[細胞シート工学] シンプルだが革新的な再生医療技術

長谷川 幸雄氏 （はせがわ ゆきお）

1986年1月 東邦大学薬学部助手 1991年11月 ファルマシアバイオテク㈱（現GEヘルスケアバイオサイエンス㈱）研究開発室主任研究員 1992年05月 同社研究開発室長 1998年04月 アマシャムファルマシアバイオテク㈱（合併により社名変更。現GEヘルスケアバイオサイエンス㈱）シニアマネージャー、グローバルR&D 東京サイトヴァイス・プレジデント 2001年05月 株式会社セルシード設立,代表取締役社長（現任） 2008年10月 CellSeed Europe SARL President ＆ CEO （現任)

「再生医療を実現したい。日本発の技術でそれを達成できるのなら喜びはひとしおだ。」インタビューの冒頭で、株式会社セルシードの社長を務める長谷川氏はそのように語った。細胞をシート状に培養し、生体に近い条件を再現する細胞シート工学の基礎は、東京女子医科大学の岡野光夫教授（同社取締役）らにより1990 年に開発された。

鍵は温度応答性ポリマーである。細胞培養用のシャーレにこのポリマーを処理する。ポリマーは細胞を培養する37℃では固体のままだが、32℃を境に液化する特性を持つため、わずか5℃の温度変化により細胞をシートのまま取り出すことができるのだ。従来の技術では細胞シートを取り出す際に酵素処理を行う必要があったため、細胞への障害が大きいことが問題となっていたが、同社の技術では細胞への障害が小さくて済むことが大きな特徴だ。この技術を用いた角膜再生上皮シートなどの再生医療用細胞シートの開発などの研究分野への応用を進めている。「非常にシンプルだけど再生医療に非常に大きな役割を果たす技術だ」。

[起業] 優れたアイデアを眠らせないために

長谷川氏が細胞シート工学に出会ったのは、同氏が外資系バイオ企業に勤めていた1995年頃。今でこそ再生医療に巨額の投資をするメガファーマも現れたが、当時は再生医療に本腰を入れる製薬企業はほとんどなかったという。「会社には何度も医薬品としての開発を提案したが、反応は薄かった。」と当時を振り返る。

この理由として、外資系企業において日本発の技術を研究開発する困難さもあるが、細胞シート工学で再生医療を実現するというアイデアには前例がないことも大きな理由であったと同氏は分析する。「誰かが始めたら後を追う動きが活性化する。日本のお家芸とも言えるそのスタンスでは日本発のアイデアは普及しない」。再生医療を実現したいという想いに人々が集い、株式会社セルシードは2001年に設立された。アイデアを眠らせてしまう構造から、一歩抜け出した瞬間だ。

[挑戦] 日本発の技術で世界中の患者を救う

セルシードには世界中の人々から毎日のように便りが届けられている。角膜に限ってみても日本国内だけで3千名の移植待機患者がおり、米国では年間4万件の角膜提供が行われている。再生医療の実現を待ち望む患者 は世界中に存在するのだ。「医薬品の開発は生命の本質に迫るので、時間も費用も莫大にかかってしまう。」歯痒 い思いが溢れる。現在開発中の角膜、心筋、食道、歯周組織、軟骨などは、移植を希望する患者が多く、かつ体性幹細胞が特定されている組織だ。理論的には体性幹細胞を採取できれば様々な組織の再生を実現出来る。しかしながら全ての体性幹細胞が特定されているわけではないため、現状では細胞シート工学を応用できない組織も存在する。折しも同じく日本発のiPS細胞に関する技術は日進月歩でメディアを賑わせている。iPS細胞の安全性や目的の細胞への分化技術が確立されれば、細胞シート工学と組み合わせることで再生医療の可能性が一気に広がる。「日本発の技術が世界中の患者に貢献する絶好の機会だ。多くの患者にこの治療法を届ける仕組みを作り上げたい。」

今年半ばにはフランスでの角膜再生上皮シートの治験が終了する予定という。セルシードという箱に集まった、アイデアを評価し、信じる人たちが再生医療という先人のいない世界を開拓し、世界にそのアイデアを提供しようとしている。2010 年3月16日、それは株式会社セルシードがジャスダックNEOに上場した日でもあり、再生医療の発展・普及を加速した、記念すべき日となるだろう。

再生医療の最先端を行く未来医療センター

CPC内部の様子

同じタイプの細胞調製室を4部屋完備し、日々再生医療の実現に向けた研究がおこなわれている。サンプルをコンピューターによって厳格に管理するなど、安全性を担保するための仕組みが何重にも施されている。

緒方洪庵が適塾を開いたのは江戸幕府の土台を揺るがした大塩平八郎の乱の翌年、1838年。日本でいち早く種痘の治療法の普及に努めた洪庵は、幕末日本における西洋医学の最先端を切り開いた。歴史に名を刻む多くの志士が学んだ適塾は、大阪大学医学部のルーツでもある。その流れは今でも大阪大学医学部に息づく。トランスレーショナルリサーチの実践の場として創設された未来医療センターは、現代医療の最先端を切り開くためのセンターといえる。

センターでは「未来医療」の開発が、2つの大きな枠で進んでいる。1つは既に実施例があるものの、一般に普及していない高度医療を実践・検証する「先端医療プロジェクト」。もう1つは大阪大学発の基礎研究を世界で初めて臨床応用することが目標の「未来医療プロジェクト」だ。両プロジェクトのもとで現在進められている13件の研究も含めて、これまで行ってきた研究の大半が再生医療に関連している。そのため、GMPに準拠した細胞培養施設（Cell Processing Center; CPC）をセンターが開設した翌年の2004年から稼働させた。CPCでは、高い水準で衛生管理されている4つの細胞調製室での培養が可能になっている。

実施成功例を積み上げる

「再生医療をいざ実施するとなると、患者さんの反応は、効果への期待と副作用への不安が五分五分という感じです。再生医療への信頼がまだ足りないのだと思います。実施成功例を増やして信用を高めていくことが重要です。」と名井先生が語るように、再生医療の普及には実施成功という形で信用を積み上げていく必要がある。今は新しい医療が立ち上がる黎明期であり、失敗は許されない。移植が原因で重篤な症状を引き起こすようであれば、臨床研究に協力してくれた患者にとって不幸であるだけでなく、再
生医療への信頼性も大きく損なわれ、医療の発展を志す医療関係者、そして何より未来の患者に対して大きな損失に繋がるのだ。そこで、センターではいち早く標準業務手順（Standard Operating Procedure；SOP）を制定し、それに則った治療が始まっている。

緊張感のある治療現場で、いま注目を集めているのがエンドトキシンである。エンドトキシンはグラム陰性菌の細胞壁を構成するリポポリサッカライドで、敗血症やショックを引き起こす有害物質として知られている。日本薬局方では注射剤のエンドトキシンの基準値が定められているが、再生医療においては基準値が定められていない。センターではSOPで一定の基準を設けて、基準値をクリアしていない細胞に関しては再生医療に使わないという方針を採っている。手探りの状態ではあるが、この積み重ねがこれからの再生医療の標準へと繋がる。

迅速さと信頼性とコンパクトさと

2004 年の開設以来センターでのエンドトキシンの測定試験は300件以上、細胞移植は30件を超える。これまでエンドトキシンによる副作用が1件も起こっていないのは、センターのSOP基準が安全を担保してきている1つの証と言える。この安全性を支えるのが簡便で正確なエンドトキシンの測定だ。エンドトキシン測定装置として、現在評価中なのがEndosafe®-PTS™ （和光純薬工業株式会社販売）である。「エンドトキシンの測定において従来法で90 分かかったところがEndosafe®-PTS™では15分で済みます。検査の緊急性が高い再生医療分野では非常に有効な測定手段だと考えています。」と藤井さんは語る。測定限界に関しても従来法と同等で、十分な再現性も得られるため、医療現場では非常に重宝するのだという。15分で検査を完了して、細胞移植というスキームを将来的に構築できれば安全性も担保でき、患者への負担も減らせる。

「再生医療に関するセミナーに参加した際に、Endosafe®-PTS™を日常的に使用しているという施設が多くありました。限られたスペースでも簡単に測定出来る点が評価されているのだと思います」と語ってくれた藤井さんは、Endosafe®-PTS™を実験台の引き出しから取り出して見せてくれた。コンパクトさと迅速さ、もちろん正確さを兼ね備えたEndosafe®-PTS™が再生医療の現場に安全性という光をもたらしている。「再生医療はあと20年もすれば、当たり前に普及した医療になっていると思います。そこに向
けて、日本から安全性基準を含めた研究成果を打ち出していきたい。そして成果に基づいて産業を育て、ひいては再生医療も大きく育てていきたいですね」と語る名井准教授をはじめ、未来医療センターのスタッフがこれから世界に向けてどのような成果を発表していくかが楽しみである。また、安全性の評価基準がいち早く作られることが待たれる。その中でEndosafe®-PTS™が果たす役割は大きいはずだ。

名井 陽 准教授 （みょうい あきら） 医学部附属病院未来医療センター病院教授・副センター長。大阪大学医学研究科病理系専攻博士課程修了、大阪大学医学部附属病院・医員（研修医）、関西労災病院、川崎病院、大阪大学助手、同大学医学部附属病院未来医療センター准教授、副センター長を経て、現職。研究サイドから未来医療センターに関わり始め、現在も骨関連の医療を中心に活躍する。	藤井 妙恵 検査技師 （ふじい たえ） 未来医療センターで移植用細胞の検査などに従事する。現場のプロト コルを確立する中で中心的な役割 を果たしている。

■…世界に引けを取らない化合物ライブラリー

岡部 隆義氏 （おかべ たかよし）　特任教授

東京大学生物機能制御化合物ライブラリー機構特任教授。1983 年東京大学薬学系大学院生命薬学専門課程（修士）修了、万有製薬株式会社入社。1987年薬学博士号取得。万有製薬株式会社つくば研究所探索評価研究室長、同研究所専門領域研究部長を経て、2007 年9 月より現職。

同機構の岡部義隆特任教授に案内されてエレベー ターで東京大学薬学部本館の地下1階に下りる。エレベーターのドアが開き、きれいに整備されたフロアが
広がる。高速大量スクリーニング（High Throughput Screening；HTS）機器など製薬企業などに見られる最新鋭の機器が整然と並ぶフロアの一角を、化合物の保管室が占める。2008 年3月に設置されたばかりのこの部屋では、外部から隔絶された保管庫の中で、15万種の 化合物全てがコンピューター管理され、温度と湿度を厳密にコントロールされた状態で保存されている。さらに2010年4月には20万種まで拡大される予定だ。ライブラリーは既に一般に開放されている。「50 件近くの問い合わせがあり、重複をあわせると30万サンプル近くを提供しています」と岡部特任教授は語る。

世界に目を向けてみると、2009 年11月5日付のNIHの報告では、同研究所が推進する化合物ライブラリー構築のプロジェクトであるMolecular Libraries Probe Production Centers Network （MLPCN）が30万種の化合物を揃えたと伝えている。また、韓国の化合物バンクであるKorea Chemical Bankは市販品の他、国内合成品や天然物抽出物などを国内の関連機関から収集し、17 万以上の化合物を保有している。欧州では欧州分子生物学研究所のChemical Biology Core Facility が2004年から稼働し、現在までにおよそ7 万9千の化合物を保有している。東京大学生物機能制御化合物ライブラリー機構はアメリカには及ばないものの短期間で世界のアカデミア研究機関にひけを取らない保有数を確立したことからも、力の入れ様が伺える。

■…化合物のクオリティーで上をいくライブラリーを目指して

機構が稼働し始めたのは2006 年。ライブラリーの数を15万種まで増やす中で力を入れてきたのが化合物の質の担保だ。「1990 年代のHTSが全盛だった頃は、一日にいかに多くのサンプルを測定できるかに重きが置かれていて、化合物の質に関してはあまり議論されていませんでした。」と岡部特任教授は振り返る。当時、製薬企業はコンビナトリアルケミストリーで合成されたものや、雨後の竹の子のようにたくさん現れてきたベンダーから化合物を収集したために、今でも化合物の構造に信頼性がおけない、また精製度が低いなど、質の悪い化合物ライブラリーをそのまま保有しているところもあるという。「それに対して私たちは、化合物の多様性、分子量、純度といった点を大切にしながらライブラリーを構築していますので、質の高さに対して自信を持っています。」と語る。例えば有名なRule of 5にあるように、経口医薬品の候補物質の目安とされる分子量500前後の化合物を集めるのではなく、誘導体を作った時に分子量500前後になることを意識してより小さい200や300といった分子量の化合物を収集している。また、ライブラリーで保存している化合物全てをLC-MSにかけ、その純度をプロファイルしている。1日に300サンプル程度を解析して、最終的に全ての保有物の情報をデータベース化する予定で作業が急ピッチで進む。岡部特任教授は大学在籍中に天然物の抽出を始めて以来、大手製薬企業で天然物、合成化合物のライブラリー構築をリードしてきたこの道30年近くのプロフェッショナル。その経験の中で培われてきた成功、失敗事例に基づくノウハウが、この機構のライブラリー構築に遺憾なく発揮されている。

■…スクリーニングの課題はデータの信頼性

信頼できるライブラリーから化合物を得たとしても、スクリーニング時のデータの取り方で候補物質を見逃してしまう可能性を岡部特任教授は指摘する。「創薬研究の初期段階で化合物の活性を評価する場合には、数μlという小さな液量で実験をする必要があります。そうなると実験操作のちょっとしたブレが結果のばらつきを生み、エラーバーはすぐに20%前後になってしまいます」。誘導物質を作ったところで、10〜20%程度の活性変化しか得られない場合には、実験操作が生む誤差に埋もれて本当に活性を持っている化合物を見落とす可能性があるのだ。

また、現在同機構がライブラリー構築と並行して進め ているキナーゼ阻害剤のスクリーニングにおいては、リン酸化反応の反応生成物だけを測定していると誤差が増 してしまう。そこで、同機構はEZ-Reader （キャリパーライフサイエンス社）を導入した。「EZ-Readerの良いところは、リン酸化反応後の反応生成物と基質の両方の量を測定できる点です。反応生成物しか測定できない他の製品と比べ、誤差を非常に小さく抑えることができます。 スクリーニング初期段階の化合物の阻害活性は低いことが一般的なので、エラーバーが大きいとリード化合物候補をみすみす見逃してしまいますが、EZ-Readerはその点で安心できます。」と高い信頼を寄せる。また実験誤差を減らす目的で、リキッドハンドリングを行う機器の選択にも細心の注意を払う。「前職でフィルトレーションによるアッセイを行っていた時に使用していたSciclone（キャリパーライフサイエンス社）はデータの質を向上させる上で非常に役立ちました。」と高い評価を寄せる。通常のフィルトレーション用の機器はプレートの下から吸引するタイプが多く、目詰まりが起きて実験誤差が生じやすい印象があるのだという。一方Scicloneの場合、プレートの上から加圧することで溶出、洗浄を行うため、目詰ま りがほとんど無く、精度の高いデータが得られるのだ。医薬品候補物質のスクリーニングという、小さなスケールで活性を測定する世界では、誤差の低減を約束してくれる安定した機器が最も強力な武器となる。

リキッドハンドリングでの精度向上に一役買うSciclone
Scicloneの強みは、装置デッキ上最大20カ所にマイクロプレートの他、マイクロプレートシェーカーや超音波洗浄器温調ユニット、加圧式フィルトレーションユニットといった数々のデバイスを自由に配置することで、さまざまなアッセイを高精度に実現できる点。しかも、操作は新開発のプログラムソフトウェア（マエストロ）によって自動化が可能なため、自分で構築したリキッドハンドリングを再現性よく行うことができる。さらにScicloneのジュニアともいえる、コンパク トなZephyrが発売された。デバイス等を設置できる場所を12カ所とすることで小型化した。高精度のリキッドハンドリングを省スペースにて効率的に実験を進めたい人にとっては強力な味方となるはずだ。
拡大図はScicloneで加圧式フィルトレーションユニット使用している時の様子。写真からデッキ上にデバイスやプレートを置くスペースが整然と並んでいることがわかる。

■…アカデミア発の創薬研究・開発へ

これまでとは異なる創薬研究の形として、アカデミアの研究者達によるライブラリーの活用を岡部特任教授は提案する。「日本には長年研究対象とされてきたタンパク質が多くあり、その中には創薬ターゲットとされてこなかったものも多く含まれています。それらタンパク質は新規の創薬ターゲットとなる可能性を十分に秘めているのです」。アカデミアの研究者がライブラリーの化合物を利用することで、新しい活性を持った化合物が見つかる可能性を指摘する。

「アカデミアの研究者で構成された創薬スクリーニングのチームがリード化合物を発見する。次はその最適化を行う。さらにその先では薬物動態の解析を行う。このように創薬研究開発の上のフェーズにシフトさせることが出来ると思うのです。アカデミアの研究者で創薬をどこまで進めることが出来るのか、そこに挑戦してみたいですね」。

岡部特任教授はアカデミアでの創薬チーム構築に向けた動きを始めた。結果はこれからだが、質の高い化合物ライブラリーを大いに活用し、アカデミアの強みを活かした創薬研究がどのようなアウトプットをもたらすのか、今後の展開が期待される。

●EZ-Reader、Scicloneに関するお問い合わせ

韓国の学研都市デジュンにそびえ立つＲ＆Ｄセンター

Mr.Myeong

ソルジェント代表のMr.Myeong。 分子生物学的実験用の研究試薬も取り扱う。

SolGentが設立されたのは2000年8月。現在では資本金8000万、従業員数70名、その内研究所で働くスタッフが40名という。韓国でもトップクラスの分子生物学的な技術を誇っている。SolGentはソウルからKTX（新幹線）で約1時間のデジュン市に本社及びＲ＆Ｄセンターがある。日本には筑波大学や奈良先端科学技術大学院大学（NAIST）を中心とした研究・学園都市が存在するが、デジュン市も韓国科学技術院（KAIST）を中心とした、最先端のテクノロジーの集積した学研都市である。

設立当初から、DNA抽出や遺伝子増幅などの研究用試薬と研究キットの販売を始め、2001年にはＲ＆Ｄセンターを設立。DNAシークエンスサービスを開始した。2005年にはソウル市内にブランチオフィスを開設し、2007年にはISO9001を取得、2008年にはテクノロジーイノベーションカンパニーとして表彰され、まさに飛ぶ鳥を落とす勢い、韓国一のバイオベンチャーへと発展してきた。

韓国屈指の起業家

デジュンにあるソルジェント本社。

SolGent社のCEOはMr.Myeong。笑顔の中には研究者としての鋭さと、経営者としての責任感があふれているが、その人柄はどこか懐かしく、親しみが持てる。彼の起業までの経緯は非常に面白い。

韓国の有名大学である高麗大学で法医学を学んだあと、KAISTの大学院に進学。そこでMr.Myeongは分子生物学を身につけていった。KAISTは一流研究者の育成などを目的にして設立した国立大学であり、その歴史は1970年代初頭に始まった。当時、韓国の工業化を推進する高度な能力を有する科学者、エンジニアに対する需要が高まっており、韓国政府は人材育成と科学技術の発展を促進させる主導的役割を果たす研究機関の設立を計画した。そして1971年、韓国初の政府援助による、科学技術分野のみを専門とする大学院であるKorea Advanced Institute of Science（KAIS） の設立という形で計画は結実した。KAISはその後10年間で着実に業績を伸ばし、1981年、Korea Institute of Science and Technology （KIST）と統合され、韓国科学技術院（KAIST）となった。KAISTは現在、世界の主要な研究本位の大学の一つであり、世界の現実に根ざした教育を提供している。

そんな研究機関でMr.Myeongは修士号をとり、その後社会に出た。法医学分野での実績を生かし、臨床に近い現場で技術者として働いた。その時に閃いたビジネス、それが「世界の遺伝子を読む」ことだった。そのビジネスを広げることでこれからの最先端の研究を加速することができると考えたのだ。その後KAISTの博士課程に戻り、そこで研究した実績をもとにSolGentを立ち上げたのだ。その経歴から、研究経験をビジネスに活かす韓国のバイオ業界屈指の起業家と呼ばれている。

KAIST発ベンチャー、SolGentの実力

SolGentは生化学や生物工学に関する知識・経験の豊富な研究員を揃えている。機器としてはハイスペックのDNAシークエンサー、Applied Biosystems 3730xl DNA Analyzerを6台を備え、さらに2005年当時454 社製から次世代シークエンサーGS20が発売された時には世界に先駆けて導入し、それ以来圧倒的なスピードと技術力を基にした高速シークエンス受託サービスを提供している。研究員40名を組織的に配置し、無駄のないワークフローを構築しているため、今までにないコストダウンを実現した。サンプル数に関わらず「1リアクション700円」という価格は、これまでの日本国内のサービスからは信じられない。この解析能力と価格競争力を持った事業体は世界中を見ても存在しない。これからSolGentに対するニーズはますます大きくなっていくだろう。現在では、ゲノムシークエンスサービスや研究受託サービスで培ってきた数多くの蓄積されたテクノロジーや経験を、医学系分野ではSNPs解析、農学系分野では米、高麗ニンジン、牛・豚などのDNA鑑定サービスなどに広く展開している。事業領域も韓国国内でだけでなく、米国、フランス、そして日本へと急速に拡大している国際企業でもある。

SolGentは今後も最先端のバイオテクノロジーを駆使して、分子生物学に関係するサービスを世界に広げ、医学分野では医療に関するサービ スの拡張、農学分野ではDNA鑑定サービスを駆使してトレーサビリティーシステムを構築し、さらなる社会貢献をすることをミッションに掲げている。まさに世界の遺伝情報を読み、社会に貢献する世界企業となる力をもっていると言えるだろう。今後ますます拡大していくことは間違いない。SolGentの今後に目が離せない。

新興・再興感染症の流行に対抗する日本の国策

岩本 愛吉教授

東京大学医科学研究所 先端医療研究センター 感染症分野 分野長

新興・再興感染症研究拠点形成プログラム アジア感染症研究拠点 中国拠点研究代表

2003年に世界中に流行した重症急性呼吸器症候群（Severe Acute Respiratory Syndrome；SARS）は、38 ℃を超える高熱、呼吸困難、低酸素血症、肺炎といった重篤な症状を特徴とする新しい感染症（新興感染症）であった。原因はSARSコロナウイルスという新種のウイルスで、8,098人に感染し、774人が死亡したとされている。2003年3月、SARSは香港を起点に世界中に拡散し、世界保健機関（WHO）の発信により広く知られるようになった。しかし、中国広東省においては、2002年11月頃から“非定型肺炎”として地域的な流行が認められていたことから、WHOへの通告の遅れなど、中国政府の初期対応が問題となった。

日本政府は2004年に「経済財政運営と改造改革に関する基本指針」の中で、SARSをはじめとする新たな感染症に対して、迅速かつ適切に対応できる体制を確保することを定めた。さらに文部科学省の「安全・安心な社会の構築に資する科学技術政策に関する懇談会」では、新興感染症が発生する可能性が高い国に日本の研究拠点を作ることで、新興感染症が発生した際にその国に貢献するという方針を固めた。

アジア感染症研究拠点の立ち上げ

冷却装置内蔵型の遠心機

相次いで打ち出されたこれらの政策を具体化すべく、文部科学省は2005年から「新興・再興感染症研究拠点形成プログラム」を始動させた。日本の感染症研究拠点を選抜し、新興・再興感染症が発生している、あるいは発生する可能性の高い国との共同研究を推進するためのインフラ強化を目的としている。現在までに国内8大学、2 研究機関、海外8ヶ国12拠点が参画し、人材を含む研究資源や情報を迅速に相互活用する体制の構築に力を入れてきた。その中で、東京大学医科学研究所は中国研究拠点として採択を受けており、岩本教授は拠点代表として強力に事業を推進している。

「中国は先進工業国と発展途上国の2面性を持っています。発展途上の農村地域で感染症の診断技術を移転する方向もあると思いますが、進歩の著しい沿海部で最先端テーマに取り組む研究者と共同研究をし、科学技術外交に貢献し、若手の人材育成にも寄与する方向もあると思います。当面の方向として、私は後者を選択しました。」と語る岩本教授は、北京にある中国科学院微生物研究所と生物物理研究所という主要な2 研究所に日中連携研究室を設置した。また、中国農業科学院ハルビン獣医研究所においても、河岡義裕教授と陳化蘭教授の間で高病原性鳥インフルエンザウイルスに関する共同研究が行われている。

アジアの「いま」を読む

現在、医科研先端医療研究センター感染症分野の分野長も務める岩本教授は、医学部卒業後臨床医として出発した。その後、3年間のカナダ留学（1984-1987）を経て日本に戻ってからはHPV、HCVなどの基礎研究に従事した。1980年代中盤からHIV/AIDSに興味を持っていたが、「研究室で実験だけしていたら自分のアイデアはすぐ枯渇する、と思いました」。医科研ではHIV感染者の診療を行いつつ、研究に従事できる環境があることから、1994年に赴任し、現在に至っている。HIVの臨床医に戻ってから約3年間は有効な治療薬がなく、病気の進行、つまりウイルス感染症の自然経過を見ていることしか出来なかった。次第に治療法が進歩し、ほとんどの患者さんを外来通院で治療できるようになった。しかし、ワクチンができていないこと、薬剤耐性の問題など、研究すべきことはまだまだたくさんある。臨床に携わっていると、治療の進歩に即した患者さん及び研究のニードをより的確に把握することが可能となるので、感染症研究におけるフィジシャン・サイエンティストの役割は大きい。

その経験はアジア感染症研究拠点の活動にも活かされているという。「感染症の臨床や疫学、研究の進歩には一定の流れがありますが、日本での対策がすぐ中国で応用できるわけでもありません。実際に中国に行き、ともに研究する必要があるのです。」

感染症研究は、一方的な押し付けではなく、その地域の科学的リテラシーや研究レベルを把握し、何が必要なのかを適切に見極め、それに合わせて対処することが重要となる。岩本教授は豊富な経験と最先端の技術力を最大限に活かして、これからも感染症との戦いに挑む。

東レ3D-Gene®の技術力

｢初めて3D-Gene®チップを使用しましたが、予想以上に感度が高く、差が見られた遺伝子の数に驚きました。サンプルにもよりますが、予想を遥かに超えた数だったので戸惑いもあります。｣井上助教は開口早々、そう感想を漏らした。3D-Gene®の検出感度の高さは研究者の間では定評（バイオガレージ02号参照）があるが、初めて体感する研究者は驚きを隠せないようだ。

井上 浄氏

2003年3月 東京薬科大学薬学研究科薬剤学 博士前期課程卒業

2006年3月 東京薬科大学薬学研究科薬剤学 博士後期課程卒業

2006年4月 北里大学理学部生物科学科 生体防御学講座助手（現助教）

なぜこのような感度の高さを実現できるのか。3D-Gene®は精度を向上させるため、3つの大きな特徴を備えている。まず1つ目は、東レが独自で開発した「黒色樹脂製基板」である。黒色樹脂は、ガラス基板等の従来の基板で起こる自家蛍光を抑え、バックグラウンドを低減させることに長けている。2つ目は3Dという製品名にも表されるように表面に凹凸の加工が施されていることである。凸構造の上端部にプローブを高密度に固定する技術を開発したことにより、均一な大きさのスポット画像が得られるようになった。3つ目はマイクロビーズを使って反応槽を攪拌する技術。凹の部分をマイクロビーズが転がって反応液を攪拌することで、プローブとターゲットのハイブリダイズを促進することができる。これらの技術を組み合わせることによって、研究者を驚かせるほどの検出感度が実現したのである。

炎症反応機構の解明を目指して

高等生物の生体内において細胞の増殖、分化、物質の合成や分泌など、多くの生理現象は複雑なネットワークから形成される細胞内シグナル伝達により制御され、恒常性を維持している。細胞内シグナル伝達の異常は様々な疾患に繋がる。また、細胞内シグナル伝達の中でもGTP結合タンパク質（Gタンパク質）は最も重要なシグナル伝達分子の一つである。

井上助教らは炎症反応機構の解明を目指して研究する中で、このGタンパク質の1種であるRap1に注目している。Rap1はGEFと呼ばれる分子により活性化し（スイッチON）、GAPと呼ばれる分子によって不活化する（スイッチOFF）。つまり細胞内でスイッチのような働きをしていることになる（図１）。井上助教らはその中でも、このスイッチをOFFにするGTPase活性化因子（GAP）のノックアウトマウス（SPA-1KOマウス）に注目した。「このマウスのほとんどが生後1年～2年で白血病を発症することが明らかになっています。これは、SPA-1KOマウスはRap1が常に活性化され続け、T細胞等の免疫系細胞がanergyと呼ばれる免疫不応答の状態に陥ることで、免疫監視機構が働かず、白血病の発症をブロックできないことが原因ではないかと考えられています。」

3D-Gene®が仮説を確かなものに近付ける

井上助教らは、SPA-1KOマウスが白血病を発症する前後で肝臓や皮膚に膿の塊（膿瘍）が形成されていることに注目した。ここでRap1のシグナル伝達と炎症反応の関係性に思い至った。「膿瘍が形成されるということは、細菌などの感染に対し過剰な炎症反応が起きていると考えられます。SPA-1KOマウスは細菌感染時の炎症反応にブレーキが利かず、炎症が起こる際に産生されるサイトカインやケモカイン等が過剰に産生され続けている可能性が予測できました。」

そこで、炎症反応に深く関わるマクロファージに注目し、野生型とSPA-1KOマウスのマクロファージに同じ細菌成分で刺激を与え、両者間の遺伝子発現パターンの違いを3D-Gene®を使って検証した。「明らかな差がでました。」解析結果は一目瞭然、SPA-1KOマウスのマクロファージでは、予想していたよりも多くの種類の遺伝子が活性化されていることが判明した。「ある程度予測はしていましたが、ここまで違いが見えるとは思いませんでした。Rap1と細菌感染による炎症反応の関係はまだ解明できていませんが、大きな一歩を踏み出せたような感覚です。

創薬の活路を開く3D-Gene®

この関係を解明することは、生物が健康に生活するためには非常に重要であるという。「もしRap1シグナル系に異常が起こると、適応免疫の低下による感染症に罹りやすかったり、逆に自然免疫系による過剰な炎症反応が起きやすくなるということが考えられます。近年はインフルエンザウイルスや病原性大腸菌等の病原ウイルス、病原菌ばかりに注目が集まっていますが、我々は日々名も知れぬ多くのウイルスや菌に接触して生活しています。その中には知名度は低いですが、病気を引き起こすものも含まれています。それなのに病気にならないのは、免疫系の恒常性維持にこのRap1シグナル系による細胞内の分子スイッチが大きく寄与していると考えています。さらに研究を進めて、その全貌を明らかにしたいと考えています。」

研究の世界を目指したきっかけは、医療関係の研究に関わっていた父親と対等に話がしたかったという微笑ましいものであるが、いまでは研究の魅力にどっぷり嵌っている。「自分と同じモチベーションを持った世界中の研究者と情報を交換しながら一緒に研究をしたいですね。3D-Gene®のように信頼できる研究機器、試薬がグローバルスタンダードとして世界中広がっていけば、その夢も叶いそうです。」

東レ株式会社が開発したDNAチップ3D-Gene®。少量の検体量と比較的短い時間で数百から数十万に上る網羅的な遺伝子解析を可能にする。

関連する様々な要素

ヒストンの化学修飾はヒストン−DNA相互作用の変化やリモデリング因子、コアクチベーター、サイレンシング関連因子のリクルートなど様々な制御の引き金となる。化学修飾されたヒストンに対する優れた抗体が次々と開発されたことや、次世代シークエンサーの登場により、この10年の間にヒストンの化学修飾と遺伝子発現の関係について非常に多くの知見が得られている。哺乳類のヒストン修飾因子だけでも20を超えるものが同定されている※2。これらがメチル基、アセチル基、ユビキチンなどによってヒストンのリジン、アルギニンを修飾することで転写を正または負に制御する。さらに、ヒストンに関してはバリアントがいくつも報告され、リジンの修飾に関してはモノメチル、ジメチル、トリメチルという異なるメチル化の度合いが存在することが明らかになるなど、その制御は実に多岐にわたる。

一方DNAのメチル化に目を向けると、2008年のNatureで多能性細胞と分化した細胞でのメチル化マップが報告されたことをはじめ※3、メチル化DNAとヒストン修飾の関係性などが次々と明らかになってきている（図1）。

研究を支える基盤技術

ヒストン修飾と転写制御の関わりについては、クロマチン免疫沈降法を技術の核に据えたChIP-on-chipと、その後に登場したChIP-seqがゲノムワイドな解析を一気に推し進めた。特にChIP-seqは1回のアッセイでゲノム全体に対するタンパク質位置情報を高解像度、高感度で得ることができるため、今やエピジェネティクス関連の研究を行う上での強力なツールとなっている。シークエンス技術もさることながら、各種のエピトープに対して高い感度を持つ抗体を容易に入手できるようになったこともこの背景として見逃せない。

メチル化DNAのポジションを解析する手法としては従来から用いられている亜硫酸水素塩法（Bifulfite assay）が主流となっている。この方法は、亜硫酸水素塩の付加によってシトシンがウラシルに変わるのに対して、メチル化シトシンは無反応であることを利用している。処理後にPCRをかけることでシトシンだった塩基部分はチミンに、メチル化シトシンだった塩基部分はシトシンとして増幅される。ただし、この手法は処理中にDNAに損傷が入りやすいという問題もある※4。近年になり、京都大学の西本清一教授ら※5、ドイツのLudwig-Maximilians-UniversityのThomas Carell教授ら※6、理化学研究所の岡本晃充氏ら※7は、新しい方法を提案している。

発生研究の現場から

エピジェネティクスの研究が進んでいる分野の1つが発生・分化の分野だ。DNAメチル化に関しては精力的な研究がなされ、発生の初期においてはダイナミックなメチル化の変化が起こっていることがわかってきている。例えば、哺乳類の初期発生では、雄性前核内でプロタミンから体細胞型ヒストンへの変換が起こった後、短期間の内に積極的な脱メチル化が進行し、それに引き続いて母方のゲノムが脱メチル化されていく。胚盤胞になる過程では、内細胞塊と栄養外胚葉で異なるメチル化パターンを形成しながら、ゲノム全体ではメチル化のレベルが上昇していくことがわかっている※8。また受精後雄性前核でプロタミンから体細胞型ヒストンに変換される時に使われるヒストンは、ヒストンバリアントの1種であるH3.3であるという報告がある※9。H3.3はH3比較した時に修飾のパターンが異なっているため、何らかの機能を果たしていることが考えられるが、このことの生理的な意義についてはまだわかっていないことが多い。

発生においてはクロマチン関連因子の中でもポリコーム群が重要な役割を果たす。例えば、Polycomb repressive complex2（ PRC2）はH3K27のメチル化を促進する※8。このメチル化はクロマチンの構造を引き締める作用がある。面白いことに、ES細胞でゲノムワイドにPRC2の分布を見ると、1000異常見つかったサイトの中に発生を制御している遺伝子領域が多く存在し、それらの遺伝子の多くはES細胞中で不活性化されていることが報告されている※8。

エピジェネティクスの研究はようやく全体を見渡すためのツールを手に入れたばかりだ。これから出てくる新たな知見は、医療への応用もさることながら、生命現象の本質をより一層掘り下げていくに違いない。