痛い」感覚の実態は実はよく分かっていません。

少し詳しいことを説明すると、私たちが痛い、かゆい、熱い、といったすべての感覚を感じるためには、感覚神経が活性化することが不可欠です。ですので、感覚神経にはそういった痛いや熱いといった情報を捉えるための「センサー」が存在します。今までの温度を感じる仕組みについての研究では、こういうセンサーは熱などを直接感知すると考えられてきました。しかし、今回のこの論文ではそのような仕組みとは異なった方法でセンサーが冷たさを感知することを明らかとしました。

  1. TRPA1というセンサーが低酸素状態にて、過酸化水素に対する感受性が増大する
  2. 冷たい刺激を受けると細胞が過酸化水素を出すため、低酸素状態ではTRPA1が冷たい刺激に対して反応するようになる
  3. オキサリプラチンとよばれる抗がん剤を使用すると、低酸素状態に似たような状態になるため、冷たい刺激に対して過敏になる

メインの発見は2.で、冷たい刺激がまず過酸化水素を産生し、それが感覚神経のセンサーであるTRPA1を活性化することで「冷たく痛い」という感覚につながるようです。つまり、感覚神経のセンサーが冷たい刺激に直接反応するのではなく、過酸化水素という物質を1つ介して、「遠回しに」冷たい刺激に反応するということです。3.で出てくるオキサリプラチンという抗がん剤は、大腸がんに対してよく用いられるもので、これを用いて治療される患者ほぼすべてが、冷たいコップを触るだけで「ピリピリ」と感じるといった、冷たい刺激に対して過敏なることが知られています。この論文ではそのオキサリプラチンによって起こる過敏症状をよく説明しています。

残念ながら、冒頭で例に出したような氷水による「冷たく痛い」という感覚が、この論文の機序によって引き起こされるのかどうかは、この論文では論じられていないのでわかりませんが、もしかすると似たような何かが起こっているのかもしれません。しかし、温度センサーの反応する新しい仕組みを示しているところは、面白いと思います。今回は過酸化水素でしたが、脂質など他の分子の関与も気になるところです。また新しい仕組みが明らかとなっていくことでしょう。

以上になります、最後までありがとうございました!
ぷにぷにアザラシでした!