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...
双極性障害のゲノム研究 背景紹介 双極性障害（Bipolar Disorder, BD）は、深刻な精神疾患であり、世界的に疾病負荷に大きく寄与しています。双極性障害の遺伝率は60-80%と高いにもかかわらず、その遺伝的基盤の大部分は未だに明らかになっていません。これまでの研究は主にヨーロッパ系の人々に焦点を当てており、他の民族集団に対する深い探求が不足していました。さらに、双極性障害の異質性（例えば、双極I型とII型）や患者の由来（臨床、コミュニティ、自己報告）の違いが遺伝的構造の違いを引き起こす可能性があります。これらの問題を解決するため、研究者たちはこれまでで最大規模の多民族ゲノムワイド関連研究（GWAS）を実施し、双極性障害の遺伝的構造と生物学的基盤を明らかにすることを目指しました。 ...
母源X染色体が雌マウスの認知と脳老化に及ぼす影響 背景紹介 哺乳類において、雌性細胞は2本のX染色体を持ち、1本は母親由来（母源X染色体、Xm）、もう1本は父親由来（父源X染色体、Xp）です。胚発生の過程で、どちらか1本のX染色体がランダムに不活性化されます。このプロセスはX染色体不活性化（X inactivation）と呼ばれます。この不活性化メカニズムにより、雌性個体は細胞レベルでX染色体のモザイク現象（mosaicism）を示します。つまり、一部の細胞は母源X染色体を発現し、他の細胞は父源X染色体を発現します。このモザイク現象は個体間で異なり、一部の個体ではX染色体不活性化が著しく偏る（skew）こともあります。X染色体の親由来は、DNAメチル化などのエピジェネティックなメカニズムを通...
完全なヒト組換えマップ 学術的背景 遺伝学の研究において、組換え（recombination）は生物が遺伝的多様性を生み出すための重要なメカニズムの一つです。組換えは遺伝子の伝達と組み合わせに影響を与えるだけでなく、自然選択や集団の歴史の推測においても重要な役割を果たします。しかし、既存の組換えマップは主に交叉組換え（cross-over, CO）に基づいており、より一般的な非交叉組換え（non-cross-over, NCO）は無視されてきました。NCOの検出は難しく、そのため組換え研究におけるその貢献は長い間過小評価されてきました。組換えのメカニズムと遺伝的多様性への影響を完全に理解するためには、COとNCOを含む完全な組換えマップを作成する必要があります。 本研究は、全ゲノムシーケンス...
ミトコンドリア疾患の精密モデリング：最適化されたmitobesに基づく研究 学術的背景 ミトコンドリア疾患は、ミトコンドリアDNA（mtDNA）の変異によって引き起こされる遺伝性疾患の一種で、細胞のエネルギー代謝に影響を与え、さまざまな臓器の機能障害を引き起こします。ミトコンドリアDNAの変異は、同質的（すべてのmtDNAコピーに影響を与える）または異質的（変異型と野生型のmtDNAが共存する）である場合があります。これらの変異は人口において比較的稀ですが、一度発生すると重篤な臨床症状を引き起こすことが多く、Leigh症候群やLeber遺伝性視神経症（LHON）などの疾患が知られています。適切な動物モデルの不足により、ミトコンドリア疾患の研究と治療の進展が制限されています。そのため、ヒトのミ...
多スケールフットプリントが細胞分化と老化におけるシス調節要素の役割を明らかにする 背景紹介 遺伝子発現の調節は、細胞の運命と疾患発生の鍵となるメカニズムの一つであり、シス調節要素（cis-regulatory elements, CREs）がこの過程で重要な役割を果たしています。CREsは、転写因子やヌクレオソームなどの多様なエフェクタータンパク質と結合することで、遺伝子発現を動的に調節します。しかし、既存の研究方法では、特に単細胞レベルでこれらのエフェクタータンパク質のゲノム全体での結合動態を測定する際に限界があり、CREsの構造がその機能とどのように関連しているかを完全に理解することが困難でした。特に、細胞分化と老化の過程におけるCREsの役割については不明な点が多く残されています。 こ...
分相パンゲノムを活用したハイブリッドジャガイモのハプロタイプ設計 学術的背景 ジャガイモ（Solanum tuberosum L.）は、世界で最も重要な塊茎作物の一つであり、毎年120以上の国々で13億人以上の人々に食料を提供しています。しかし、ジャガイモの四倍体ゲノムとクローン繁殖の方法により、その育種の進展は遅く、従来の育種方法では有益な形質を迅速に蓄積することが困難です。ジャガイモの改良を加速するために、科学者たちは二倍体自殖系に基づく種子繁殖ハイブリッドシステムを提案しています。しかし、二倍体自殖系の開発は、多数の有害な変異によって妨げられており、これらの有害変異の存在はジャガイモの成長と全体的な適応性に深刻な影響を与えています。したがって、これらの有害変異の本質を理解し、それらを除...
患者由来オルガノイドを用いたパーソナライズドアンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）スクリーニングプラットフォームの確立 学術的背景 近年、ゲノムシーケンシング技術の急速な進展に伴い、特定の遺伝子変異に関連する多くの希少遺伝性疾患が発見されています。アンチセンスオリゴヌクレオチド（Antisense Oligonucleotides, ASOs）は、特定のRNA配列を標的とする治療手段として、さまざまな遺伝性疾患の治療においてその可能性を示しています。ASOsは標的mRNAに結合し、RNAの加工プロセスを調節したり、タンパク質の発現レベルに影響を与えることで、遺伝子変異によって引き起こされる病理学的表現型を修正します。しかし、ASOsが研究室や臨床で顕著な成果を上げているにもかかわらず、その...
末梢血単核細胞のDNAメチル化に基づく早期肺腺癌診断の新手法 背景紹介 肺腺癌（Lung Adenocarcinoma, LUAD）は、世界的にがん関連死亡の主要な原因の一つであり、肺癌症例の約40％を占めています。近年、肺腺癌の治療は著しく進歩していますが、その予後は依然として不良です。その主な理由の一つは、早期診断の難しさにあります。多くの患者は初診時にはすでに進行期に達しており、治療効果が低くなっています。現在、低線量コンピュータ断層撮影（Low-Dose Computed Tomography, LDCT）は早期肺腺癌スクリーニングの一般的なツールですが、その偽陽性率は96.4％と高く、既存の血清バイオマーカー（CEAなど）も早期肺腺癌診断における感度と特異性が低いという課題がありま...
生物学的老化と遺伝的素因の組み合わせにより静脈血栓塞栓症の高リスク集団を特定 学術的背景 静脈血栓塞栓症（Venous Thromboembolism, VTE）は、深部静脈血栓症（Deep Vein Thrombosis, DVT）と肺塞栓症（Pulmonary Embolism, PE）を含む、世界で3番目に致命的な心血管疾患です。VTEの発生率は年齢と密接に関連しており、特に40歳以上の個人では、10年ごとにVTEのリスクがほぼ倍増します。しかし、年齢そのものは個人の生物学的老化速度を完全に反映するものではありません。生物学的老化速度とは、個人の生物学的年齢と実年齢の差を指し、この差は同じ年齢層の個人間で疾患リスクに大きな違いをもたらす可能性があります。そのため、生物学的老化速度がVT...