多モーダル学習による遺伝子型と表現型の動的関係の解明 背景紹介 遺伝子型と表現型の複雑な関係は、生物学分野の核心的な問題の一つである。遺伝子型（genotype）は生物体の遺伝情報を指し、表現型（phenotype）はこれらの遺伝情報が特定の環境下でどのように表れるかを指す。1909年にWilhelm Johannsenがこれら二つの用語を提唱し、その関係を定量化しようと試みたが、一世紀以上経った現在でも、遺伝子型がどのように複雑な遺伝子発現パターンを通じて表現型を形作るかを正確に記述することはできていない。近年、単一細胞RNAシーケンシング（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）などの技術の発展により、細胞解像度で遺伝子発現の複雑なダイナミクスを観察す...

単細胞解像度での遺伝子空間マッピング：遺伝子シグナルパターン分析（GSPA）研究 学術的背景 単細胞RNAシークエンシング（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技術は、近年の生物学研究において大きな進展を遂げており、特に細胞状態空間（cellular state space）の組織構造を明らかにする上で重要な役割を果たしています。しかし、細胞状態空間をマッピングするための多くの計算手法が開発されている一方で、遺伝子空間（gene space）のマッピングや埋め込み（embedding）に関する研究は比較的少ない状況です。遺伝子発現は高度に組織化されており、遺伝子間は複雑な生物学的プロセスや経路を通じて協調して機能しています。しかし、生物学的および技術的...

ジェノタイプ表現グラフ（GRG）に基づく研究：バイオデータ分析効率の向上を実現する新たなフレームワーク 学術的背景と研究の動機 シーケンシング技術の急速な進歩に伴い、特に人間の疾病関連研究分野において、大規模なゲノムデータの収集がますます一般的になってきています。2023年末には、英国バイオバンク（UK Biobank）がそのクラウドコンピューティングプラットフォーム上で約50万件の全ゲノムデータをリリースし、そのうち20万件が位相（phased）処理が完了しました。このような膨大なデータセットは研究に前例のない機会を提供しますが、同時に新たな課題ももたらします。すなわち、これほど大規模なゲノムデータを効率的に符号化し分析するにはどうすればよいかという課題です。伝統的な2次元の表形式データ構...

デュアルターゲットエクソンスキッピング反義オリゴヌクレオチド薬によるデュシェンヌ型筋ジストロフィーの新たな進展：BrogidirsenのI/II相臨床試験 背景紹介 デュシェンヌ型筋ジストロフィー（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）は致命的な遺伝性疾患であり、骨格筋および心筋の機能に影響を及ぼし、患者は早期に運動能力を喪失し、さらには臓器不全にも至ることがあります。現在のところ、DMDを根治する方法は存在しません。その原因は、X染色体短腕（Xp21.2）のDMD遺伝子の変異にあり、これによりジストロフィン（Dystrophin）と呼ばれるタンパク質が失われたり異常になったりします。ジストロフィンは筋細胞膜の構造安定性を維持する重要なタンパク質であり、その欠如は...

食事由来のイソチオシアネート化合物がα1アンチトリプシン欠乏症における潜在的治療効果 背景および研究意義 α1アンチトリプシン欠乏症（Alpha-1 Antitrypsin Deficiency、AATD）は、先天性の単一遺伝子疾患であり、肝臓中でのα1アンチトリプシン（AAT）の誤折りたたみによって引き起こされます。この誤折りたたみは、2つの病理的効果を引き起こします。1つは肝臓におけるAATポリマーの蓄積による毒性の蓄積であり、もう1つは肺でのAAT単量体の分泌減少です。これにより好中球エラスターゼ（Neutrophil Elastase、NE）の抑制作用が低下し、肺組織の破壊が進行して最終的に慢性閉塞性肺疾患（Chronic Obstructive Pulmonary Disease、...

CD70を標的としたiPSC由来のCAR-NK細胞療法 背景と研究目的 過去10年間、「活性薬」としての細胞療法は、従来の治療理念を根本から覆しました。特に、キメラ抗原受容体T細胞（CAR-T）の設計により、免疫療法の有効性が大幅に向上し、従来の治療が不可能だった血液系悪性腫瘍の治療において潜在的な治癒への道筋を提供しました。しかしながら、CAR-T療法は、標的範囲の限定、生産プロセスの時間とコストの増大、そして製造失敗のリスクといった課題に直面しています。これらの制約により、この療法は迅速な介入が必要な癌患者集団への広範な適用が困難となっています。 これらの問題に対処するために、近年CD70が免疫チェックポイント分子として注目されており、血液系および固形腫瘍の多くで高発現していることから、...

側頭葉てんかんにおけるシナプス密度ネットワーク機能障害の関連遺伝子発現パターンを解明 背景 側頭葉てんかん（Temporal Lobe Epilepsy, TLE）は、最も一般的な部分てんかんの一種であり、その病理的特徴と発症メカニズムは神経科学の分野で長年注目されてきました。本疾患は、単一の脳領域（例：てんかん焦点）のみに関与するのではなく、広範な脳ネットワーク機能に影響を及ぼす疾患と考えられています。TLEの核心的な病理メカニズムには主に興奮性と抑制性シナプス伝達の不均衡が含まれ、シナプスの喪失が重要な要因であるとされています。こうしたシナプスネットワークのマクロな変化が脳機能ネットワークの障害を引き起こす可能性があり、遺伝子レベルでの異常がこれらのシナプス再構築の潜在的な起因である可能...

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...

シングルセルRNAシーケンシングが末梢血における細胞タイプ特異的スプライシング調節と自己免疫および炎症性疾患との関係を明らかにする 背景紹介 近年、ゲノム研究の急速な進展により、複雑な形質の遺伝的基盤についての理解が大幅に深まりました。しかしながら、複雑な疾患と関連する多くのゲノム関連領域（GWAS loci）の機能的メカニズムは未だ完全には解明されていません。これらの領域の多くは、タンパク質を直接コードしない非コードゲノムに位置しており、転写後イベント、例えば選択的スプライシング（alternative splicing, AS）が遺伝子発現や複雑な疾患の遺伝的リスクにどのように影響を与えるかを理解することが重要です。選択的スプライシングは、遺伝子機能を調節し、遺伝子発現の多様性を創出する...