理系論文まとめ10回目 Nature 2023/7/6 ~ 2023/7/6
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Nature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。
C-Hを調整できる化学反応や機械学習での気象予報などは頭が上がりませんな。
一口コメント
Regioselective aliphatic C–H functionalization using frustrated radical pairs
フラストレーションラジカル対を用いた位置選択的脂肪族C-H官能基化反応
「フラストレイテッドラジカル対（FRP）はC(sp3) - H結合の官能化に有用であり、化学合成の新たな手法を提供」
Accurate medium-range global weather forecasting with 3D neural networks
3次元ニューラルネットワークによる正確な中距離全球気象予報
「AIを用いて既存の数値天気予報法を上回る精度の天気予報システム「Pangu-Weather」を開発」
Therapy-induced APOBEC3A drives evolution of persistent cancer cells
治療によって誘導されたAPOBEC3Aが持続性がん細胞の進化を促進する
「肺癌治療における薬剤耐性の発展を推進する酵素APOBEC3Aを特定し、その抑制が新たな治療戦略につながる可能性を示す研究」
Cooperation between bHLH transcription factors and histones for DNA access
DNAアクセスにおけるbHLH転写因子とヒストンの協力関係
「MYC-MAXとCLOCK-BMAL1の転写因子がE-boxと結合し、ヌクレオソーム内のDNAへアクセスする様子を解明」
Remote detection of a lunar granitic batholith at Compton–Belkovich
コンプトン・ベルコビッチにおける月花崗岩バストリスの遠隔検出
「月の遠くの地下には、予想以上に広大な花崗岩系が存在する。」
Hepatitis C virus RNA is 5′-capped with flavin adenine dinucleotide
C型肝炎ウイルスRNAはフラビンアデニンジヌクレオチドで5′キャップされている。
「肝炎CウイルスはRNAの保護にフラビンアデニンジヌクレオチドを活用」
要約
フラストレーションラジカル対を用いた位置選択的脂肪族C-H官能基化反応
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05966-0
ディシラジド供与体とN-オキソアンモニウム受容体から生成されるフラストレイテッドラジカル対（FRP）クラスを使用して、C(sp3) - H結合の官能化を達成できることを示しました。
①事前情報：
フラストレイテッドルイス対（FLP）は小分子（例：二酸化炭素、ジヒドロゲン）の活性化についてよく知られています。FRPはステリック障害と/または弱い結合の関連性から、生成したラジカルが互いに消滅しないという特性があります。
②行ったこと:
C(sp3) - H結合の官能化を達成するために、ディシラジド供与体とN-オキソアンモニウム受容体から生成されるFRPクラスを使用しました。
③検証方法:
これらの種は単電子転送を経て、非活性化C - H結合を切断してアミノキシル化製品を生成する一時的かつ持続的なラジカル対を生成します。
④分かったこと:
ドナーの構造を調整することにより、立体選択性を制御し、三級、二級、または一級のC - H結合に対する反応性を調整することが可能です。
⑤この研究の面白く独創的なところ:
この研究は、アミノキシル化製品を生成するための新しい方法として、フラストレイテッドラジカル対（FRP）の使用を提案しています。
応用
この研究は、特定のC-H結合を選択的に官能化する化学合成の新しい手法を提供します。
3次元ニューラルネットワークによる正確な中距離全球気象予報
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06185-3
a,b, Tracking results for two strong tropical cyclones in 2018, that is, Typhoon Kong-rey (2018–25) and Yutu (2018–26). The initial time point is shown below each panel. The time gap between neighbouring dots is 6 h. Pangu-Weather forecasts the correct path of Yutu (that is, it goes to the Philippines) at 12:00 UTC on 23 October 2018, whereas ECMWF-HRES obtains the same conclusion 2 days later, before which it predicts that Yutu will make a big turn to the northeast. c, A comparison between Pangu-Weather and ECMWF-HRES in terms of mean direct position error over 88 cyclones in 2018. Each number in brackets in the x-axis indicates the number of samples used to calculate the average. For example, ‘(788)’ means that there are in total 788 initial points from which the typhoon lasts for at least 24 hours, and the 788 direct position errors of Pangu-Weather and ECMWF-HRES were averaged into the final results. Panels a and b were plotted using the Matplotlib Basemap toolkit.
AIを利用した新しい天候予報方法「Pangu-Weather」を開発し、既存の最も正確な予報システムである数値天気予報（NWP）よりも高精度な予報を実現しました。
①事前情報：
数値天気予報（NWP）は、大気状態を離散化した格子点で表現し、それらの状態間の遷移を記述する偏微分方程式を数値的に解くことにより行われます。しかしこの手法は計算コストが高く、AIを使った予報方法が開発されていますが、その精度はNWPに劣っていました。
②行ったこと：
我々は、地球特有の事前情報を組み込んだ3次元深層ネットワークと、階層的な時間集約戦略を用いることで、複雑な天候データを効果的に処理し、中期範囲の予報での累積誤差を減らす新しいAIベースの天候予報方法「Pangu-Weather」を開発しました。
③検証方法：
39年間の全世界のデータを用いて「Pangu-Weather」を訓練し、全ての試験変数において、再分析データに対する決定的予報結果がECMWFの運用統合予報システムよりも優れていることを確認しました。
④分かったこと：
「Pangu-Weather」は、極端な天候予報やアンサンブル予報でも優れた結果を示し、再分析データで初期化されたときの熱帯低気圧の追跡の精度もECMWF-HRESよりも高いことがわかりました。
⑤この研究の面白く独創的なところ：
3次元モデルを用いて、気圧レベル間の大気状態の関係を捉えることで精度を大幅に向上させ、中期範囲の予報に必要な反復回数を大幅に減らし、累積予報誤差を軽減しました。
応用
この「Pangu-Weather」は、気候予報業界における予報精度と速度の向上に寄与し、極端な気候イベントの予測に用いられる可能性があります。
治療によって誘導されたAPOBEC3Aが持続性がん細胞の進化を促進する
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06303-1
この研究では、肺癌治療における抗がん薬への耐性獲得の潜在的メカニズムとしてAPOBEC3A (A3A)という酵素の役割を明らかにしています。
①事前情報 :
APOBEC酵素群は、遺伝子変異の原因となることが知られている。しかし、治療中の薬剤耐性が発展する過程での役割は未だ明らかになっていない。
②行ったこと :
臨床で一般的に用いられる肺癌治療薬がA3Aを誘導し、治療中に存在し続ける薬剤耐性癌細胞に持続的な突然変異を引き起こすことを調査しました。
③検証方法 :
A3Aの欠落を細胞に導入し、その結果としてのAPOBEC突然変異と構造変異の発生、および薬剤耐性の発展速度を評価しました。
④分かったこと :
治療により誘導されたA3Aは、治療中に存在し続ける薬剤耐性癌細胞の進化を推進することが明らかとなりました。また、APOBECの変異シグネチャーは、標的治療への反応後に進行した肺癌患者の腫瘍に濃縮されていました。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
この研究の面白さは、APOBEC3Aが抗がん薬の耐性の発展にどのように関与するかという新しい洞察を提供した点にあります。
この研究では、肺癌治療における抗がん薬への耐性獲得の潜在的メカニズムとしてAPOBEC3A (A3A)という酵素の役割を明らかにしています。
①事前情報 :
APOBEC酵素群は、遺伝子変異の原因となることが知られている。しかし、治療中の薬剤耐性が発展する過程での役割は未だ明らかになっていない。
②行ったこと :
臨床で一般的に用いられる肺癌治療薬がA3Aを誘導し、治療中に存在し続ける薬剤耐性癌細胞に持続的な突然変異を引き起こすことを調査しました。
③検証方法 :
A3Aの欠落を細胞に導入し、その結果としてのAPOBEC突然変異と構造変異の発生、および薬剤耐性の発展速度を評価しました。
④分かったこと :
治療により誘導されたA3Aは、治療中に存在し続ける薬剤耐性癌細胞の進化を推進することが明らかとなりました。また、APOBECの変異シグネチャーは、標的治療への反応後に進行した肺癌患者の腫瘍に濃縮されていました。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
この研究の面白さは、APOBEC3Aが抗がん薬の耐性の発展にどのように関与するかという新しい洞察を提供した点にあります。
応用
この研究は、APOBEC3Aの抑制が、肺癌治療に対する耐性の防止や遅延に有効な治療戦略となる可能性を示しています。
DNAアクセスにおけるbHLH転写因子とヒストンの協力関係
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06282-3
この研究では、ヒトの基本的なヘリックス-ループ-ヘリックス(bHLH)転写因子であるMYC-MAXとCLOCK-BMAL1が、クロマチン化されたE-boxとどのように結合するかについて調査されています。
①事前情報：
bHLH転写因子ファミリーは、細胞の成長、増殖、代謝から神経生成、筋肉生成、低酸素応答、昼夜リズムまで、生命の重要なプロセスを制御します。特に、MYC-MAXは細胞の増殖を制御し、CLOCK-BMAL1は昼夜リズムを制御します。
②行ったこと：
研究者は、MYC-MAXとCLOCK-BMAL1が、どのようにE-boxと結合し、ヌクレオソーム内のDNAを解放するかを調査しました。
③検証方法：
研究者は、エンジニアリングされたヌクレオソーム配列と自然のヌクレオソーム配列を用いて構造解析を行いました。
④分かったこと：
MYC-MAXとCLOCK-BMAL1は、ヌクレオソームの入口/出口近くのE-boxに優先的に結合します。また、DNAがヒストンから放出されるのを引き起こし、ヌクレオソーム内のDNAにアクセスします。これらの転写因子は、ヌクレオソーム内のE-boxの位置とbHLHダイマー化ドメインの種類によって、ヒストンとの相互作用、親和性、他のヌクレオソームに結合する因子との競合および協調作用の程度が決まることがわかりました。
⑤この研究の面白さと独創的なところ：
この研究は、異なるbHLH転写因子がヌクレオソームにどのように相互作用するかを調査し、ヌクレオソーム内のE-boxに結合するメカニズムを明らかにすることで、bHLHファミリーの理解を深めることができました。
応用
この研究の結果は、薬物設計や疾患の診断と治療の分野での応用が考えられます。具体的には、癌の治療や神経疾患の治療における新しいターゲットとしてこれらの転写因子を利用することが可能になります。
コンプトン・ベルコビッチにおける月花崗岩バストリスの遠隔検出
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06183-5
月の遠くの地表下に約50キロメートル直径の広大な花崗岩系が存在することを、チャンウーゴ1号と2号のマイクロ波計測から発見した。
事前情報
地球以外の太陽系では花崗岩はほとんど存在しない。花崗岩の形成には、多段階の溶融と分別が必要で、これにより放射性元素の濃度も増える。地球では豊富な水とプレートテクトニクスがこれらのプロセスを促進するが、月にはこれらがない。
行ったこと
月の遠い地表下にある花崗岩系を探索し、その存在を確認した。
検証方法
チャンウーゴ1号と2号のマイクロ波温度計測器を使用して、数波長深さまでの熱勾配を測定した。
分かったこと
コンプトン・ベルコビッチと呼ばれるトリウム豊富な遠い地点で、地熱源が異常に高く、これは地表下約50キロメートルの花崗岩系の存在が最もよく説明する。この熱流束は、月の高地の平均と比較して約20倍高い。
この研究の面白く独創的なところ
月のプロセラルム地域以外でこのような大規模な花崗岩系が存在するとは思われていなかった。また、この手法は他の惑星体へも適用可能であり、地熱プロセスについての知識を大幅に広げる可能性がある。
応用
この研究の結果は、月の地下資源の探査やその他の惑星体の地質学的研究に貢献できる。
C型肝炎ウイルスRNAはフラビンアデニンジヌクレオチドで5′キャップされている。
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06301-3
肝炎Cウイルス（HCV）のRNAは、細胞の代謝産物であるフラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）を使い、通常とは異なる5′-FADキャップを形成することを発見した。
【事前情報】
RNAウイルスはゲノムを保護するために様々な戦略を進化させてきたが、これまでに肝炎Cウイルス（HCV）のRNA 5′キャップが特定された例はなかった。
【行ったこと】
HCVがウイルス由来のRNA依存性RNAポリメラーゼを利用し、FADを非正規の開始ヌクレオチドとして使うことで5′-FADキャップをRNAに形成することを示した。
【検証方法】
HCV RNAのキャップの特性を調査し、それがFADであることを突き止めた。
【分かったこと】
HCVのFADキャップ頻度は約75%で、これは生物全体のRNAメタボライトキャップの中で最も高い。FADキャップは、HCVのアイソレートの中で保存されており、患者のサンプルやヒト肝キメリックマウスモデルの肝および血清から分離したHCV RNAでも観察される。また、5′-FADキャップはRNAをRIG-I介在の innate免疫認識から保護するが、HCV RNAを安定化するわけではない。
【この研究の面白く独創的なところを具体的に】
細胞の代謝産物を使った新たなウイルスRNAキャップ戦略を確立し、他のウイルスもこれを使用し、抗ウイルス治療の結果や感染の維持に影響を与える可能性がある。
応用
この研究の結果は、抗ウイルス治療の戦略を考える際の基礎となり、ウイルスの生存戦略と生物防御メカニズムの理解を深める。
最後に
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