理系論文まとめ46回目 Nature(科学) 2023/7/27
がんの自滅を促す分子の発見！
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。
世界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。
一口コメント
Rewiring cancer drivers to activate apoptosis
アポトーシスを活性化するがんドライバーの配線変更
「がん細胞の自滅を引き起こす新たな分子「TCIPs」の開発。」
Small protein modules dictate prophage fates during polylysogeny
小タンパク質モジュールがポリリソジニーにおけるプロファージの運命を決定する
「DNA損傷とは独立した新たな刺激によるプロファージ誘導の制御」
Accelerating the energy transition towards photovoltaic and wind in China
中国における太陽光発電と風力発電へのエネルギー転換の加速
「中国が炭素中和を達成するための再生可能エネルギー導入とその経済的な費用を評価した研究。」
Subsecond periodic radio oscillations in a microquasar
マイクロクエーサーにおけるサブ秒周期の電波振動
「マイクロクエーサーGRS 1915 + 105のラジオ放射における新たな振動パターンを明らかにし、これらの期間中に円偏光を観察し、ブラックホールの振る舞いに新たな光を投げかけています。」
Extensive pedigrees reveal the social organization of a Neolithic community
膨大な血統から明らかになった新石器時代の社会組織
「遺伝的および同位体分析を用いたこの研究は、西ヨーロッパの新石器時代のコミュニティの親族関係と社会構造について前例のない洞察を提供します。」
Neural basis for fasting activation of the hypothalamic–pituitary–adrenal axis
視床下部-下垂体-副腎軸の空腹時活性化の神経基盤
「AgRPニューロンは、断食中に視床下部ー下垂体ー副腎（HPA）軸を活性化するために、GABA作動性の供給元を抑制するという重要な役割を果たします。」
要約
アポトーシスを活性化するがんドライバーの配線変更
Rewiring cancer drivers to activate apoptosis | Nature
がん細胞の増殖と転移を制御する遺伝子と、細胞死を引き起こす遺伝子の間の関係を理解することで、新しいがん治療法を開発する可能性があります。この研究では、特定の分子（転写/エピジェネティックCIPs：TCIPs）を使用してがんの遺伝子を細胞死の遺伝子へと「リワイア」し、細胞死を引き起こす方法を提案しています。
①事前情報 :
がん細胞の増殖、生存、侵入、転移を引き起こす遺伝子は、多くの人間のがんで同定されています。一方で、細胞死経路は個体全体の利益のために細胞を排除します。これらの細胞死経路とがん遺伝子が共存していることから、細胞死の誘導に使える化学物質（CIPs）を使って、がん遺伝子をリワイアすることが可能だと考えられます。
②行ったこと :
私たちは新しい分子クラスであるTCIPsを開発しました。これらはがん遺伝子、またはその下流の転写因子を細胞死遺伝子のプロモーターに誘引し、その発現を活性化します。
③検証方法 :
大細胞型B細胞リンパ腫（DLBCL）を対象にし、転写因子であるBCL6が異常発現していることに着目しました。BCL6は細胞死遺伝子のプロモーターに結合し、その発現をエピジェネティックに抑制します。私たちはBCL6に結合する小分子と、がんプログラムに寄与する転写活性化因子BRD4に結合する小分子を共有結合させることでTCIPsを生成しました。
④分かったこと :
最も強力な分子であるTCIP1は、BRD4の結合をBCL6結合サイト全体で50％増加させ、15分以内にプロアポトーシス（細胞死を引き起こす）ターゲット遺伝子での転写伸長を誘導します。同時に、エンハンサー上のBRD4結合をわずか10％しか減少させません。これはゲイン・オブ・ファンクション（機能の獲得）メカニズムを反映しています。TCIP1はDLBCL細胞株、特に化学療法耐性でTP53変異を持つ細胞株を、72時間でEC50（半数効果濃度）が1～10nMという非常に低い濃度で殺すことが可能でした。
⑤この研究の面白く独創的なところ :
既存のがん遺伝子を細胞死遺伝子へと「リワイア」し、細胞死を引き起こす新しい分子（TCIPs）の開発と、その具体的な作用メカニズムを明らかにしたことが本研究の革新的な側面です。
応用先
本研究は、DLBCLなどのがん治療法における新たなアプローチとなり得ます。また、遺伝子の発現を調節するための治療法として、再生医療や発育障害の治療にも応用が可能と考えられます。
小タンパク質モジュールがポリリソジニーにおけるプロファージの運命を決定する
Small protein modules dictate prophage fates during polylysogeny | Nature
生物圏の大部分の細菌は複数のプロファージ（細菌ファージの細菌ゲノムへの組み込み形態）を保持していると推定されています。この研究では、DNA損傷以外の刺激によってプロファージが誘導される新たな調節モジュールを発見し、その存在がプロファージ間の競争やファージと宿主の生物学において重要な役割を果たすことを示しています。
a, Phylogenetic tree (left) and gene neighbourhoods (right) for 34 representative telN loci encoding convergently oriented telN and repA genes. Phage VP882 and Vibrio 1F-97 phage 72 are denoted with stars. The SOS-independent pathway components in phage VP882 (vqmAPhage and qtip) are in blue and orange, respectively. Genes encoding predicted autoproteolytic repressors (red) cluster together with respect to TelN phylogeny and are distinct from genes encoding non-cleavable repressors (navy). NCBI accession numbers are depicted to the right of each sequence. Scale bar indicates the number of amino acid substitutions per site. b, SDS–PAGE in-gel labelling of the non-proteolytic N15 phage repressor (HALO–cIN15) and the autoproteolytic phage VP882 repressor (HALO–cIVP882). The minus and plus symbols indicate the absence and presence, respectively, of 500 ng ml−1 ciprofloxacin used to induce the SOS response. M denotes the molecular weight marker (representative bands are labelled). c, Growth of Vibrio 1F-97 carrying aTc-inducible smORF72 in medium containing aTc (denoted smORF72), ciprofloxacin (denoted SOS) or water (denoted by the minus symbol). d, PR72–lux expression in E. coli carrying an empty vector (designated V) or aTc-inducible smORF72 grown in medium containing aTc. The PR72–lux plasmid carries cI72, which represses reporter expression. Relative light units (RLUs) were calculated by dividing bioluminescence by OD600. e, SDS–PAGE in-gel labelling of the Vibrio 1F-97 phage 72 repressor (cI72–HALO) produced by E. coli carrying aTc-inducible smORF72. The treatments –, SOS and smORF72 refer to water, ciprofloxacin and aTc, respectively. M as in b. f, PsmORF72–lux expression from E. coli carrying an empty vector (V) or aTc-inducible tf72 grown in medium containing aTc. RLU as in d. g, Growth of Vibrio 1F-97 carrying aTc-inducible tf72 in medium lacking or containing aTc (white and blue, respectively). Data are represented as the mean ± s.d. with n = 3 biological replicates (c,d,f,g) or as a single representative image chosen from three replicates experiments (b,e).
①事前情報 :
多くの研究システムでは、リソゲニー（プロファージの状態）からライシス（細胞が破壊されてファージが放出される状態）へのプロファージの誘導はほぼ全てDNA損傷因子によって引き起こされます。しかし、同一の刺激に反応して細胞資源を競う同居するプロファージの挙動については未知です。
②行ったこと :
DNA損傷とは独立した刺激によってプロファージの誘導を制御する新たな調節モジュールを探索しました。このモジュールは、ライシスの主要な抑制因子を不活化し、誘導を引き起こす小分子タンパク質をコードする隣接する遺伝子の発現を活性化する転写因子を持っています。
③検証方法 :
DNA損傷によって露出した2つのプロファージを持つ細菌を対象に、ファージの放出と生産性を調査しました。また、シングルセル解析を行い、刺激に応じてどのようにプロファージの誘導が制御されるかを明らかにしました。
④分かったこと :
DNA損傷に晒された細菌は、1つ、もしくは両方のファージを生産する異なる細胞集団を形成します。一方、DNA損傷独立のモジュールによる誘導では、特定の刺激に感応するファージのみが生産されます。この結果、誘導に使われる刺激がファージの生産性を決定することが示されました。
⑤独創的なところ :
DNA損傷とは独立した新たな調節モジュールを発見し、その存在がプロファージ間の競争やファージと宿主の生物学において重要な役割を果たすことを示した点が革新的です。
応用
この研究は、微生物の生態学やファージ療法の開発に対する深い理解を提供します。また、抗生物質耐性細菌への新たな対策としても応用が可能と考えられます。
中国における太陽光発電と風力発電へのエネルギー転換の加速
Accelerating the energy transition towards photovoltaic and wind in China | Nature
中国が2060年までに炭素中和を達成するためには、太陽光（PV）と風力のエネルギーを大幅に増やす必要があります。この研究では、新たに建設するPVと風力発電所の最適な配置、超高電圧（UHV）送電、エネルギー貯蔵の活用、電力負荷の柔軟性、そして学習効果を考慮することで、PVと風力の容量を増やす可能性とその経済的な費用を評価しています。
a,b, Maps of PV (a) and wind (b) power plants built by decade in the optimal path. The background shows global horizontal irradiance (GHI) and wind power density (WPD). c, Seasonal and diurnal variations in the generation and demand of power under an electrification rate of 58% for non-power sectors in 2060. The shading represents the PV and wind power generation without considering curtailments. In a baseline scenario, the capacity of individual PV and wind power plants is limited to 10 GW without electricity transmission and energy storage, whereas the growth rate of PV and wind power is constant during 2021–2060 without considering the dynamics of learning. We design five experiments by sequentially increasing the limit of power capacity from 10 to 100 GW (case A), building new UHV lines (case B), storing energy (case C), improving the electrification of non-power sectors (case D) and considering flexibility of power loads (case E). Case E becomes equivalent to our optimal path if the construction time of power plants is optimized by accounting for the dynamics of learning. d, Power-use efficiency defined as the fraction of the generated power consumed by end users. e, Influences of increasing the capacity of new PV and wind power plants built in the 2020s on the LCOE of all new PV and wind power plants built during 2021–2060. The optimal path minimizes the LCOE by optimizing the construction time of individual power plants (shaded area) under a discounting rate of 5%. The inset shows the annual costs by decade. We consider a ‘CFED path’ by following the rate of installing renewables in China’s 14th Five-year Energy Development (CFED)7 with the projected costs of PV and wind power1. f, Dependency of the annual average costs of deploying PV and wind power during 2021–2060 on the power capacity of new PV and wind power plants built during 2021–2060 under different scenarios.
事前情報
中国の目標は、2060年までに年間1から10-15PWhの再生可能エネルギーを利用することです。しかし、現在の再生可能エネルギー設備の導入速度や中国の14th Five-year Energy Development (CFED)に基づいた予測では、2060年までに5-9.5PWh年−1しか到達できないと予測されています。
行ったこと
我々は、3844の新たなユーティリティスケールのPVと風力発電所の個別の最適配置、超高電圧送電とエネルギー貯蔵の組み合わせ、電力負荷の柔軟性、そして学習効果を考慮した新たなモデルを提案しました。
検証方法
新たなモデルを使用し、PVと風力の容量を9PWh年−1（CFEDパスに対応）から15PWh年−1に増やすことが可能かを評価しました。また、CO2の平均削減コストが1トン当たり97ドルから6ドルに減少するかも評価しました。
分かったこと
年間投資額を2020年の770億ドルから2020年代には1270億ドル、2050年代には4260億ドルに増やすことで、再生可能エネルギーの容量を増やすことが可能であり、貧困地域の住民の収入も増えると分かりました。
この研究の面白く独創的なところ
新たな発電所の最適配置、超高電圧送電とエネルギー貯蔵の組み合わせ、電力負荷の柔軟性、そして学習効果を考慮した新たなモデルを提案し、それを用いて中国が炭素中和を達成するためのエネルギー増産とその経済的な費用を評価した点が革新的です。
応用
この研究は、再生可能エネルギーの導入とそれに伴う経済的な費用を評価し、具体的な投資計画を策定する際の参考となります。特に、中国のように炭素中和を目指す国や地域にとっては、重要な指針となり得ます。
マイクロクエーサーにおけるサブ秒周期の電波振動
Subsecond periodic radio oscillations in a microquasar | Nature
研究者たちは、マイクロクエーサーGRS 1915 + 105のラジオ放射に新たな一時的な周期振動を観測しました。これらの振動中に円偏光も確認されました。
①事前情報：
GRS 1915 + 105は、既知の高速回転するブラックホールX線バイナリで、相対論的ジェットが存在します。このブラックホールは過去30年間にわたり、1-10Hzと34および67HzのX線帯域で準周期的な振動を持続的に示してきました。また、約20–50分の準周期的なフレアまたは振動を持つ可変光曲線も観測されました。
②行ったこと：
研究者たちは、GRS 1915 + 105を密接に監視し、2021年1月と2022年6月に観測された1.05から1.45 GHzのラジオ帯域で約5 Hzの一時的な周期振動特性の2つの事例を報告しました。
③検証方法：
これらの観測の検証は、おそらく指定された周波数帯域および指定された期間に、マイクロクエーサーのラジオ天文観測から厳密なデータ収集を通じて行われたと考えられます。
④分かったこと：
GRS 1915+105のラジオ放射に新たな、約5Hzの一時的な周期振動があることがわかりました。また、これらの振動フェーズ中に円偏光が観測されました。
⑤この研究の面白く独創的なところ：
このマイクロクエーサーのラジオ放射に新たな振動パターンが発見されたことは、吸収ブラックホールの振る舞いへの理解に新たな複雑さと理解を加える興味深い発展です。これらのフェーズ中に観測された円偏光も興味深い発見です。
応用
この発見は、ブラックホールの振る舞いについての理解を深める可能性があり、天体物理学、天文学、そして可能性としては重力波研究の分野に貢献できます。この知識は、ブラックホールの吸収とジェット行動のモデルを開発し、精緻化するのに極めて重要となります。
膨大な血統から明らかになった新石器時代の社会組織
Extensive pedigrees reveal the social organization of a Neolithic community | Nature
研究者は古代のDNA、ストロンチウム同位体、および文脈的データを用いて、新石器時代の埋葬地から西ヨーロッパの先史社会における社会構造、親族関係の習慣、定住パターンについての洞察を明らかにしました。
a, Reconstructed pedigrees of the Gurgy group coloured according to family lineages (lineages A–R, according to the colour scale in c). Gen., generation. b, The geographical location of the Gurgy ‘les Noisats’ site in present-day France. The map was created using the R packages maps (v.3.3.0) and mapdata (v.2.3.0). c, The site layout, representing the spatial distribution of family lineages coloured as in a. d, Photograph of female individual GLN270A (no genetic results) with the reburied remains of the main male ancestor GLN270B of pedigree A. e, The spatial distances of father–offspring and uncle–nephew/niece pairs (the number of pairs is given in parentheses; Supplementary Table 20). Fathers and subadult sons are, on average, buried significantly closer to each other than any other pairs (Supplementary Note 12). The centre line shows the median, the box limits delineate the interquartile range and the whiskers extend to the maximum and minimum values, excluding the outliers.
①事前情報：
社会人類学や民族学研究は現存する集団の親族システムや交流ネットワークを理解するための手段となっていますが、先史社会のそれらシステムについての理解は、主に生物学的および文化的遺物を研究することから来ています。
②行ったこと：
研究者たちはフランスのGurgy 'les Noisats' サイトから100人以上の個人から古代のDNA、ストロンチウム同位体、文脈的データを分析しました。このサイトは西ヨーロッパの新石器時代、約4850-4500 BCにさかのぼります。
③検証方法：
研究者は遺伝データとストロンチウム同位体（個々の地理的起源を示すことができる）を分析し、埋葬された個人間の生物学的関係を再構築し、その社会構造と定住習慣を理解しました。
④分かったこと：
研究者は、この埋葬社会が2つの主要な家系によって連結されていたことを発見しました。これらの家系は7世代にわたり、父系・父親中心の社会構造であり、女性の外婚や遺伝的に近い隣接集団との交換の証拠がありました。年齢構造の違いとストロンチウム同位体の結果から、このサイトが数十年間だけ使用されたことが示唆されました。
⑤この研究の面白さと独創的なところ：
遺伝データ、ストロンチウム同位体、考古学的文脈を組み合わせた革新的な手法により、研究者は先史社会の家族関係と社会構造を再構築し、その生活様式を珍しく見ることができました。
応用
この研究の方法論は他の考古学的サイトにも適用することができ、先史社会の理解を広げるのに役立ちます。これにより、人類学者、歴史家、考古学者は、人間の社会進化と文化的慣行をよりよく理解することができます。
視床下部-下垂体-副腎軸の空腹時活性化の神経基盤
Neural basis for fasting activation of the hypothalamic–pituitary–adrenal axis | Nature
研究者たちは、視床下部アグチ関連ペプチド（AgRP）発現ニューロンが断食時の視床下部ー下垂体ー副腎（HPA）軸の活性化を引き起こし、そのために重要であることを発見し、下流のニューロンの抑制解除を含む複雑なメカニズムを明らかにしました。
事前情報
断食は生存のための多数の適応を引き起こし、エネルギー需要のために燃料貯蔵を動員するグルココルチコイドホルモンを放出するHPA軸の活性化を含みます。エネルギー不足の間にこの活性化を引き起こす具体的な神経機構はこれまで不明でした。
行ったこと
研究者たちは、断食時のHPA軸の活性化における神経機構、特にAgRP発現ニューロンの役割について調査しました。
検証方法
これらのニューロンを操作し、制御された実験室の環境で研究することにより、彼らはこの重要なエネルギー不足への反応を支える複雑な経路と相互作用を明らかにすることができました。
分かったこと
研究者たちは、AgRPニューロンが視床下部腹側核（PVH）への投射を通じてHPA軸の活性化を引き起こすことを発見しました。ここでは、彼らは線維終末のストライア終末部の核（BNST）からのGABA作動性の供給元を抑制し、その結果、PVH内のコルチコトロピン放出ホルモン（CRH）発現ニューロンの抑制解除と活性化を行います。
この研究の面白く独創的なところ
研究者たちは、AgRPニューロンが下流のニューロンを活性化するための新しいメカニズム、つまりGABA作動性の供給元の抑制を特定しました。この発見は、断食によるHPA軸の活性化の神経基盤の理解に挑戦します。
応用
この研究は、体が断食や他のエネルギー不足の形態にどのように反応するかの理解を改善するのに役立つ可能性があります。この知識は、代謝に関連した状態、ストレス反応、食事障害の治療または管理に有益である可能性があります。
最後に
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