超微細構造の自動分析：大規模ハイパースペクトル電子顕微鏡に基づく研究 学術的背景 電子顕微鏡（Electron Microscopy, EM）は、生物の超微細構造を研究するための重要な技術であり、生体分子の解像度で細胞の微細構造を明らかにすることができます。近年、自動化とデジタル化の進展により、電子顕微鏡はナノスケールの解像度で広範囲の細胞や組織サンプルを捕捉できるようになりました。しかし、電子顕微鏡画像は通常グレースケールであり、データ量が膨大であるため、分析プロセスは手動の注釈に依存することが多く、大規模な研究における応用が制限されています。この問題を解決するため、研究者たちは自動化手法を用いて生体分子アセンブリの情報を抽出し、生物の超微細構造の理解を加速する方法を探求しています。 本研...

学術的背景と問題提起 ミトコンドリアは真核細胞において重要な細胞小器官であり、細胞のエネルギー代謝、シグナル伝達、細胞の生存と死の調節に関与しています。ミトコンドリアの機能障害は、神経変性疾患、心血管疾患、糖尿病、がんなど多くの人間の疾患と関連しています。そのため、ミトコンドリアの動態を研究することは、その生物学的機能と疾患における役割を理解する上で重要です。しかし、従来の電子顕微鏡（EM）は非常に高い空間分解能を持っていますが、固定されたサンプルにしか適用できず、ミトコンドリアの動態を捉えることはできません。蛍光顕微鏡は生体サンプルの観察に使用できますが、特に3次元（3D）再構築や長時間のイメージングにおいて、光退色（photobleaching）の問題が定量分析の精度を大きく低下させてい...

ウランを使用しないKMnO₄/Pb染色による低真空走査型電子顕微鏡での組織構造のイメージング 学術的背景 電子顕微鏡（Electron Microscopy, EM）は、細胞や組織の超微細構造を研究するための最も強力なツールの一つです。しかし、従来の生物試料の金属染色法では、有害なウラン化合物を使用する必要があり、これが電子顕微鏡の広範な応用を妨げていました。近年、超解像蛍光顕微鏡の発展により、多くの細胞生物学者が免疫細胞化学技術に注目していますが、蛍光標識は依然としてこれらの技術の基盤となっています。そのため、電子顕微鏡観察は不可欠な手法であり、生物学における細胞/組織構造と機能の相関を明らかにするために、新たなデバイスや手法が開発されています。 低真空走査型電子顕微鏡（Low-Vacuu...

核小体繊維のトポロジーが転写因子のエンハンサーへの結合を導く 学術的背景 細胞のアイデンティティの確立は、細胞タイプ特異的な遺伝子のエンハンサーに結合する複数の転写因子（Transcription Factors, TFs）の協調的な作用に依存しています。TFsはアクセス可能なクロマチン内の特定のDNAモチーフを認識しますが、この情報だけではTFsがどのようにエンハンサーを選択するかを説明するには不十分です。本論文では、4つの異なるTFの組み合わせを比較し、それらのゲノム占有率、クロマチンのアクセス可能性、ヌクレオソームの位置、および3次元ゲノム組織をヌクレオソーム解像度で分析し、ヌクレオソーム繊維のトポロジーがどのようにTFsのエンハンサーへの結合を導くかを明らかにしました。 論文の出典 ...

空間トランスクリプトミッククロックが脳の老化における細胞近接効果を明らかにする 学術的背景 加齢に伴い、認知機能の低下と神経変性疾患のリスクが顕著に増加します。脳の老化は複雑なプロセスであり、多くの細胞レベルの変化を伴います。しかし、老化した細胞がどのように近隣の細胞に影響を与え、その影響が組織の機能低下にどのように寄与するかはまだ明らかではありません。さらに、老化組織におけるこの問題を体系的に解決するためのツールはまだ開発されていません。この研究では、研究者たちは空間分解能を持つ単一細胞トランスクリプトームアトラスを開発し、機械学習モデルを組み合わせることで、老化、再生、および疾患における空間的および細胞タイプ特異的なトランスクリプトームの特徴を明らかにしました。 論文の出典 この論文は、...

学術的背景と問題提起 がん研究において、遺伝子増幅（gene amplification）は一般的な変異形式であり、特にがん遺伝子（oncogene）の活性化において重要な役割を果たしています。しかし、遺伝子増幅ががんにおいて重要であることは広く認識されているものの、初代細胞やモデル生物でこれらの増幅を正確に模倣することは依然として課題です。特に、染色体外DNA（extrachromosomal DNA, ecDNA）を介した遺伝子増幅はがんにおいて非常に一般的ですが、その腫瘍発生や進行における具体的な役割はまだ完全には解明されていません。ecDNAは染色体に依存しない環状DNA分子であり、通常は複数のがん遺伝子コピーを運び、細胞分裂中のランダムな分離を通じて急速に蓄積し、腫瘍の異質性と進化...

脊椎動物の体幹発生における体外モデル研究 学術的背景 脊椎動物の体幹発生は、複数の細胞タイプの生成と組織化を伴う高度に調和されたプロセスである。このプロセスの中心には、胚の後部に位置する前駆細胞群があり、複雑なシグナルネットワークを介して神経管、体節、脊索（notochord）などの組織に分化する。脊索は脊索動物の特徴的な構造であり、胚発生において機械的支持を提供するだけでなく、シグナル分子を分泌して周囲の組織の発生を調節する。しかし、既存の体外モデル、例えば多能性幹細胞（pluripotent stem cells, PSCs）を用いた分化モデルは、体幹発生の一部を再現できるものの、脊索やその依存組織（例えば神経管の底板（floor plate））を欠いていることが多い。これにより、脊椎動...

CRISPR-Cas9遺伝子編集技術は、特にキメラ抗原受容体T細胞（CAR-T細胞）の開発において、がん治療への応用が大きく進展しています。しかし、CRISPR編集プロセス中に引き起こされる染色体異常（大規模な欠失、染色体転座、異数性など）は、臨床応用における大きな懸念材料となっています。これまで、CRISPR-Cas9システムのコンポーネントを最適化することでこれらのリスクを軽減する研究が進められてきましたが、T細胞受容体（TCR）の活性化後の急速な増殖など、T細胞の内在的特性がゲノム安全性に与える影響は十分に研究されていませんでした。そこで、Laurenz T. Urschらは、TCR活性化と細胞増殖がCRISPR編集結果に与える影響を調査し、CRISPRでエンジニアリングされたT細胞の...

学術的背景 腫瘍微小環境（Tumor Microenvironment, TME）は、がん研究における重要な分野であり、腫瘍細胞は周囲の非腫瘍細胞との相互作用を通じて、疾患の進行や治療反応に影響を与えます。腫瘍関連マクロファージ（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）は、腫瘍の成長、血管新生、免疫抑制において重要な役割を果たしています。近年、代謝調節がマクロファージの機能に与える影響が注目されており、特にグルコース代謝とミトコンドリア代謝がマクロファージの極性化と活性に影響を与えることが明らかになっています。しかし、ペントースリン酸経路（Pentose Phosphate Pathway, PPP）がTAMsにおいて果たす役割と、免疫調節への影響はまだ十分に研...

Epstein-Barrウイルス（EBV）は、広く拡散しているγ-1型ヘルペスウイルスであり、世界中の成人の約90%-95%が感染していると推定されています。EBV感染は通常無症状で、ウイルスは複雑なライフサイクルを経て、最終的に宿主の一部のB細胞に潜伏感染を確立します。宿主の免疫システムは、自然キラー細胞や抗ウイルスT細胞反応を通じてEBV感染を制御しますが、免疫抑制状態の個体では、EBVが腫瘍発生を引き起こし、移植後リンパ増殖性疾患（PTLD）を含む悪性腫瘍を引き起こす可能性があります。PTLDは、臓器または骨髄移植後の免疫抑制によって引き起こされるリンパ組織の異常増殖疾患であり、その大部分のB細胞PTLDはEBVに関連していますが、相当数の症例はEBV陰性です。現在、EBV陽性とEBV...