京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

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アリ類は、集団で社会生活を営む昆虫で、自然生態系で は様々な植食性昆虫や捕食性昆虫などに対する潜在的捕 食者として機能しています。近年、人間の経済活動が急速 に拡大するにつれ、汎世界的に分布を広げる侵略性外来 アリ種の国内侵入や、様々なアリ害の拡大が確認されるよ うになりました。害虫化したアリへの対処策は、薬剤によ る駆除・防除が進められていますが、自然生態系でアリ類 が担う役割を考えると、排除によって生じる負の影響を無 視することはできません。そこで、私たちの研究室では、自 然界でアリと関わりを持つ生物種が講じている「アリ対策」 に注目しています。そのような生物種による化学的・物理 的な対アリ戦術は、人とアリとの間に生じる問題を解決す るヒントを与えてくれます。

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・ 背景
植物を宿主として、抗体医薬品・ワクチン等の組換えタンパク質医薬品を一過的に遺伝子導入し生産しようとする試みがあります。動物・昆虫細胞を宿主とする方法にくらべ栽培コストが圧倒的に低く、動物細胞に類似の翻訳後タンパク質修飾が期待でき、病原性ウィルスの混入リスクは事実上ゼロである点が魅力です。例えば、メディカゴ社（カナダ。田辺三菱製薬株式会社の子会社）によるコロナワクチン製造の取り組みは日本国内でもたびたび報道されました。

目的遺伝子を宿主植物に一過的に導入するには、アグロバクテリウムを使用します(アグロインフィルトレーション法)。通常の遺伝子組換え植物と異なり、１世代で遺伝子導入とタンパク質生産を完結します。そのずば抜けて高い組換えタンパク質生産能力により、ベンサミアナタバコが唯一の利用可能な宿主植物と理解されていますが、播種から遺伝子導入可能になるまでに５週間もの栽培期間を要する点がベンサミアナタバコの欠点です。この長期栽培のコストが医薬品の価格を上げかねません。

・ 新しい発現系の提案
私たちが構築した、カイワレ大根のスプラウトを宿主とする発現系はこの欠点を解決しています。すなわち、種子の吸水からわずか８日で遺伝子導入と収穫を完了できます。本法では、市販のカイワレ大根の種子が利用でき、コップ一杯分の栽培面積で4.2mgものEGFPタンパク質を生産できます。家庭用の蛍光灯以外に、植物特有の特別な装置は必要ありません。

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生きた個体における脳の活動を顕微鏡で画像化して理解する脳活動イメージングは、脳機能を理解するための極めて強力な研究手法です。私たちは、バーチャルリアリティ環境で行動するマウスの脳活動をイメージングする最先端の研究手法を用いて、学習、社会性や他者に対する感情を支える脳のメカニズムを明らかにする研究を進めています。特に脳の深くを高解像度で観察できる二光子レーザー顕微鏡を用いたイメージングや機械学習を用いたマウスの表情解析などを用いて、自閉スペクトラム症の背後にある神経回路機能の異常を理解する研究を進めています。

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　全エクソームまたは全ゲノム配列決定技術により、希少疾患や未診断疾患の患者のエクソームまたはゲノムを配列決定することによって、多くの遺伝子変異が特定されています。特定された遺伝子が疾患の原因であることが既知である場合、診断の確定に至ります。しかし、大多数のバリアントは、疾患にどのような効果をもたらすのか不明です。そのために、遺伝子機能の解析を行い、効果を明らかにすることが必須ではありますが、安価で迅速な効果検証は困難です。
　私たちは、シンプルなモデル生物であるショウジョウバエを用いて、この問題の取り組み、年々蓄積しつつある疾患の原因となる候補バリアントをスクリーニングし、少しでも多くの確定診断の一助となることを目的とします。
　期待される効果として、希少疾患や未診断疾患の確定診断率の向上が挙げられます。これにより、何年にもわたって診断をつけるために彷徨う"diagnostic odyssey"をしなければならない多くの患者さんの気持ちを少しでも安らげることが期待できます。

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　昆虫は、卵を大量に産むことで次の世代につなげる「多産多死」型の戦略をとっています。しかし、大量に産卵したからといって餌が十分にない環境下であれば、ふ化した子世代が生き残れないだけでなく、卵を産みだした親世代の負担も大きくなり自分自身の生存さえも危うくなります。そこで限られた餌の下で、昆虫の卵細胞の成熟と親の生存とのバランスをとるための機構があることが予想されます。これまでいくつかの昆虫種でそのような機構が明らかになりつつあります。
　ここでは甲虫の一種であるコクヌストモドキを用いて卵成熟の栄養による制御の機構の解明を目指しています。この虫では、体全体でRNAi（systemic RNAi）を簡便に引き起こすことができるため、必要に応じた実験系を迅速に構築することが可能となります。

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しっぽ、と言われれば皆さんはどんなものを想像されますか？ペットだったり、動物園の動物だったり、きっと皆さんの思い描くしっぽは十人十色でしょう。多くの生物は様々な形のしっぽを、多様に使っています。だから、しっぽの形を見ることで、生物の適応や進化を知ることができます。しかし、そんな我々には残念ながらしっぽがありません。不思議ですね。これこそが私の研究テーマです。失くしてしまったしっぽという存在が、我々はどのように「ひと」となったかを知る鍵だと私は考えています。「ひと」とはシンプルな言葉ですが、生物学的な種としての「ヒト」と人間性を備えた「人」という2つの意味を持っています。これら両方の成り立ちを知るには、生物の形態的多様性とその形成過程を知るための生物学的アプローチ、そして人間の認知の変遷を知るための人文学的アプローチの両方が必要です。生物学と人文学という異なる視点からしっぽを通して我々「ひと」の成り立ちを総合的に考える「しっぽ学(Shippology)」を発信しています。

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ポストゲノム時代において、ヒトゲノム多型がヒトの表現型や疾患にどのように寄与しているのかを検証するモデルシステムの確立が必要になっています。我々の研究室では、i-GONAD法による高速かつ簡便なゲノム編集マウス作製技術を用いて、ヒト集団に存在する様々な変異を導入したHumanizedマウスを作製しています。さらに、哺乳類の胚を一定期間体外で培養可能な装置（哺乳類全胚培養装置）の開発、電気穿孔法により胚や成体組織に核酸を導入するための電極開発を行うことで、様々なヒト疾患の病態を迅速に解析できるシステムを構築しています。

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　治療法の確立されていない進行性の遺伝性難病ALSを発症すると、人口呼吸器をつけない限り2～3年で呼吸不全により、死亡します。人口呼吸器をつけると延命できますが、運動神経のみが障害を受け、感覚神経や意識は正常なため苦しい状態が継続し、患者さんにとって非常に過酷な疾病と言えます。私たちはALS原因遺伝子の中でFUS遺伝子（ショウジョウバエCAZ遺伝子）とFIG4遺伝子（ショウジョウバエdFIG4遺伝子）に注目して、それらのショウジョウバエホモログをノックダウンした系統を作製しました。これらを用いた遺伝学的スクリーニングにより、両遺伝子に共通に関与する遺伝子やシグナル経路の同定を進めています。これら共通遺伝子のヒトホモログは新規のALS診断マーカーや治療標的となります。

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