細胞を追跡する新しいツールは、がんの早期診断と治療にさらなる手がかりをもたらすだろう

生命のミクロの世界では、すべての細胞にも、その細胞の「背景」や「遺伝」を記録した神秘的な「家系図」が存在します。細胞は分裂または分化するにつれて、徐々に異なる種類の細胞や組織を形成します。いくつかは神経細胞となり、複雑な神経ネットワークを構築します。一部は筋肉細胞となり、体を動かすためのエネルギーを供給します。他の細胞は血液細胞に分化し、酸素や栄養素の輸送を担います...

この細胞の「家系図」は細胞系統と呼ばれ、生命の発生過程や病気の起源と発達を理解する上で非常に重要です。

最近、ウェストレイク大学生命科学学部およびウェストレイク研究所の王守文氏のチームと李麗氏のチームが協力し、単一細胞系統追跡の分野で新しい計算ツール「MethylTree」を開発しました。このツールは、遺伝子編集を必要とせずにマルチオミクス方式で細胞系統を正確に追跡できるため、非侵襲的な系統追跡の新たな章を開き、ヒトの組織発達、疾患メカニズム、幹細胞療法の研究に多くの可能性をもたらします。

論文のスクリーンショット

細胞系統の研究は、19 世紀後半の顕微鏡観察と記録に始まり、1 世紀にわたって続いています。細胞系統を研究するための多くの方法が開発されてきましたが、まだ欠陥がいくつかあります。

たとえば、細胞の DNA を編集する必要がある方法もありますが、これは倫理的にも技術的にもまだ十分に成熟しておらず、したがって人間の研究には適していません。細胞の直接編集を必要としない方法は、まれな体細胞 DNA 変異（変異の確率は極めて低く、1 分裂あたり nt あたり 10-9 のみ）に依存しており、非常に高度な技術要件が必要なだけでなく、非常に高価（細胞あたり約 200 米ドル）でもあります。

そのため、研究チームはこれらの問題に直面し、効率的で正確な新しいマルチオミクス系統追跡法の開発に取り組んできました。

この画期的な発見は、DNA における一般的なエピジェネティック修飾であるメチル化にありました。 DNA メチル化は遺伝子発現を調節することができ、特定の遺伝子の発現を停止したり、遺伝子の再活性化と発現を誘導したりすることがあります。

膨大な量の生命情報が詰まった、非常に複雑で情報量の多い生命の本を持っていると想像してください。いくつかの章は特定の時間に読む必要があり、いくつかの章は特定の時間に無視する必要があります。メチル化はブックマークのようなものです。これらは本の内容を変更するものではありませんが、どの章を今読むべきか、どの章を一時的に無視できるかを教えてくれます。

細胞系統は個体内の細胞分裂の歴史を記録している

そこで研究チームは細胞のメチル化特性を利用し、「MethylTree」と名付けた系統追跡のための新しい計算ツールの開発に成功しました。メチルとはメチル化を意味し、細胞のメチル化の特性を利用して細胞ツリーを追跡することを意味します。 MethylTree は、欠損値やノイズ干渉の問題を巧みに回避するだけでなく、異なる細胞タイプに固有の DNA メチル化の違いの影響もうまく排除します。

同時に、研究チームは、ヒト造血系、初期胚発生、がんなどの複数の実験システムにおいて、MethylTree の精度が 100% に近いことを検証しました。

図 2: MethylTree はヒト臍帯血の系統を再構築することに成功しました。 MethylTree 系統ヒートマップ (右パネル) 内のクローンは、実験でレンチウイルス LARRY によって定義されたクローン (左パネル) と一致しています。

細胞系統を研究することに何の役に立つのでしょうか?

細胞系統を研究することで、研究者はさまざまな細胞タイプの運命決定メカニズムを明らかにし、組織や臓器の発達プロセスを理解することができます。また、腫瘍細胞の系統関係を理解することもできるため、がんの早期診断と治療の手がかりが得られる可能性があります。また、幹細胞が特定の種類の細胞に分化する仕組みも理解できるため、組織工学や臓器再生技術の発展が促進されます。

研究チームはツールを開発しましたが、彼らの期待はこのツールに限定されません。病気の発生と進行から治療の個別最適化まで、より多くのチームが参加し、このツールを使用して細胞の発生と分化の謎をさらに解明することを期待しています。

（出典：チャオニュース、ウェストレイク大学）