理系論文まとめ8回目 SCIENCE 2023/6/30 ~ 2023/6/29
科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなSCIENCEです。
さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世の中の先端はこんな研究してるのか～と認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。
細胞内のDNAの運動がどんどんわかってきた！
一口コメント
Spatially resolved single-cell translatomics at molecular resolution
分子レベルでの空間分解単一細胞トランスラトミー
「RIBOmapという新しい技術により、細胞内でのタンパク質合成のプロセスを未曾有の詳細さで描き出すことが可能になり、生物学的研究と医療への新たな応用が開かれた」
Virus-like transposons cross the species barrier and drive the evolution of genetic incompatibilities
ウイルス様トランスポゾンが種の壁を越え、遺伝的非互換性の進化を促す
「Maverick要素という新たな遺伝子移動メカニズムを発見し、生物の進化や適応メカニズムの理解を深め、新たな遺伝学的アプローチの可能性を開いた」
Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane
銀河面からの高エネルギーニュートリノの観測
「銀河系内で生成される高エネルギーニュートリノの起源を解明し、宇宙線研究の新たな進展を引き起こす可能性がある」
Agricultural expansion raises groundwater andincreases flooding in the South American plains
農業の拡大が地下水を上昇させ、南米の平野部で洪水を増加させる
「雨水頼みの農業が大規模な水文学的影響を及ぼし、それが洪水リスクの増大と地下水レベルの変動に繋がることを明らかにした研究」
Cyanotriazoles are selective topoisomerase II poisons that rapidly cure trypanosome infections
シアノトリアゾールは選択的トポイソメラーゼII毒であり、トリパノソーマ感染を迅速に治療する
「トリパノソーマのトポイソメラーゼIIを阻害するシアノトリアゾール化合物は、シャーガス病とアフリカ睡眠病の新たな治療薬としての可能性を示している」
Stochastic motion and transcriptional dynamics of pairs of distal DNA loci on a compacted chromosome
コンパクト化された染色体上の遠位DNA座位対の確率的運動と転写ダイナミクス
「DNAの3次元的な動きと遺伝子の転写出力との関係を解明し、遺伝子発現に対する新たな理解を提供した」
要約
分子レベルでの空間分解単一細胞トランスラトミー
この論文は、リボソームに結合したmRNAを検出するための新しい手法、RIBOmapを紹介しています。この手法は、単一細胞と空間解像度でタンパク質合成を測定することを可能にします。
事前情報:
mRNAの翻訳は細胞生理のポストトランスクリプション遺伝子調節の重要なステップです。しかし、空間と単一細胞解像度でトランスクリプトームスケールでmRNA翻訳を系統的に研究することは依然として困難でした。行ったこと:
著者らは、リボソームに結合したmRNAマッピング（RIBOmap）という高度に多重化された3次元in situプロファイリング方法を開発しました。これにより、細胞内のトランスラトームを検出することが可能になりました。検証方法:
RIBOmapは、HeLa細胞で981遺伝子の多重化実験を行い、細胞周期依存的な翻訳制御と機能的遺伝子モジュールの共局在翻訳を明らかにしました。さらに、マウス脳組織で5413遺伝子の翻訳を測定し、119,173細胞の空間的に解決された単一細胞トランスラトームプロファイルを生成しました。分かったこと:
RIBOmapによる空間トランスラトミクスとトランスクリプトミクスの比較により、細胞タイプ特異的および脳領域特異的な翻訳調節が明らかになりました。これにより、細胞および組織機能のためのプロテオームを形成する新たなポストトランスクリプション遺伝子調節原理とメカニズムの発見が期待されます。この研究の面白く独創的なところ:
RIBOmapは、複雑なポリソーム単離ステップや遺伝子操作を回避できるため、ヒト組織や疾患サンプルのポストホック研究に有望である。RIBOmapを他のイメージングに基づく測定法と統合することで、生体システムを包括的に理解するための空間的マルチオミクス・マッピングが可能になると期待される。
応用先
この研究の成果は、医療や生物学的研究の領域での応用が期待されます。具体的には、細胞内のタンパク質合成のメカニズムを詳細に理解することで、新たな治療法の開発や遺伝病の原因解明に対する洞察を提供することができます。また、RIBOmapのテクニックは、新たな薬物の効果を評価したり、遺伝子治療の効果を検証するためのツールとして使用することも可能です。
ウイルス様トランスポゾンが種の壁を越え、遺伝的非互換性の進化を促す
①事前情報：
DNAは親から子への遺伝によって伝えられますが、水平遺伝子移動（HGT）というプロセスにより、関連性のない個体間や異なる種間でもDNAが伝えられることがあります。これは細菌で最もよく特徴づけられていますが、真核生物、つまり菌類、植物、動物でもHGTが起こることが示されています。しかし、真核生物におけるHGTのメカニズムはまだほとんど解明されていません。
②行ったこと：
線虫の研究中に、真核生物におけるHGTのベクトルの一つであるMaverick要素を発見しました。Maverick要素は、トランスポゾンとウイルスの両方の特性を共有しています。
③検証方法：
線虫の遺伝子ファミリーであるwospプロテアーゼとkrmaキナーゼが、Mavericksによって広範囲に取り込まれ、異なる線虫種間で大規模に移送されていることを発見しました。
④分かったこと：
これらの移送は、数億年前に最後の共通祖先を共有した種間でも発生しています。また、線虫のMavericksが新たな融合因子MFUS-1を取得したことを発見しました。これは、レトロウイルスがゲノムレトロエレメントから生まれたのと類似した、包帯感染粒子の形成を通じてMavericksの拡散を促進した可能性があります。
⑤この研究の面白く独創的なところ：
ウイルスとトランスポゾンの結合がどのようにして水平遺伝子移動を引き起こし、最終的には自然集団における遺伝的非互換性を引き起こすかを示しています。
応用
この研究の成果は、遺伝学や進化生物学の理解を深める上で重要な役割を果たすと考えられます。具体的には、種間での遺伝情報の交換メカニズムを理解することで、進化の過程や生物の適応メカニズムについて新たな洞察を得ることができます。また、農業や医療の分野では、遺伝子操作や遺伝子治療の方法を改善するための新たなアプローチとして利用する可能性もあります。
銀河面からの高エネルギーニュートリノの観測
①事前情報 :
高エネルギー宇宙線の起源は未だに不明であり、銀河系内で生成された宇宙線は、星間磁場による偏向のため、地球にはランダムな方向から到着します。しかし、宇宙線はその発生源や伝播中に物質と相互作用し、高エネルギーニュートリノを生成します。
②行ったこと :
IceCubeニュートリノ観測所の10年間のデータに機械学習技術を適用してニュートリノ放射の探索を行いました。
③検証方法 :
拡散放射モデルとバックグラウンドのみの仮説を比較し、銀河面からのニュートリノ放射を特定しました。
④分かったこと :
銀河面からのニュートリノ放射を4.5σの有意性レベルで識別しました。この信号は、銀河系からのニュートリノの拡散放射と一致していますが、未解決の点源の集団からも生じる可能性があります。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
この研究は、銀河系内の近くの源から高エネルギーニュートリノが生成されることを示唆しています。これは、銀河系内の高エネルギーニュートリノの起源を理解するための重要な一歩となります。
応用
この研究の成果は、高エネルギー宇宙線やニュートリノの起源を解明する上で重要な役割を果たすと考えられます。具体的には、これらの粒子の生成・伝播メカニズムを理解することで、宇宙の構造や宇宙線が与える可能性のある影響について新たな洞察を得ることができます。この理解は、粒子物理学、宇宙物理学、天体物理学などの分野における理論の構築や検証に貢献するでしょう。また、この研究の方法論は、大量の天文学的データを解析し、新たな発見を行うための方法として利用される可能性もあります。
農業の拡大が地下水を上昇させ、南米の平野部で洪水を増加させる
https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.add5462
①事前情報：
農業の水文学への地域的な影響は主に灌漑と関連しています。しかしこの研究では、雨水頼みの農業も大規模な影響を及ぼすことを示しています。
②行ったこと：
過去40年にわたる南米平原での農業の拡大の広がりと速さは、雨水頼みの農業が水文学に及ぼす影響の前例のない事例を提供します。
③検証方法：
リモートセンシングの分析では、年間作物が自然植生と牧草地を置き換えると、洪水は徐々にその範囲を倍にし、降水への感叞性を増加させました。地下水は深い（12から6メートル）から浅い（4から0メートル）状態に移行し、揚水レベルを低下させました。
④分かったこと：
フィールド研究とシミュレーションは、作物地での根深さと蒸散の減少がこの水文変化の原因であることを示唆しています。これらの結果は、雨水頼みの農業拡大に伴う洪水リスクの増大を、大陸スケールと10年スケールで示しています。
⑤この研究の面白さと独創的なところ：
雨水頼みの農業が大規模な水文学的影響を及ぼす可能性を明らかにし、それが環境への影響につながる可能性を示しています。
応用
この研究の現実的な応用としては、環境管理や農業政策立案に役立つことが考えられます。この研究により、雨水頼みの農業が地域の水文環境に大きな影響を及ぼし、それが洪水リスクの増大に繋がる可能性が明らかになりました。これを元に、より持続可能で環境に配慮した農業の進行を支援するための政策や戦略を立案することができます。また、洪水リスクの評価や都市計画における水害対策の立案にも役立つ可能性があります。
シアノトリアゾールは選択的トポイソメラーゼII毒であり、トリパノソーマ感染を迅速に治療する
この論文は、トリパノソーマ症（シャーガス病やアフリカ睡眠病など）の治療に有望な新たな化合物クラス、シアノトリアゾール（CT）について述べています。
事前情報
ラテンアメリカやサハラ以南のアフリカに住む何百万人もの人々がトリパノソーマ症感染のリスクにさらされています。これらはシャーガス病やアフリカ睡眠病（HAT）を引き起こします。HATの治療法は改善されていますが、シャーガス病の治療は2つのニトロヘテロサイクルに依存しており、長期の投薬と安全性の問題があり、治療が頻繁に中断されます。
行ったこと
トリパノソーマに対する表現型スクリーニングを行い、シアノトリアゾール（CT）というクラスの化合物を特定しました。これは、シャーガス病とHATのマウスモデルで強力なトリパノソーマ殺しの活動を示しました。
検証方法
クライオ電子顕微鏡を用いて、CT化合物がトリパノソーマのトポイソメラーゼIIを選択的に不可逆的に阻害することを確認しました。これは、二重鎖DNA：酵素切断複合体を安定化させることによって行われます。
分かったこと
このメカニズムは、体内外での急速な寄生虫の除去につながりました。シアノトリアゾール治療は、これらの疾患の治療を改善する可能性があります。
この研究の面白く独創的なところ
この研究では、シャーガス病の治療に新たなアプローチを提供する可能性があります。特に、シアノトリアゾールは、トリパノソーマのトポイソメラーゼIIを選択的に阻害し、DNAに不可逆的で致命的なダメージを引き起こすことが明らかになりました。これは、これらの疾患の治療法を改善する可能性があります。
応用
この研究の現実的な応用としては、トリパノソーマ症（シャーガス病やアフリカ睡眠病など）の新たな治療薬開発に役立つことが考えられます。シアノトリアゾール化合物は、トリパノソーマのトポイソメラーゼIIを選択的に阻害することで、急速な寄生虫の除去を可能にすることが示されています。特に、シャーガス病の治療法が現状限られていることを考えると、この研究によって示された新たな治療アプローチは非常に重要な可能性を持っています。
コンパクト化された染色体上の遠位DNA座位対の確率的運動と転写ダイナミクス
この記事は、遺伝子の調節における重要なステップである、ゲノム全体に散在するエンハンサー-プロモーターペアの物理的な出会いについて述べています。しかし、核空間で遠隔のDNA要素がどのように出会うのかはまだ明らかではありません。この研究では、開発中のフライ胚で、染色体上の分離距離を変えながらDNAローカスのペアの三次元的な動きとその転写出力を視覚化しました。彼らは、密なパッキングと急速な拡散の予想外の組み合わせを見つけました。これらの組み合わせにより、ポリマーの緩和時間がゲノムの分離によって異常なスケーリングを示し、長距離の相関を引き起こします。したがって、DNAローカスの出会いの時間は、既存のポリマーモデルが予測するよりもゲノム距離に依存していません。これは真核生物の遺伝子発現に対する潜在的な影響を持つ可能性があります。
【事前情報】
遺伝子の調節における重要なステップは、ゲノム全体に散在するエンハンサー-プロモーターペアの物理的な出会いです。
【行ったこと】
開発中のフライ胚で、染色体上の分離距離を変えながらDNAローカスのペアの三次元的な動きとその転写出力を視覚化しました。
【検証方法】
生体内イメージング試験を使用しました。
【分かったこと】
密なパッキングと急速な拡散の予想外の組み合わせを見つけ、これらの組み合わせにより、ポリマーの緩和時間がゲノムの分離によって異常なスケーリングを示し、長距離の相関を引き起こします。
【この研究の面白く独創的なところを具体的に】
DNA座位の遭遇時間は、既存の高分子モデルで予測されるよりも、ゲノム距離にあまり依存しない。このことは真核生物の遺伝子発現に影響を与える可能性がある。
応用
この研究の現実的な応用としては、遺伝子疾患の診断や治療に役立つ可能性があります。遺伝子の発現が疾患の原因となる場合があるため、遺伝子発現のメカニズムを理解することは、新たな治療法や診断法を開発するための重要なステップです。また、ゲノム編集技術（CRISPRなど）の精度と効率性を向上させるための情報としても利用できます。
最後に
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