科学

神経再生、すなわち脳が以前の経験と同じ順序で神経活動パターンを短時間再活性化するメカニズムは、長らく海馬の特徴とされ、空間ナビゲーションや記憶固定に密接に関連づけられてきた。韓国・大田の基礎科学研究院（IBS）とKAISTの研究者らが開発した新しい手法は、再生が従来考えられていたよりもはるかに広範囲にわたること、そして海馬とは異なる脳領域である視覚野でも、受動的な映画視聴中に検出できることを示している。 7月4日にNature Communicationsで発表されたこの手法は、既存の再生検出手法の根本的な限界を克服する。従来の手法は「場所細胞」、すなわち動物が特定の場所にいるときに発火する海馬ニューロンに依存して空間テンプレートを構築し、それと後の神経活動を比較する。走行中と同じ場所細胞の配列が休息中に発火すれば、再生が起きていると推測される。しかしこのアプローチは、場所細胞以外のものや海馬の外で起きるすべてを除外してしまう。 「私たちの手法は、細胞が何をコードしているかに関係なく、能動的行動中に観察されたペアワイズ発火順序確率に基づいてスパイク配列の尤度を推定します」と、KAIST教授でIBSシナプス脳機能障害センター副所長のMin Whan Jung上席著者は述べている。「あらゆる細胞タイプとあらゆる脳領域で機能します。」 仕組み 中心となる革新は統計的なものである。行動期間中、例えばラットがトラックを走行している間に、この手法は記録されたすべてのニューロンのペアについて、ニューロンAがニューロンBより先に発火する確率を計算する。これによりペアワイズ発火順序確率行列が作成される。その後の期間、休息、睡眠、または受動的視聴中に、同じ計算が実行される。行動後のペアワイズ確率が行動期間の確率と偶然よりも高い頻度で一致する場合、再生が発生していることになる。 このアプローチはテンプレートマッチング法とは根本的に異なる。テンプレートマッチング法では、実験者が事前に「再生イベント」を構成するものを定義し、それに応じてパラメータを設定する必要がある。尤度ベースの手法はそのような仮定を一切行わない。パターン自体に事前定義された検出閾値を課さないという意味でパラメータフリーであり、観測されたスパイク順序統計が偶然よりも行動テンプレートと一致しているかどうかを単純に問いかける。 研究者らは3つの独立したデータタイプを用いてこの手法を検証した：既知の再生グラウンドトゥルースを持つシミュレートされたスパイク列、直線トラックを走行するラットからの単一ユニット記録、そしてマウスからのカルシウムイメージングデータである。3つのケースすべてにおいて、この手法は従来の再生検出指標と強い一致を示しつつ、従来の手法では到達できなかった細胞タイプや脳領域にも検出を拡大した。 海馬を超えて 最も印象的な実証は、従来の手法では不可能だった応用からもたらされた。研究チームは、頭部固定マウスが自然主義的な映画クリップを受動的に視聴している間、海馬と一次視覚野から神経活動を記録した。この刺激は空間的要素を持たず、したがってテンプレートマッチングのための場所細胞も存在しない。 この手法は、映画視聴後の休息期間中に海馬と視覚野の両方で有意な再生を検出した。非空間的課題中の海馬における再生は以前にも報告されていたが、特殊な分析アプローチを用いた場合に限られていた。対照的に視覚野での再生は、再生を主に海馬の現象であり空間記憶固定に特化しているという従来の見解に挑戦する発見である。 「これは、構造化された再生が神経回路の一般的な特性であり、海馬の特殊化ではないことを示唆しています」と、IBSの博士研究員で第一著者のNamjung Huhは述べている。「視覚野は映画視聴中に確立された活動パターンを再生しています。これは再生が空間的なものだけでなく、あらゆる連続的に構造化された経験を固定するための基本的なメカニズムである可能性を示唆しています。」 再生とは何か、なぜ重要なのか 神経再生は1990年代に海馬で初めて発見された。研究者らは、ラットがトラックを走行中に活動した場所細胞が、その後の睡眠や静かな休息中に同じ時間的順序で再活性化するが、時間的に圧縮されていることを観察した。これは脳が最近の経験を「リハーサル」していると表現される現象である。数十年の研究により、再生を妨害すると記憶固定が損なわれ、再生強度が学習と相関することが示されている。 再生が海馬や空間的課題に限定されないという発見は広範な示唆を持つ。これは感覚皮質、すなわち私たちが見たり聞いたり感じたりするものを処理する脳領域が、海馬とは独立して再生を通じて自身の経験を固定している可能性を示唆している。これは記憶固定が支配的な海馬中心モデルが示唆するよりも分散したプロセスであることを意味する可能性がある。 また、これにより新たな実験的可能性が開かれる。この手法はあらゆる細胞タイプとあらゆる脳領域で機能するため、研究者は新しいスキル学習後の運動野、メロディー聴取後の聴覚野、意思決定課題後の前頭前野などで再生が発生するかどうかを問うことができる。これらの疑問はそれぞれ、従来のツールでは対処が困難または不可能であった。 注意点と限界 この手法は再生パターンを検出するが、それ自体ではそれらのパターンが記憶固定に機能的に重要であるかどうかを確定しない。これは検出ツールであり、因果的介入ではない。同定された再生イベントを選択的にサイレンシングする破壊実験が、視覚野の再生を視覚記憶に結びつけるために必要となるだろう。著者らはまた、この手法が信頼性の高いペアワイズ確率行列を構築するために十分に大きなスパイク数を必要とし、非常に疎な神経集団に対しては感度が低くなる可能性があると指摘している。 それでも、30年にわたって海馬の場所細胞に縛られてきた分野にとって、空間マップも細胞タイプの制限も事前定義されたパターンテンプレートもなしに脳のどこでも再生を検出できる能力は、方法論的なステップチェンジを表している。 雅子 訳 Source: Huh N, Yun I, Lee JW, Jung MW. A likelihood-based method for identifying replay from spike sequences. Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74822-2

約1,000人の子どもを対象とした研究により、計算力と読解力の基盤となる脳の構造組織と一貫して関連する特定の分子シグナルが特定されました。7月4日にNature Communicationsに発表されたこの発見は、分子神経化学と学業学習を支える大規模な脳構造との間のギャップを埋め、計算障害や読字障害などの学習障害に対処する介入の潜在的な標的を指し示しています。 スタンフォード大学の研究者たちは、責任著者である精神医学・行動科学教授のVinod Menonの指導のもと、合計991人の参加者からなる2つの独立した子どものコホートを分析しました。脳活動や構造だけを見るのではなく、チームは学業成績に関連する脳全体の構造表現型を、ニューロンのコミュニケーションを可能にする分子機構である19の神経伝達物質受容体とトランスポーターの包括的なPETアトラスにマッピングしました。 結果は明白でした。テストされた両方の領域（計算力と読解力）および両方の独立したコホートにおいて、NMDA型グルタミン酸受容体の分布が、学業能力に関連する脳構造との最も一貫性があり再現可能な関連性を示しました。 再現統計が物語っています。計算能力については、ベイズ再現因子が9 x 10⁴を超え、非常に強力な証拠となりました。読解力については、ベイズ因子が4を超え、中程度から強い再現性を示しました。他の神経伝達物質システムはこれに及びませんでした。ドーパミン作動性、コリン作動性、セロトニン作動性、GABA作動性の各システムはすべて、より弱く再現性のない関連性を示しました。 「これらの認知スキルを支える脳構造に一貫してマッピングされるのはグルタミン酸作動性システムです」と、Wu Tsai Neurosciences InstituteのMenon研究室の博士研究員である筆頭著者のYuan Zhang氏は述べています。「この研究以前はそれは明らかではありませんでした。」 共有メカニズムと領域特異的メカニズム 研究者らは、NMDA受容体密度が計算能力のための複数の機能ネットワーク（広く分散したパターン）に対応していることを発見しました。読解力については、関連性はより空間的に集中し、視覚ネットワーク内に集中していました。これは、グルタミン酸シグナル伝達が両方のスキルに共通の分子基盤である一方で、脳はそれぞれを異なる大規模ネットワーク構成を通じて実装していることを示唆しています。 「計算はグルタミン酸作動性シグナル伝達を通じてより分散したネットワークセットを関与させるように見えますが、読解力は視覚ネットワーク組織により密接に関連しています」と、同じくスタンフォード大学の研究者である共著者のHyesang Chang氏は述べています。「それは直感的に理解できます。読書は基本的に視覚から言語への変換ですが、分子の特異性は新しいものです。」 NMDA受容体はシナプス可塑性と学習に重要なグルタミン酸作動性イオンチャネルです。これは長期間にわたって長期増強（記憶形成の細胞メカニズム）の文脈で研究されてきました。しかし、その領域分布を脳全体スケールで子どもの学業成績に直接結びつけることはこれまで行われていませんでした。 学習障害への影響 この研究の最も直接的な意味合いは学習障害のある子どもたちに関するものです。計算障害（数字の困難）と読字障害（読みの困難）は、世界中の子どもの推定5〜10%に影響を与えています。現在の介入は主に行動的および教育的なもので、集中的な個別指導、フォニックスプログラム、多感覚学習アプローチなどです。これらは効果的であり得ますが、行動と指導のレベルで機能し、脳化学のレベルでは機能しません。 グルタミン酸作動性シグナル伝達が脳構造とこれらのスキルを結びつける分子の要であるならば、標的を絞った薬理学的または神経調節的介入の可能性が高まります。著者らはこれを過大評価しないよう注意しています。この研究は相関関係であり、受容体分布と能力の間の関連性を確立するものであり、因果関係ではありません。しかし、2つの独立したコホートにわたる再現性とベイズ分析アプローチを組み合わせることで、これは教育神経科学文献で報告されている中で最も強力な分子レベルの関連性の一つとなっています。 この研究には注目すべき否定的な結果もありました。学習と動機づけに役割を果たすと長い間疑われてきたドーパミンは、どちらの領域でも脳構造との再現可能な関連性を示しませんでした。セロトニン、アセチルコリン、GABAも同様でした。これはこれらのシステムが学習に無関係であることを意味するのではなく、構造組織を形成するのではなく注意や動機付けを調節するなど、異なるメカニズムを通じて作用する可能性がありますが、分子標的の探索空間を狭めるものです。 研究の方法 チームは多段階の分析パイプラインを使用しました。まず、学業スキルを支えることが知られている領域における脳構造表現型（皮質の厚さ、表面積、灰白質体積）を定量化しました。次に、これらの構造測定値を標準化された計算力と読解力のスコアと相関させました。最後に、PET由来の受容体およびトランスポーター分布アトラスを重ね合わせて、「どの神経伝達物質システムが脳構造と学業能力の間の関係を最もよく説明するのか」という問いを立てました。 2つのコホートにより、組み込みの再現が可能になりました。最初のコホートは発見サンプルとして機能し、2番目のコホートは関連性が維持されるかどうかをテストするために使用されました。頻度論的帰無仮説検定ではなくベイズ分析を使用することで、研究者は帰無仮説と対立仮説の両方の証拠を定量化することができ、複雑な脳と行動の関係に対してより有益なアプローチを提供しました。 制限事項と今後のステップ 研究で使用されたNMDA受容体アトラスは成人のPETイメージングデータに由来しています。子どもの脳におけるグルタミン酸受容体の分布が成人アトラスと一致するかどうかはまだわかっていませんが、種間および発達研究は、受容体分布が幼児期以降はほぼ保存されていることを示唆しています。この研究はまた、グルタミン酸作動性の関連性が遺伝的素因、経験依存的可塑性、またはその両方を反映しているかどうかを区別できません。これは将来の縦断的研究の課題です。 しかし、これらの発見は介入研究のための具体的な分子的道を開くものです。NMDA受容体機能を調節する薬剤はすでに存在しており、メマンチン（アルツハイマー病に使用）やD-サイクロセリン（不安障害で研究）などがあります。既存または新規の化合物が、学習障害のある子どもたちの計算力と読解力の基盤となる脳構造組織を安全かつ選択的に支援できるかどうかは、この分野がより精密に問い始めることができる問題です。 出典： Zhang Y, Chang H, El-Said D, et al. Glutamatergic signaling underlies brain structural organization for mathematical and reading abilities in children. Nature Communications (2026). DOI：10.1038/s41467-026-75102-9 雅子 […]

ATMキナーゼ欠損によるがんを患う患者、すなわち一部の乳がん、肺がん、血液悪性腫瘍を含むグループにとって、治療環境は苛立たしいパラドックスに特徴づけられてきた。ATM欠損腫瘍は、トポイソメラーゼI阻害剤やPARP阻害剤を含む特定の種類の化学療法や標的薬剤に本質的に感受性がある。しかし、これらの腫瘍の一部は最終的に耐性を獲得し、明確な分子的説明はない。 7月4日にNature Communicationsに掲載された、ペンシルベニア大学とワシントン大学セントルイス校の研究者らによる研究は、このパラドックスの背後にあるメカニズムを特定し、それによってATM欠損がんが治療に応じて生存するか死滅するかを決定する分子スイッチを明らかにしている。 原因はBRCA1-A複合体であり、これはよく知られた腫瘍抑制因子BRCA1と相互作用する多タンパク質集合体である。ATM欠損細胞では、BRCA1-Aが損傷した複製フォーク（細胞分裂中にDNAが複製されるY字型構造）に制限的なクロマチン状態を強制することが研究で示されている。この制限的な状態は、複製機構がフォークリバーサルと呼ばれるプロセスを実行するのを防ぐ。これは通常、細胞が損傷したDNAを修復して生存することを可能にする防御的な操作である。 「BRCA1-Aが損傷した複製フォークでゲートキーパーとして機能することを発見しました」と、ペンシルベニア大学ペレルマン医学大学院のがん生物学教授である上席著者のRoger A. Greenberg氏は述べた。「ATMが欠損または阻害されると、BRCA1-Aはフォークを脆弱な構成にロックします。BRCA1-Aを取り除くと、フォークは反転し、損傷を修復し、細胞は生存します。」 メカニズムの詳細 この発見は一連の分子事象に基づいている。ATMが阻害されると（遺伝子が変異しているか、薬剤がその活性をブロックするため）、細胞はSUMO（低分子ユビキチン関連修飾因子）とユビキチンの複合シグナル伝達カスケードを誘発する。これらの修飾がBRCA1-A複合体を複製フォーク損傷部位にリクルートする。 フォークに到達すると、BRCA1-AはヌクレアーゼやヘリカーゼがDNAにアクセスする能力を制限する。これにより、Greenberg氏が「制限的クロマチン状態」と表現する状態、すなわちコンパクトでヌクレアーゼ耐性があり、フォークリバーサルに必要な構造的リモデリングを受けることができない状態が作られる。 フォークリバーサルがないと、複製フォークは不可逆的に停止する。フォークの一本鎖DNAはイリノテカンやトポテカンのようなトポイソメラーゼI阻害剤の基質となり、崩壊したフォークはPARP阻害剤が利用する種類のDNA損傷を生成する。細胞はこれらの薬剤に非常に敏感になる。 しかし、BRCA1-A複合体が変異、欠失、またはエピジェネティックなサイレンシングによって欠落または機能不全に陥っている場合、損傷したフォークのクロマチンはアクセス可能なままである。ヌクレアーゼが侵入でき、切除が起こり、フォークリバーサルは正常に進行する。細胞は損傷を修復し、薬剤耐性になる。 研究者らは電子顕微鏡を使用してこれを直接実証した。BRCA1-Aが無傷のATM阻害細胞では、複製フォークは圧倒的に停止した非反転構成であった。BRCA1-Aがノックアウトされた細胞では、同じATM阻害バックグラウンドで豊富なフォークリバーサルが見られ、防御機構が回復していた。 臨床的意義 この発見は即座にトランスレーショナルな関連性を持つ。ATMはがんにおいて最も一般的に変異しているDNA損傷応答遺伝子の一つであり、機能喪失変異は乳がんの最大10％、肺腺がんの15％、およびT細胞前リンパ球性白血病の有意な割合で見られる。これらの腫瘍はしばしばDNA損傷剤で治療されるが、反応は様々である。 この研究は、BRCA1-Aの状態（複合体が無傷か破壊されているか）が、どのATM欠損腫瘍がトポイソメラーゼI阻害剤やPARP阻害剤に反応し、どれが耐性かを予測できる可能性があることを示唆している。 「これはテストするバイオマーカー仮説を与えてくれます」と、Greenberg研究室の博士研究員である筆頭著者のArindam Datta氏は述べた。「腫瘍がATM欠損でありながらBRCA1-A複合体も破壊されている場合、これらの薬剤に耐性になると予測されます。フォークリバーサルメカニズムは無傷です。しかしBRCA1-Aが機能している場合、腫瘍は感受性を示すはずです。」 耐性経路自体、すなわちBRCA1-Aの喪失とXRCC4/リガーゼ4を介した代替末端結合の組み合わせは、PARPまたはトポI阻害剤を非相同末端結合をブロックする薬剤と組み合わせることで耐性を克服できる可能性を示唆している。著者らは、BRCA1-AまたはXRCC4/リガーゼ4のいずれかの喪失がATM欠損細胞で耐性を付与するのに十分であることを実証し、潜在的な併用戦略を示唆している。 より広い原則 臨床的意義を超えて、この研究は複製フォークにおいて細胞がDNA修復経路の選択をどのようにバランスさせるかについてのより広い原則を明らかにしている。フォークリバーサルとフォーク切除は競合する結果であり、細胞はどの経路を取るかを選択しなければならない。BRCA1-Aはその選択の重要な決定要因として浮上し、フォークを特定の種類の化学療法に対して脆弱にする制限的で非反転の状態にバランスを傾ける。 この選択がクロマチンのアクセシビリティによって調節されているという事実は、単に修復酵素の有無だけでなく、損傷部位でのDNAの物理的状態が修復タンパク質自体と同じくらい重要であるという証拠の増加に加わる。 「私たちはDNA修復を、どの酵素が存在するかの問題と考えがちですが、これは酵素がDNAに到達できるかどうかが同様に重要であることを示しています」とGreenberg氏は述べた。「BRCA1-Aはアクセスを制御します。それが存在するとき、フォークはロックされています。それがなくなると、フォークは開かれます。」 雅子 訳 Source: Datta A, Jackson J, Morozov YI, Qiu J, Vindigni A, Greenberg RA. The BRCA1-A complex restricts replication fork reversal-dependent DNA repair in ATM deficient cells. Nature Communications (2026). DOI: […]

ケンブリッジシャーにあるウェルカム・サンガー研究所の入り口付近で、ポスドク研究員のウィトルド・モレクがレンガと火打ち石の壁のそばにひざまずき、地衣類を封筒にこすり落としている。その地衣類の中には、肉眼では見えないが、クマムシがいる。クマムシは時に「水のクマ」と呼ばれる微小動物で、宇宙の真空、沸騰する熱、極度の寒さ、人間のDNAを粉砕する放射線に耐える能力で有名である。 モレクは、7万種のゲノム配列を解読することを目指す、マーク・ブラクスター教授が率いる野心的なプロジェクト、Tree of Lifeプログラムのために標本を収集している。このプログラムは、世界的なアース・バイオゲノム・プロジェクトの一部であり、すでに週に48のゲノムを配列決定している。これは、ブラクスターが最初の25年のキャリア全体で配列決定した18のゲノムから驚くべき加速である。 「知れば知るほど、より多くの疑問が湧いてきます。これは終わりのない物語です」とモレクはガーディアン紙に語った。 なぜクマムシなのか クマムシはガーディアン紙主催の2025年度「今年の無脊椎動物」コンテストで優勝し、ブラクスターのチームは公共参加プロジェクトとして優勝者のゲノム配列を提供することを提案した。しかしクマムシは単なる目玉商品ではない。そのゲノムはヒトゲノムの約30分の1の大きさであり、その驚くべき生存能力の遺伝的設計図を含んでいる。 「これらの小さな生物のゲノムの奥には、脱石油経済へ移行するにつれて非常に価値が高まると考えられるバイオテクノロジー応用が隠されています」とブラクスターは語った。 クマムシの遺伝学を理解することで、冷蔵が不要なワクチン、干ばつに強い作物、または宇宙飛行士のための放射線シールドが実現する可能性がある。クマムシは乾眠と呼ばれる状態に入り、パリパリの樽状に乾燥し、25分以内に水を得て生き返ることができる。クマムシの種によっては5億5000万年の進化の隔たりがあり、これはヒトと魚類の差よりも長い。 配列解読の課題 1匹のクマムシが持つDNAはわずか200～500ピコグラムである。従来の方法では、1000個体を集めてようやく十分な遺伝物質を得ることができたが、これは希少種には不可能だった。Tree of Lifeチームは、ピコグラム入力マルチモーダルシーケンシングと呼ばれる新しいプロトコルを開発し、200マイクロメートルのクマムシを手作業で破壊し、PCRを使用して1個体からDNA断片を増幅させている。 高品質のクマムシゲノム4種がすでに公開データベースにある。モレクはさらに14種を研究しており、冷凍庫では約50種のクマムシが配列解読を待っている。これまでに彼は英国リストにある50種のクマムシのうち約20種を収集している。 動物の95パーセント 無脊椎動物は地球上の動物種の約95パーセント、約130万種を占める。2018年に開始されたアース・バイオゲノム・プロジェクトは、約10年間で名前のついた真核生物180万種すべてのゲノム配列を解読することを目指しており、推定費用は47億ドルである。 「この地球上の生命のほとんどはクマムシのように小さいため、このゲノム配列決定への新しいアプローチは、あらゆる生命の配列決定への扉を開くことを約束します」とブラクスターは語った。 緊急性は生物多様性の危機によってもたらされている。2050年までに最大50パーセントの種が絶滅する可能性がある。ゲノム配列決定は生命のデジタルライブラリを創り出し、今世紀を生き残れないかもしれない種の遺伝情報を保存する。 2026年度「今年の無脊椎動物」コンテストの優勝者は8月17日に発表される。何が優勝しようとも、ブラクスターのチームは配列解読の準備を整えている。 雅子 訳

気温が上昇すると、植物は一連の形態的変化を示す。茎は伸長し、葉は立ち上がって薄くなり、開花が加速する。このプロセスは「温度形態形成（サーモモルフォジェネシス）」と呼ばれ、温暖化条件での生存に不可欠だが、制御不能になると有害となる。茎の過度な伸長は資源を浪費し、作物では倒伏のリスクを高める。 7月4日付でNature Communicationsに掲載された北京大学の研究者らによる研究は、植物がこの応答をどのように精密に調整しているかを明らかにした。Genji Qin率いるチームは、成長応答が温度シグナルに比例し、過小でも過大でもないことを保証する分子増幅回路を発見した。 フィードバックモジュール 温度形態形成の中心経路は長年知られてきた。高温により転写因子BZR1が核内に蓄積し、そこでマスター成長調節因子PIF4を活性化し、PIF4はオーキシン生合成と細胞伸長を促進する。オーキシンとブラシノステロイドはさらにBZR1を上方制御し、ポジティブフィードフォワードループを形成する。 ポジティブフィードフォワードループの問題は、一度作動するとシグナルが無限に増幅され暴走する傾向があることだ。植物におけるこのようなループの存在は研究者らを長い間悩ませてきた。なぜなら、植物は温暖な温度でも制御不能に成長することは明らかにないからである。 北京大学のチームは現在、不足していたピースを提供している。それはBLH1（BEL1-LIKE HOMEODOMAIN転写因子）と呼ばれるネガティブフィードバック要素で、精密に調整されたブレーキとして機能する。 高温では、BZR1が直接BLH1の転写を抑制し、ブレーキを解除して成長を可能にする。しかしBLH1には二重の役割がある。PIF4プロモーターに結合してその転写を抑制し、さらにPIF4タンパク質と物理的に相互作用してその活性を阻害する。これにより二層の制動機構が形成され、ポジティブフィードフォワードループのオーバーシュートを防ぐ。 結果として、著者らが「分子増幅器」と呼ぶシステムが生まれる。温度シグナルが成長応答に増幅されるが、増幅率はBLH1フィードバック回路によって調整されるため、システムはオーバーシュートしない。 変異体からの証拠 BLH1を過剰発現する植物は熱に鈍感で、高温でも短い胚軸を示した。複数のBLHホモログを欠く高次変異体は過敏で、茎の伸長が誇張されていた。重要なことに、BLH1の過剰発現はBZR1活性亢進植物とPIF4過剰発現植物の両方における胚軸伸長表現型をレスキューし、BLH1がBZR1の下流かつPIF4の上流で機能することを確認した。 農業への応用 地球温暖化は高温イベントの頻度と強度を増加させ、世界中の作物収量を脅かしている。温度形態形成の分子メカニズムを理解することは、気候に強い作物の開発に不可欠である。 BZR1-BLH1-PIF4モジュールは、育種家やバイオテクノロジストに精密な標的を提供する。BLH1の発現を改変することで、茎の過度な伸長、資源の浪費、収量損失なしに、温暖化条件下で作物が最適な成長を維持できるよう、温度形態形成応答を調整できる可能性がある。 雅子 訳

嗅覚は「獣の感覚」と呼ばれてきた。研究者らによれば、19世紀にポール・ブローカが解任され、それが数十年にわたる科学の無視につながったという。しかし、新型コロナウイルス感染症のパンデミックで嗅覚を失った何百万人もの人々の経験が状況を変えた。 The Laryngscopeの2023年の調査によると、世界中で報告されている新型コロナウイルス感染症感染者数約7億8,000万人のうち、約60％が嗅覚喪失を経験している。 Ars Technica (Knowable Magazine から再刊) に掲載された Victoria Clayton の特集記事では、嗅覚喪失 (嗅覚の完全または部分的喪失) という新たな科学と、それが生活の質の不便さをはるかに超えたものであるという認識の高まりを追跡しています。 隠れた流行病 一般人口の最大22%が何らかの嗅覚障害を抱えていると記事は報じている。米国国民健康栄養調査のデータによると、アメリカ人の約 3 パーセントが完全な嗅覚脱失または重度の嗅覚低下を患っており、年齢とともに急激に増加しており、40 ～ 49 歳では 4 パーセント、60 ～ 69 歳では 13 パーセント、80 歳以上では 39 パーセントとなっています。すべての年齢において、男性は女性よりも多くの影響を受けます。 原因は驚くほど多様です。この記事には、アルコール依存症からジカウイルス、ギラン・バレー症候群に至るまで、嗅覚障害に関連する神経学的、身体的、先天的疾患139件が列挙されている。最も一般的な誘因は、ウイルス感染（新型コロナウイルス感染症を含むが、風邪も含む）、頭部外傷、アレルギー、副鼻腔感染症、神経変性疾患です。 嗅覚系の特有の脆弱性 嗅球（嗅覚信号の脳の最初の中継局）は頭蓋骨の基部に直接位置しているため、頭部外傷、ウイルスの侵入、環境毒素による損傷に対して独特の脆弱性を持っています。しかし、これらは生涯を通じて新しいニューロンを生成する数少ない成人の脳領域でもあります。この神経可塑性は治療の機会を提供します。 最も証拠に裏付けられた介入は嗅覚トレーニングです。4 つの香り (通常はレモン、バラ、クローブ、ユーカリ) を 1 日 2 回、12 ～ 16 週間嗅ぎます。 2024年のメタ分析では、トレーニングによる「顕著で統計的に有意なプラスの効果」が認められ、患者の約30パーセントが臨床的に意味のある改善を示したという。ステロイド副鼻腔洗浄剤を追加すると、改善率は約 50% に上昇します。 トレーニングには嗅覚以外にもメリットがあります。 55 歳以上の成人では、言語の意味上の流暢さと作業記憶を改善し、抑うつ症状を軽減することが示されています。 新たな治療環境 より高度な治療法が開発中です。スタンフォード大学のザラ・パテル博士は、鼻腔への多血小板血漿（PRP）注射の臨床試験を実施している。 2026年1月の報告では、2週間の経頭蓋電気刺激後に患者の63パーセントが完全回復に達したことが判明した。研究者らはまた、迷走神経の刺激や、さらに将来的には嗅覚インプラントの研究も行っている。 「（治療を受けずに）長く続けるほど、何かの恩恵を受ける可能性は低くなります」とパテル氏は記事に語った。 […]

NASAのパーサヴィアランス探査車が、ジェゼロクレーターの底にある泥岩の中に豊富な複雑な有機炭素を検出した, ゲイルクレーター以外では火星で最も確かな有機物の検出である。6月24日に『Science Advances』に掲載され、今週Ars Technicaが報じたこの発見は、有望であると同時に結論が出ていない。炭素は古代微生物の残骸である可能性もあれば、まったく非生物的なプロセスで形成された可能性もある。 検出は、パーサヴィアランスのロボットアームに搭載されたSHERLOC（Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals）装置によって行われた。SHERLOCは深紫外共鳴ラマン分光法を用いて、100万分の1という低濃度の有機化合物を識別する。 対象は、ネレトヴァ・ヴァリス（Neretva Vallis）のブライトエンジェル露頭にある、非公式に「チェアヴァ・フォールズ（Cheyava Falls）」と名付けられた泥岩であった, かつてジェゼロクレーターの湖に流れ込んでいた古代の川の水路である。パーサヴィアランスは岩石の表面を研磨し、高分子炭素（MMC）, 還元された炭素原子の固体架橋ネットワーク, を発見した。 「チェアヴァ・フォールズの岩石の、塵は除去されたがそれ以外は未処理の表面での高分子炭素の検出は、火星表面における有機物の最も浅い深度での検出を表しています」と、NASAジェット推進研究所のSHERLOC副主任研究員で本研究の共同筆頭著者であるカイル・ウッカート氏は述べた。 数百の検出 SHERLOCチームは3つの岩石にわたる4つのターゲットを分析し、数百ものMMC検出を確認した。炭素はあるターゲットでは炭酸塩鉱物と、別のターゲットでは硫酸塩鉱物と関連しており、少なくとも2つの別個の定着イベント, 古代の湖に堆積物が堆積した際の初期沈着と、その後流体が岩石中を移動した際の変質, を示唆している。 これは、NASAのキュリオシティ探査車が以前に有機物を発見したゲイルクレーター以外の火星泥岩における、高分子炭素の初検出である。2つの地点は3,500キロメートル（2,200マイル）以上離れており、複雑な有機化合物が古代火星に広く分布していたことを示唆している。 「火星の居住可能性にとって励みになります」と惑星科学研究所のアシュリー・マーフィー共同筆頭著者は述べた。「これは、数十億年前、有機物は局所的に存在しただけでなく、火星の古代の湖や河川でより広く利用可能であった可能性があることを示しています。」 生命か否か？ ラマン分光法だけでは、有機炭素が生物由来かどうかを判断できない。チェアヴァ・フォールズの炭素のGバンドパラメータは、生物起源の参照値（微生物マット、石炭、ケロジェン）と非生物起源の参照値（隕石、熱水岩、火星隕石ALH 84001）の両方と重なっている。 「パーサヴィアランス探査車のペイロードは、有機化合物が生物学的プロセスと非生物学的プロセスのどちらに由来するかを評価することはできません」とウッカート氏は述べた。「この研究で記述された有機炭素に生物学が何らかの役割を果たしたとは言えません。」 チェアヴァ・フォールズは、2025年にその「ヒョウの斑点」, 地球上では典型的には微生物代謝によって形成されるリン酸鉄鉱物の縁取り, で話題になった同じ岩石である。炭素検出と合わせて、この岩石は、科学者たちがこれまでに収集された過去の火星生命の最も強力な状況証拠のコレクションの1つと評するものを保持している。しかし状況証拠は証明ではない。 サンプルリターン問題 パーサヴィアランスは、30サンプルコレクションの一部として、チェアヴァ・フォールズから「サファイアキャニオン」と名付けられたコアサンプルをキャッシュしている。しかし、2026年1月に議会によって火星サンプルリターン計画が中止されたため、現在これらのサンプルを回収するための資金計画は存在しない。炭素が生物由来かどうかを判断するには、地球ベースの機器, 炭素同位体比のための二次イオン質量分析、および微細組織解析のための高分解能電子顕微鏡, が必要であり、これらは探査車用に小型化することはできない。 「火星上の有機物の存在は、必ずしも生物学的プロセスを意味するわけではありません」とウッカート氏は述べた。しかし、もし炭素が生物由来であれば、それは地球外生命の最初の証拠となる。もし非生物由来であれば、生命なしで複雑な有機化学がどのように機能するかの理解を深めることになる。どちらの答えも変革的である。 雅子 訳

脳は、新しいものを見てから数分以内に起こる急速な適応と、数日かけて徐々に蓄積され安定した認識に至る緩やかな強化という、2つの非常に異なる速度で馴染みのある物体を認識することを学習する。7月4日にNature Communicationsに掲載された研究は、これら2つの時間スケールが霊長類の視覚皮質において根本的に異なるメカニズムによって駆動されていることを示しており、システム神経科学における長年の疑問に決着をつけるものである。 この研究は、シカゴ大学のKrithika Mohan、Ulisses Pereira-Obilinovic、David Freedmanと、デューク大学のNicolas Brunelによって行われ、馴化学習課題を遂行する2匹のアカゲザルの下側頭葉（IT）皮質から電気生理学的記録を用いた。IT皮質は視覚物体認識を担う脳領域である。 2つの時間スケール、2つのメカニズム 研究者らは、単一の実験セッション内（数分）および複数セッション間（数日）の両方でIT皮質の神経発火活動を追跡した。その結果、2つの時間スケールでの馴化学習は異なる神経シグネチャを生成し、異なる基礎的可塑性ルールを示唆していることがわかった。 高速の時間スケールでは、単一セッション内で、繰り返し刺激に対する神経反応は急速な減衰を示し、それに伴って自発活動の上昇が見られた。低速の時間スケールでは、セッションを越えて、刺激がより馴染み深くなるにつれて平均的な神経反応は徐々に減少した。 研究チームは、神経データから推論された可塑性ルールを備えたリカレントニューラルネットワークモデルを使用した。モデルは、両方のタイプの可塑性（緩やかな長期変化のためのシナプス可塑性と、急速な短期適応のための内在的可塑性（ニューロン自体の電気的興奮性の変化））が含まれた場合にのみ、観察されたダイナミクスを再現することに成功した。 この二重メカニズムの枠組みは、先行研究における矛盾する結果を調和させる。いくつかの初期の研究では、刺激が馴染み深くなるにつれて神経発火が減少すると報告していたが、他の研究では活動の増加が見られた。新しい結果は、これらの一見矛盾する知見が、同じ皮質回路内で同時に動作する異なる時間スケールを反映していることを示している。 「多くの種類の学習において、私たちは異なる時間スケールで新しい情報に関与します」と研究者らは述べている。「この研究は、霊長類の脳が単一のより遅いプロセスではなく、それぞれがその時間スケールに適した並列メカニズムを使用していることを示しています。」 これらの発見は、即時の感覚経験がどのようにして持続可能な記憶に移行するのかを理解するための新たな枠組みを提供するものであり、これは認知神経科学における基本的な問いである。 雅子 訳

1776年7月4日、独立宣言が署名されたとき、知られている宇宙は小さかった。認識されていた惑星は5つ（水星、金星、火星、木星、土星）だった。地動説は確立されていた。天の川は空にかかるぼんやりとした帯であり、誰もが知る限り、その帯が宇宙のすべてだった。 250年後、私たちは銀河が何兆ものひとつであり、宇宙が138億年にわたって膨張し続けていること、そしてその内容の95％が目に見えないダークマターとダークエネルギーであり、私たちがようやく理解し始めたばかりであることを知っている。最初の視点から現在の視点への旅は、4つの概念革命の物語であり、それぞれがアメリカの科学によって主導されるか、大きく形作られてきた。 太陽：石炭から核融合へ 1863年、Scientific American は、太陽が燃える石炭の塊であるという驚くほど根強い考えを否定する記事を掲載した。数字はその概念を不合理にした。もし石炭なら、観測されるエネルギー放出率では太陽はわずか5000年しか持たないからだ。同誌は太陽の寿命を1億年から4億年と推定した。まだ短いが、正しい方向への一歩だった。 本当の答えは1920年、アーサー・エディントンが恒星は核融合によって動力を得ており、水素をヘリウムに変換していると示唆したときに来た。1938年、ハンス・ベーテは陽子-陽子連鎖反応とCNOサイクルという実際のメカニズムを解明した。太陽は燃えているのではなく、核融合していたのだ。その核融合により、太陽の寿命は数百万年ではなく、数十億年になる。 エーテル：すべてを変えたヌル結果 1887年7月、オハイオ州クリーブランドの地下室で、アルバート・マイケルソンとエドワード・モーリーは「科学史上最も重要なヌル結果」となった実験を行った。彼らは干渉計を構築し、仮説上の「光を伝えるエーテル」（空間を満たすとされていた invisible な媒体）に対する地球の運動方向に依存した光速の差を測定しようとした。 彼らはまったく差を発見しなかった。エーテルは存在しなかった。 このヌル結果は、1905年のアインシュタインの特殊相対性理論と1915年の一般相対性理論への道を開き、エーテルを空間、時間、重力のまったく新しい概念に置き換えた。アメリカの地で構想され実行されたマイケルソン・モーリー実験は、現代物理学が築かれた実験的基盤だった。 天の川とその先へ 1785年、ウィリアム・ハーシェルは天の川をマッピングし、太陽系を中心とする円盤状であると結論づけた。1918年、ハーロー・シャプレーは球状星団の観測を用いて、太陽系はまったく中心になく、約2万7000光年離れていることを示した。これはコペルニクスよりもさらに深刻な格下げだった。 しかし、既知の宇宙の最も劇的な拡大は1923年に起きた。エドウィン・ハッブルがカリフォルニアのウィルソン山天文台にある100インチ・フッカー望遠鏡を使用して、アンドロメダ星雲を撮像し、個々の星を分解したのである。その中にはケフェイド変光星も含まれており、距離の計算が可能になった。アンドロメダは少なくとも100万光年離れており（後に250万光年に修正）、天の川の境界をはるかに超えていた。それは別の銀河だった。 宇宙は想像を絶する規模で拡大した。天の川を超えるすべてのもの、すべての星雲、すべてのぼんやりとした光の斑点、は、今や別の星の島であると理解された。 膨張から加速へ 1929年、ハッブルは別の発見をした。銀河は私たちから遠ざかっており、遠ければ遠いほど速く後退していた。宇宙は膨張していた。アインシュタインは宇宙を静的モデルに保つために「宇宙定数」を導入したが、それを最大の失敗と呼んだ。 70年間、宇宙学者は膨張が重力の牽引で減速していると想定していた。1998年、アメリカの科学者（ソール・パールマッター、アダム・リース、ロバート・カーシュナー）が率いる2つの国際チームが、独立してその逆を発見した。膨張は加速していたのだ。何かが銀河を押し離していた。その未知の何かはダークエネルギーと名付けられた。 今日、ダークエネルギーとダークマターは合わせて宇宙の内容の95％を占めている。私たちは重力効果を通じてその存在を知っているが、それらが何であるかはわかっていない。 次の250年 2126年、アメリカ建国500周年のとき、視界はどうなっているだろうか？ハッブル宇宙望遠鏡、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、そして今後打ち上げられるナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡は、ダークマターとダークエネルギーの性質の解明をさらに推し進めると期待されている。過去250年のパターンが続くなら、答えは謙虚なものになるだろう。宇宙は私たちが考えるよりもさらに奇妙なのである。 雅子 訳 Sources Lea R. “Space science has come a long way since July 4, 1776. Here’s a look back at the saga.” Space.com, July 4, 2026. https://www.space.com/astronomy/space-science-has-come-a-long-way-since-july-4-1776-heres-a-look-back-at-the-saga

細胞が分裂するたびに、その全ゲノム（ヒトでは30億塩基対）はほぼ完全な忠実度で複製されなければならない。そのプロセスはDNAプリマーゼと呼ばれる酵素から始まり、DNAポリメラーゼがコピーを開始するために必要な短いRNAプライマーを合成する。プリマーゼ自体がどのようにして開始するかは長年の謎であった。既存の鎖から伸長する利点なしに、最初のジヌクレオチド結合を形成するために正確に2つのヌクレオチドを選択しなければならないからである。 7月3日にNature Communicationsに掲載されたETHチューリッヒとRWTHアーヘンの研究者らによる研究は、核磁気共鳴分光法を用いて原子レベルの詳細でその答えを明らかにした。このメカニズムは予期しない非対称性を含んでいる。最初のヌクレオチドが対合せずに待機している間に、2番目のヌクレオチドが鋳型認識を駆動する「セカンド・ファースト」の順序である。 この研究はETHチューリッヒのPengzhi Wu氏とFrederic Allain氏が主導し、古細菌Sulfolobus islandicusのpRN1プラスミド由来の最小限の耐熱性プリマーゼを研究対象とした。このプリマーゼは小型で単一サブユニットであり、高温でも安定であるため、構造解析に理想的なシステムである。 2段階アセンブリ DNAプリマーゼは、その補助ドメイン内でDNA鋳型と2つの開始ヌクレオチドを同時に結合する。重要な発見は、これら2つのヌクレオチドのうち最初は2番目のものだけが鋳型と塩基対形成することである。最初のヌクレオチドはこの段階では非対合のままで、タンパク質間相互作用によって保持される。 この非対合の最初のヌクレオチドは、鋳型塩基フリッピングと呼ばれるプロセスを引き起こす。鋳型鎖はその対向塩基を通常のらせんスタックから外れて結合ポケットへと回転させる。これはDNA修復酵素で見られるメカニズムに類似している。フリップされた塩基はリンカー相互作用に関与し、酵素に閉じたコンフォメーション変化を誘導する。 閉じた状態では、2番目のヌクレオチドが開始部位から伸長部位へ移動し、最初のヌクレオチドがついに開始部位で適切な塩基対を形成する。両方のヌクレオチドは、最初のホスホジエステル結合の触媒形成のために位置決めされる。 「これは触媒にコミットする前の組み込み型校正チェックポイントです」とこのメカニズムは示唆している。最初のヌクレオチドが所定の位置にロックされる前に2番目のヌクレオチドが正しく塩基対形成することを要求することで、プリマーゼは誤対合した最初の塩基による開始を回避する。 保存と意義 pRN1プリマーゼは古細菌の酵素であるが、このメカニズムは生命のドメイン全体で保存されていると考えられている。つまり、同じ「セカンド・ファースト」アセンブリがヒトのプリマーゼでもおそらく機能している。確認されれば、この発見は複製生物学の根本的な謎を解くことになる。すなわち、古典的な校正（3′-5’エキソヌクレアーゼ活性）が新生鎖がないために利用できない開始段階で、プリマーゼがどのようにして忠実性を達成するかという問題である。 構造の詳細はまた、宿主のプリマーゼを標的とせずに、病原体（ウイルス、細菌、寄生虫）のプライマー合成を阻害する阻害剤を設計する道を開く。合成生物学において、最小限のpRN1システムは、調整可能な開始特異性を持つ人工プリマーゼを工学設計するためのテンプレートを提供する。 翻訳者: 雅子