遺伝子レベルの単一細胞軌跡アライメント：動的プログラミングに基づく新手法 シングルセルRNAシーケンシング（Single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技術の出現により、生物学研究が飛躍的に進展し、時間や空間における単細胞レベルでの動的変化を観察することが可能になりました。しかしながら、サンプル間や条件（例えば、対照と薬剤処理、体内と体外実験、健康と疾患など）の動的変化を比較するには未だ多くの課題があります。本研究では、新たに開発された「genes2genes」と呼ばれるツールを通じて、単細胞軌跡アライメントにおける重要な課題、特に遺伝子レベルでの動的変化の精確なマッチングを実現しようとしています。 本論文は、Wellcome Sanger Institute...

人間の脳成熟における遺伝子発現のダイナミクス研究：新たな時系列脳細胞アトラス 学術的背景 人間の脳の発達と成熟は神経科学で重要な研究分野ですが、依然として多くの未解明な謎が残されています。発達中の人間の脳は、生後、遺伝子発現の動的な変化に導かれながら長期にわたる複雑な成熟のプロセスを経ます。以前、体塊組織（bulk tissue）に基づく大規模なトランスクリプトーム研究で、胎児後期から幼児初期への移行期、さらには小児期と青年期の脳構造や機能における劇的な変化に伴う顕著な遺伝子発現変化が明らかにされました。しかし、これらの研究の限界は、細胞タイプごとの遺伝子発現の動態を特定できなかった点にあります。そのため、異なる細胞タイプが小児期から成人期にわたる脳の成熟過程でどのように遺伝子発現が変化する...

大判型マイクロアレイを再利用してスケーラブルな空間トランスクリプトミクスを実現する新手法：Array-Seq技術の誕生 背景と研究の起源 近年、空間分子解析（spatiomolecular analyses）は、生物医学研究や臨床病理学にとって重要なツールとなっています。これは、組織内の細胞や分子の空間的な配置が、それらの機能や健康・病気における異常な変化にどのように影響を与えるかを研究できるからです。しかし、既存の空間トランスクリプトミクス（spatial transcriptomics, ST）技術は、複数の面で制約を抱えています。特に、装置の高額さ、操作の複雑さ、表面積の小ささ、大量のサンプル処理との非互換性、さらに一般的な組織学染色（H&E染色など）との非互換性が挙げられます。これら...

大規模言語モデルを用いた遺伝子集合機能発見の探求：GPT-4の優れた性能 学術的背景 機能ゲノミクス（functional genomics）の分野では、遺伝子集合の富化解析（gene set enrichment analysis）が遺伝子の機能と関連する生物学的プロセスを理解するための重要な方法となっています。しかし、現在の富化解析はGene Ontology (GO) などといった文献に基づいて整理された遺伝子機能データベースに依存しており、これらのデータベースには不完全性や更新の遅れといった課題があります。このため、多くの遺伝子集合が従来のツールでは効果的に解析できず、これらの未定義の遺伝子集合が新たな生物学的知識の源泉となる可能性があります。 こうした背景のもと、近年、生成型人工知...

C. difficile のセファロスポリン耐性研究 背景紹介 Clostridioides difficile感染症（Clostridioides difficile infection, CDI） は、米国で最も一般的な病院感染症の一つであり、毎年多くの患者が入院し、死亡に至ることもあります。CDIは患者の健康に脅威をもたらすだけでなく、経済的にも大きな負担をかけています。C. difficileの感染性は、その多剤耐性、特にβ-ラクタム系抗生物質（セファロスポリンなど）に対する固有の耐性に一部起因しています。セファロスポリンは臨床的に最も一般的に使用される抗生物質の一つですが、その使用は患者がC. difficileに感染するリスクを高める可能性があります。 β-ラクタム系抗生物質は、...

乳がんにおけるメバロン酸経路の制御と腫瘍発生および肺転移における役割 背景紹介 乳がんは世界中の女性において最も一般的ながんの一つであり、その発生と転移のメカニズムは複雑で、さまざまなシグナル経路と代謝経路の異常な制御が関与しています。近年、代謝リプログラミング（metabolic reprogramming）は、がん細胞がその急速な増殖と転移のニーズに適応するための重要なメカニズムの一つと考えられています。特に、メバロン酸経路（mevalonate pathway）は、さまざまながんにおいて顕著にアップレギュレーションされており、乳がんにおいても腫瘍発生と転移に重要な役割を果たすことが示されています。しかし、メバロン酸経路の具体的な制御メカニズムと乳がんにおける機能はまだ完全には解明されて...

全ゲノムエピジェノム関連研究がPTSDに関連する新規DNAメチル化部位を特定：23の軍民コホートを用いたメタ分析 学術的背景と研究目的 心的外傷後ストレス障害（Posttraumatic Stress Disorder, PTSD）は、極度の外傷的出来事を経験した後に発症する深刻な精神障害です。PTSDの症状は、侵入的な記憶、記憶を引き起こす状況への回避や情緒の麻痺、過剰覚醒などが特徴であり、心理的および身体的健康に重要な影響を与える可能性があります。PTSDは、自己管理の低下、医療治療の非遵守、物質使用の増加に関連し、心血管疾患などの慢性疾患のリスクを増加させることが知られています。 大多数の人々が少なくとも1回は外傷的出来事を経験しているにもかかわらず、PTSDを発症するのはごく少数に限...

Pitx2の発現およびネアンデルタール人からの遺伝子流入が現代人の歯のサイズ変異に寄与する 背景と目的 歯の形態はヒトの進化過程において顕著な多様性を示していますが、この多様性の遺伝的基盤についてはほとんど解明されていません。歯は保存性が高く、形態の多様性が豊かであるため、進化研究で重要な特徴として扱われます。また、現代人類集団間でも歯の形態的変異が観察されており、これらの特徴は集団遺伝学や個人識別にも利用されています。しかし、一般集団での歯の形態変異に関する遺伝的基盤の研究は限定的であり、歯の発育に関わる遺伝子を数多く特定する動物研究があるにもかかわらず、これを人類の個々の形態変異に結びつける研究は不十分です。 本研究の目的は、多層的な-オミクス解析を通じ、現代人の歯冠サイズの変異に寄与す...

分子分類における新たな進展：RNAシークエンシングと免疫組織化学を用いたリンパ腫の二重分類予測モデル 濾胞性リンパ腫（Follicular Lymphoma、FL）はB細胞に由来する悪性腫瘍であり、臨床的な進行は比較的緩やかで、現在の治療法を用いると中央値全生存期間が20年に達する可能性があります。しかし、FLは臨床的な予後や治療反応において顕著な異質性を示し、個別化されたリスク分類や治療選択が難しい現状です。既存の臨床‐生物学的指標（FLIPI、FLIPI-2、PRIMA-PIなど）は一定の効果を発揮しているものの、それらは個別の精密な診断や特定の治療法選択に対する十分なデータを提供していません。そのため、より精度の高い医療技術（Precision Medicine）の必要性が強く求められ...

単細胞解析により高齢マウスと若齢マウスの前立腺の変化を明らかにする 学術的背景 前立腺は男性生殖系の重要な器官であり、加齢に伴い前立腺は肥大化し、尿道の圧迫を引き起こす可能性があります。これにより排尿障害や関連症状が生じ、前立腺癌のリスクも増加します。前立腺の老化は重要なテーマであるにもかかわらず、その分子メカニズムはまだ完全には解明されていません。単細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）技術は、細胞の異質性や老化過程における遺伝子発現の微妙な変化を解明するための強力なツールです。前立腺に関する単細胞研究は数多く行われていますが、これらの研究はマウスの前立腺老化を系統的かつ深く特徴付けるために適用されていません。疾患のないヒトの前立腺組織を入手することは困難であるため、遺伝的および生理学...