クラウドソーシングによるオプトジェネティクス(光遺伝学)データからみる神経疾患への取り組み(ペンシルベニア大学 )

神経科学の専門分野であるオプトジェネティクスは、てんかんやパーキンソン病などの疾患に対して臨床的な可能性を示している。しかし、人間を対象とした臨床試験を本格的に開始するには、9カ国の45の研究室が情報を共有することで、重要な中間段階の理解を深めなければならない。

世界では約5,000万人がてんかんを患っており、アメリカ内だけでも300万人以上がてんかんを患っている。世界的に最も一般的な神経疾患の一つで、体の一部または全身で発作を繰り返すことを特徴としている。また、毎日の抗発作薬服用で大幅に治療が可能である。しかし、多くの処方薬のようにこれらは副作用があり、これらは発作を誘発する脳内の正確なスポットをターゲットにすることはできない。

ペンシルバニア大学などの研究者は、オプトジェネティクスと呼ばれる別の選択肢に可能性を見出している。この分野では、遺伝的手法を用いて脳内の特定のニューロンの光感度を高め、直接光でその活動を制御する。「近い将来、これは高精度で正確な神経疾患の治療に役立つ可能性があります。」と、Michael Platt氏の研究室で博士研究員を務める Sébastien Tremblay氏は語る。Tremblay氏は、視能遺伝学に取り組む大規模な神経科学コミュニティにもかかわらず、情報交換を促進するための中央データベースが存在しないこと、特に非ヒト霊長類に焦点を当てた視能遺伝学のサブセットに関連していることに気付いたのだ。これは、学術誌に掲載されていないもの、つまりこの場合、進行中の研究の半分近くを占めていたものが日の目を見ることはなかったことを意味している。そして、過去に何が成功したか失敗したかを知ることなく、視能遺伝学の研究者たちは常に車輪の再発明(一から同様のものを作ること)を行っていました。

Platt氏のサポートを得て、Tremblay氏はそれを是正しようとしたのだ。

「私たちはこの分野において人々が様々な技術、様々なウイルスベクターを試していた研究があり、発表されていなかったことに気がつきました。一度も報告されることはなかった」と、ペン・インテグレート・ナレッジのMicheal Platt教授は語っている。「出版されたすべての作品は、1つのデータベースに集められていませんでした。それがSébastien氏が陣頭指揮をとったこの途方も無い努力のインスピレーションでした。」と続けた。

Neuron誌に発表されたばかりの論文は、この研究の結果の詳細を示すもので、9カ国45の研究室がヒト以外の霊長類の視能遺伝学に取り組んでいる生データと結果を含むオープンソースのデータベースである。またこの論文では、これまでにここで何がうまくいったのか、何がうまくいかなかったのかについて、Tremblay氏と Platt氏が行ったメタアナリシスの予備的な結果も述べられている。

光遺伝学自体は比較的新しいもので、最初に開発されたのは約15年前のこと。今日に至るまで、その成果の多くは小動物モデルによるものである。しかし、オプトジェネティクスがヒトにとって安全で効率的な臨床ツールとなるためには、まずヒト以外の霊長類を用いた中間段階で成功しなければならないと、ペンシルバニア大学神経科学部のカナダ・バンティング・フェローである Tremblay氏は言う。”このプロジェクトの目的は、世界中の研究者が集まり、彼らが取得したデータを共有することで、発表されたものでも未発表のものでも、お互いに学び合うことができるようにすることでした。 “と彼は述べている。

驚くべきことに、Tremblay氏と Platt氏にとって、彼らがすべきことは”尋ねること”のみでした。「非常に多くの人が、このオープンサイエンスの取り組みに乗り出し、データを共有することを望んでいました。」と Tremblay氏は語る。「多くの人々が私たちに提供してくれたので、今では文献に掲載されている全てのデータの合計よりも多くの未発表データを持っていまおり、倍の規模になっています。」と続けた。

ペンシルベニア大学の研究者たちは、構築中のリソースの品質を保証するために、遺伝物質を運搬するために使用されたウイルスの種類(ウイルスベクターとして知られているもの)や実験方法、解剖学、生理学、行動などの要素に関連する結果など、各項目に重要な文脈を追加した。調査員たちは、穴を埋めるためにコメントを書くことも可能であった。全体として、各項目には36のパラメータについて、Tremblay氏が「絶妙なディテール」と表現しているものが含まれている。

この豊富な情報を分析して、彼とプラットは、過去10年半における霊長類以外の霊長類の視能遺伝学の進展について、いくつかの証拠に基づいた結論を導き出したのだ。

一つには、多くの実験では、脳の活動を変調させることには成功しているが、行動を変化させることはできない。言い換えれば、ニューロンが何をしているかを変えるだけで、そこから派生する行動は変えないということである。Tremblay氏は「患者の臨床的価値を高めるためには、ニューロンを弄ぶ以上の効果が必要なので、これは非常に重要なことです。」と述べており、「パーキンソン病やアルツハイマー病などの症状を軽減する必要があります。これは私たちが埋めなければならないギャップなのです。」と続けた。

その先には、特に脳内でタンパク質を発現させるための最良のメカニズムという点で、遺伝子治療から学べるオプトジェネティクスの方がはるかに多いことが、ペンの研究者たちによって明らかにされた。科学者たちはまた、多くのパラメータをランク付けすることができ、例えば、何が最も光の感度の原因となったのか、どのウイルスベクターが最も効率的に機能したのかを決定した。

これらはすべて、ヒトの臨床試験を視野に入れたものである。「これらの技術で特別なのは、脳の正確な部分や、その部分のニューロンのサブセットを刺激できることです」また「薬物を使うのとは違い、脳に作用はしますが、他の臓器やその他臓器等には影響を与えず、付随的な力を与えることができます。また、これまでにはなかった新しいレベルの精度です」とTremblay氏は述べている。例えば、てんかん患者の場合、このような技術は発作の引き金となっている脳内の正確な場所を標的にすることで、選択的に発作を止めることができるのである。

Platt氏とTremblay氏は、それはまだ数年先、あるいは最近の世界的なデータ共有を考えると、もっと早くなると予想している。「これは私たちが研究室として、このような規模のコミュニティ科学に関わった初めてのことです。 人々がどのようにしてこのプロジェクトに集まり、参加しているのかを見ることは、とても刺激的です。」とPlatt氏は述べている。「これは驚くべき成果だ。」

研究のための資金提供は、チャールズ・E・カウフマン財団とカナダ・バンティング・フェローシップによるものである。

Michael Platt氏は、ペン・インテグレート・ナレッジの教授であり、ジェームズ・S・リーペ大学芸術科学部心理学科教授、ペレルマン医学部神経科学科教授、ペンシルバニア大学ウォートンスクールマーケティング科教授である。

Sébastien Tremblay氏は、Platt Labsの博士研究員であり、ペンシルバニア大学ペレルマン医学部の神経科学部門のカナダ・バンティング・フェローである。

筆者:Michele W. Berger

【原典】Crowd-sourcing optogenetics data to tackle neurological diseasesA Method to Map Brain Circuits in Real Time19 OCT 2020

URL; https://penntoday.upenn.edu/news/crowd-sourcing-optogenetics-data-tackle-neurological-diseases

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