July 2016vol.

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プロフェッショナルに聞く■

エクソソームをターゲットとした画期的がん研究
̶ 生命現象のカギを握るコミュニケーター■

再生医療の実用化に向けたイノベーションを創出する
̶ 神奈川県ヘルスケア・ニューフロンティア政策の取組み■ ASCA Letter：意外と身近な メディカルライティング■ ASCA 掲示板：有意性（signiﬁcance）ってどうやって調べるの？ 〜 論文の「Statistical Analysis」を読み解く〜■ 科学誌サイエンス記事：マウスの精子形成と生殖に必要な Y 染色体の代わりとなる 2 遺伝子

プロフェッショナルに聞く
エクソソームをターゲットとした画期的がん研究
̶ 生命現象のカギを握るコミュニケーター
おちやたかひろ

落谷 孝広 主任分野長
国立研究開発法人国立がん研究センター研究所 分子細胞治療研究分野

がんの克服のための研究は、遺伝子変異やタンパク質ファミリー合成などにまつわる、細胞内での様々な生命機能を明らかにしてきました。発見当初は存在意義のわからなかった物質や構造も、この数年で次々に役割と機能が解明されています。今回は、がんの発生や転移のキープレイヤーとして注目されるマイクロ RNAとエクソソームに関して先進的な研究に取り組んでいる、国立研
究開発法人国立がん研究センター研究所 分子細胞治療研究分野 落谷 孝広 主任分野長にお話を伺いました。

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ツハイマー患者の方々のものも含まれ、それぞれのがんや疾がんとmiRNA

患について特異的な血中 miRNA が見つかっており、これらをヒトはがんになりますが、マウスは非常に悪い環境にいてもがバイオマーカーとした早期発見が可能であることもわかってきんになりません。ヒトとマウスはゲノムの塩基対数もそれほど変ました。早期発見ががんによる不幸な死亡を減らすことを示すわらず、共通性もきわめて高いのに、なぜヒトはがんになりマウ科学的根拠はすでに揃っているので、国家レベルの方策として、スはならないのか疑問でした。実は、ヒトとマウスでは、低分子日本人の二人に一人ががんになるという現状を早く脱し、がんRNA の一種であるマイクロRNA (miRNA)1）の種類が異なってによる生産性の低下、それに伴う世界における日本のステーおり、ヒトにあってマウスに無い miRNA があることがわかってタスの低下や、医療費の高騰による国家財政の圧迫といったいます。ということは、我々人間が持っている能力は miRNA の危機的状況を改善することが期待されています。将来的には、数が増えたことによって進化・形成されてきたのではないか。

miRNAによる診断を健康診断や人間ドックで実践し、個人レmiRNA の異常がヒトの疾患にも影響していて、疾患の原因をベルでも医療費の節約とがんによる死亡を避けられる時代が解く鍵がそこにあるのではないか、と考えることができます。

来ることを願っています。

そこで、がん患者の血液中でどの miRNA の発現量が上昇し、どの miRNA が発現低下しているかを観察しました。その結果、エクソソーム・miRNA は細胞のコミュニケーションツール

発現量の高い miRNA はがん遺伝子のような働きをし、増える

miRNA は細胞から分泌されて、血液をはじめ様々な体液に循とがんを起こしてしまう一方、発現低下した miRNA は正常な環しているのですが、その意味を別の角度から考える研究も細胞を守るガードの役割をしていて、ダウンしてしまうと悪い進められています。発端となったのが 2007 年にヨーテボリ大ことが次々に起こり、最終的には治療に抵抗性を示すがん細学（スウェーデン）の Jan Lötvall 博士が発表した論文 4）です。

胞ができてしまう、ということがわかってきました。すなわち、血液中の miRNA は裸でいるのではなく、脂質二重膜で包まmiRNAを標的にすることで新しいがんの治療ができると考えれた細胞外小胞であるエクソソーム（exosome）というナノ粒られる段階に来ています。世界中でいくつかの臨床研究が開子の中にパッケージされており、細胞が分泌するエクソソーム始されており、私たちも準備を進めています。

が細胞間コミュニケーションのツールとして働いているというアイデアを提唱しました。miRNA は、miR-21 などのように種血液一滴からがんの早期発見類によって番号が付けられています。それぞれが特定の遺伝ヒトの miRNA は 2,588 種類あり、細胞内で遺伝子発現の調節をはじめ様々な役割を担っています。2006 年頃、この miRNAが細胞外にも分泌されていることに世界中の研究者たちが気づき始めました。細胞がアポトーシスやネクローシスなどによって死ぬと、内容物である核酸 DNAや RNA の断片も一時的に細胞外に出て行きます。しかし、それだけで説明がつかないほどの大量の miRNA が血液中に存在するという疑問があ子を制御する、あるいは一つが複数の経路を同時に制御するという大きなパワーを持ち、それを受け取った細胞では非常に大きなイベントが起こります。我々が「細胞同士のおしゃべり」と呼んでいる、細胞と細胞がコミュニケーションをとるためのツールとして、エクソソームあるいはその中のタンパク質ファミリーや miRNA などが使われているという姿が浮かび上がってきたのです。

り、生きた細胞からも外に分泌されているのではないかと考えがんは、がん細胞とそれ以外の様々な種類の細胞で構成されられたのです。そこへ、2008 年に、血液中の miRNA の増減ています。血管内皮細胞や繊維芽細胞などの間質細胞（ストが血球系のがんのマーカーになりうるという論文が海外で発ローマ細胞）、逆にがん細胞を攻撃しにやってくる免疫細胞、

2）表されました 。わが国でも同年、東京医科大学 分子病理学

それらの集合体です。こうしたがんの微小環境は、まさにそこ分野の黒田雅彦教授と我々のグループが、血液中の miRNAで細胞がコミュニケーションしているという状況を示していまの振る舞いを見ることによって、がんが増えているのか、無くす。がん細胞は血管内皮やストローマ細胞に対しては味方になったのか、転移しているのかという体内のがんの状態がわかつけるための指示を出し、逆に自分を攻撃しようとするT 細胞

3）るのではないか、という論文を発表しました 。その後、世界のような免疫細胞に対しては撃退シグナルを出しています。こ中で、血中 miRNAによる新しい診断法の開発が進められていの現象は、分泌されたサイトカインやケモカインの濃度勾配にます。日本では 2014 年から私が開発責任者をしているプロ誘導される、あるいは細胞と細胞のダイレクトな接着によってジェクト「体液中マイクロRNA 測定技術基盤開発」が開始さ行われていることが示されていました。ところが、それに加えれ、血液一滴でがんを診断し、がんを早期発見するという目標て miRNAを内包したエクソソームを使った、パワフルで確実に向けて研究が進められています。今年度で 3 年目を迎え、現な情報伝達が行われていることがわかったのです。がん細胞在は日本医療研究開発機構（AMED）のプロジェクトに移行し、は自分が宿主（患者）の中で生き延びるための手段として、エ現段階で 2 万検体以上の解析が終わっています。検体には、クソソームに様々な情報を詰め込んで放出し周囲の細胞をがん患者、コントロールとしての健常人、加えて認知症やアル操っていると言えます 5）。

1）タンパク質ファミリーへの翻訳を伴わずに機能するノンコーディング RNA のひとつで、2001 年に発見された。20〜25 の短い塩基長からなる。
2）Mitchell PS et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Jul 29;105(30):10513-8.
3）Yamamoto Y et al. Biomarkers. 2009 Nov;14(7):529-38.
4）Valadi H et al. Nat Cell Biol. 2007 Jun;9(6):654-9.
5）Kosaka N, et al., J Clin Invest, 26(4):1163-72, 20162

がんの転移とエクソソームの振る舞いコミュニケーションを盛んに行っているのは脳ではないかと多くの研究者が予測しています。脳の疾患においてエクソソームがんで不幸な死が訪れる原因の 9 割は転移によるものです。

が何らかの役割を持っていることが次々と明らかになりつつあ

しかし、転移を抑える薬は開発しにくく時間がかかります。例

ります。脳神経細胞とそれを取り巻くグリア細胞の間にエクソ

えば乳がんでは 10〜20 年を経て転移が生じるケースもある

ソームを介した何らかのシステムが成り立っている可能性があため、その薬剤の開発はエビデンスを得るまでに相当の期間り、それが記憶なのか情報の制御なのかは不明なため、基礎を要します。これまでの薬は、がん細胞を押さえつけようとし的な研究を十分に行う必要があると思っています。てきましたが、がん細胞は非常に賢く、一つの経路が閉ざされても次々に別の経路を動かしたり、二次的な変異で攻撃を逃れるなどの手段を備えていて、いたちごっこの状態です。この
状況を打開するには、ゲノムサイエンスの情報なども含め、別の観点からもがんというものを見直す必要があるでしょう。私たちは、がんが分泌するエクソソームの意味を理解することがそのきっかけになると考えています。

世界的な臨床応用への動き
一方、世界に目を向けると臨床応用に向けた研究開発は活発に進んでいます。乳がん治療の例で、トラスツズマブというHER2 遺伝子変異陽性の患者によく効く薬がありますが、すべての HER2 陽性患者に効くわけではないのです。調べると、
HER2 陽性で薬が効かない患者は血液中にHER2 の分子を興味深いことに、がん細胞のエクソソームの分泌を止めるとが持ったエクソソームが存在することがわかりました。中和抗体

んの転移がなくなります。シャーレ上でも動物に移植したがんであるトラスツズマブとHER2 の分子を持つエクソソームが血でも増殖のスピードはあまり変わらないのですが、エクソソー液中で出合い、薬の機能が失われ、乳がんを攻撃できなくなっムの分泌を止めるだけで他臓器への転移が大きく抑えられるたのです。この発見をもとに、HER2 陽性でトラスツズマブがという前臨床の報告が数多くなされており、私たちもそれを世効かなかった患者の血液からHER2 陽性のエクソソームを特殊界に先駆けて発表しています。がん細胞が分泌するエクソソー

な膜 7）で除去すると薬が効いたのです。悪いエクソソームを除ムだけを止めるようなアプローチが実現すれば、新しい薬の候去することも、今後のがん抑制のアプローチになりそうです。

補になるでしょう。従来の薬のようにがんを徹底的に叩いた結果、別の経路を動かして逃がしてしまうという事態を防げるかもしれません。

さらに、間葉系幹細胞が分泌するエクソソームを使った治療も開発され、臨床試験が始まっています。最近、骨髄や脂肪組織、胎盤・臍帯に存在する間葉系幹細胞の分泌するエクソソーム

一方、エクソソームをバイオマーカーとして利用する研究も進自体が非常に大きな治癒能力を持っているということがわかっめられています。エクソソームの脂質二重膜の表面に乗っていてきました。我々も今年の日本再生医療学会で発表しニューる多くの分子の中にはがん特異的な表面たんぱく抗原があり、スにもなりましたが、脂肪の間葉系幹細胞をがん疾患の動物

これをmiRNAとは別のバイオマーカーとして使える可能性がに投与すると治癒能力が上がり、エクソソームの分泌を止めたあります。つまり、血液や尿などの体液でこういう表面分子を細胞をがん疾患のマウスに投与すると、今まで見られていた持ったエクソソームが多ければ、がんの転移がいち早くわかる治癒能力が激減したのです。世界中で臨床研究が進んでいるようになるかもしれないのです。私たち国立がん研究センター

間葉系幹細胞による疾患治療で、ひざ関節の炎症を抑えたりが掲げるミッションの「がんにならない、がんになってもそれと心筋梗塞を改善するという作用は、エクソソームによるものだ

共存して活動できることを目指し、天寿を全うしうる社会を実ということがわかってきました。

現する」ためにも、エクソソームの研究をがん転移の早期発見や個別化医療の開発につなげていくことが期待されます。

昨年 10 月にシンガポールで行われたミーティングでは、Dr.
Sai-Kiang Lim が進めている、間葉系幹細胞のエクソソームをしかし一方で、正常細胞も含めあらゆる細胞がエクソソームを分泌しているといわれているため、エクソソームに作用する薬については副作用が懸念されます。本当に悪い細胞・がん細胞のエクソソームだけを止めることができるのか、これが大きな戦略上のポイントです。というのは、現段階では正常なエクソソームの理解が十分ではないからで、今確実に言えるのは、エクソソームが細胞や組織を越えた何か重要な働きをしているということだけなのです。
2010 年に発表した我々の研究で、母乳の中のエクソソームは、それを飲む赤ちゃんの腸管免疫を発達させる重要な働きをしていることがわかっています 6）。また、エクソソームの分泌を止めたマウスが不妊になるという発表もあり、エクソソームが生殖系に影響していることは十分にあり得ます。また、細胞間の6）Kosaka N et al. Silence. 2010 Mar 1;1(1):7.
7）Aethlon Medical 社が開発した HER2osomeTM

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図：エクソソームの概念図

使った第Ⅱ相臨床試験の発表があり、心筋梗塞などの治療にエクソソームの多分野的な展開有用である可能性が示されました。これに注目する世界中の研究者や、治療をどう承認するのか、エクソソームをどのよう工学系の研究者たちも、エクソソームを測定するシステムや方に品質管理するかというレギュラトリーサイエンス関係の人た法の開発に関心を持っています。エクソソームは非常にヘテロちも加わって 3 日間にわたり議論が行われました。FDA のメン（不均一）な集団で、個々のエクソソームに分離するには超遠バーも関わっていたことは注目です。腎臓の障害にも効果が心を使う今の方法では十分ではありません。それを解決するあり、抗がん作用もありうるということも最近わかってきたた

ために日本の工学・光学含め様々な分野の技術応用が期待さ

め、エクソソームだけを用いた再生医療が世界で実現に向けれます。例えば光学や音響の国内企業が医療機器分野でソーてスタートしています。

ター 7）を開発しているので、その技術を用いてエクソソーム分エクソソームと生命現象

メンブレン（膜）の技術を持つ企業も多くあるので、メンブレン

析装置を開発できるかもしれません。また、特殊な機能を持つエクソソームは、これまでにわかっている働きのほか、私たちの生命活動を維持するためのさらに根源的な機能を担っている可能性があります。実態はまだわかっていませんが、炎症やで悪いエクソソームを除去したり、特殊な薬剤を付加して悪いエクソソームを破壊したり、という新しい医療のアプローチができるかもしれません。

細胞傷害の治癒、いわゆる自然治癒能力がエクソソームに

化粧品や食品の業界でもエクソソームの研究は進められていよって説明できるかもしれません。例えば、自分の子供が転んます。例えば、世界中の数多くの人工乳のメーカーが成分をだのを見たお母さんはとたんに唾液が出て、それを子供の傷研究して作っても母乳にかなわないのは、miRNA が欠けていにつけるとよくなるという現象は、唾液中の抗菌作用を持つ物るからではないかと考えられており、前述の私たちの発見を生質によるものですが、実際には唾液の中のエクソソーム、そのかしてより完全な人工乳を作る取り組みが続けられています。

中の miRNA が関与している可能性があります。このように、身近に日常で起こることがエクソソームで説明できるようになるかもしれません。

エクソソームは基礎研究者だけの研究分野にとどまらず、生物学や医療以外の多様な分野も関わる、産業的にもインパクトが大きく注目度が高いテーマです。涙にもある、血液にもある

我々にはさらに大きなテーマがあり、遺伝情報の水平伝達にエクソソームが、なぜ存在していて、何をしているのか、どんエクソソームが関わり、進化にも関与しているのではないかとな医療、産業に応用できるのか、ということを考えると興味は考えています。進化、遺伝情報は親から子へ垂直に伝わるの尽きません。また、競争が激化する世界の中で日本が先陣をが基本ですが、異なる生物間で種を超えて遺伝情報が交換さ切るためには、研究や開発に国の支援が行われることやレギュれた事実が報告されています。エクソソームの中に遺伝情報ラトリーサイエンス面の議論が十分行われることも重要なことを詰め込むことにより、遺伝情報の水平伝達が行われているです。質の高い生活を送り天寿を全うできるように、ヘルスケ可能性が考えられます。エクソソームを知ることによって、単ア産業が正しい方向に発展するためにも、エクソソームの研究に疾患の診断や治療だけでなくもっと生命の進化に対する理が多方面で進むことに期待をしています。

解を深めることにつながるものと期待しています。

おちやたかひろ

落谷 孝広 主任分野長
大阪大学大学院博士課程修了（医学博士）。大阪大学細胞工学センター文部教官助手、米ラホヤがん研究所（現 SF バーナム医学研究所）
ポストドクトラルフェロー（神経分化を研究）、国立がんセンター研究所主任研究員、同分子腫瘍学部室長、がん転移研究室独立室長を経て、現在は国立がん研究センター研究所分子細胞治療研究分野 主任分野長、早稲田大学客員教授、東京工業大学客員教授、星薬科大学客員教授、昭和大学歯学部客員教授を兼任。日本癌学会評議員、日本 RNAi 研究会運営委員、JSEV（日本エクソソーム協会）の会長、エクソソーム国際協会のオフィシャルジャーナル JEV の Associate Editor、Cancer Science の AssociateEditorや ISSCRアドバイザーなどの学会・研究会の役員も努める。

インタビューを終えて落谷先生のお話に引き込まれない人はいないでしょう。素人の私にもイメージできるよう分かりやすく話していただき、鳥肌が立つほど興奮しました。インタビューさせていただいたことを光栄に思います。医療分野はもちろんのこと、様々な分野で発展していくであろうmiRNAやエクソソームにはとても興味をそそられました。

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科学誌
日本人著者研究紹介
科学誌に論文が掲載された日本人著者に、論文の内容、普段の研究内容についてわかりやすく解説していただきました。

マウスの精子形成と生殖に必要な Y 染色体の代わりとなる 2 遺伝子
Two genes substitute for the mouse Y chromosome for spermatogenesis and reproduction
Science 29 January 2016: Vol. 351 no.6271

今回の論文についての解説をお願いします。
Y 染色体はオスであることのシンボルで、雄性生Institute for Biogenesis Research,
John A. Burns School of Medicine,
University of Hawaii

殖に重要な遺伝子をコードしていますが、今回の研究では Y 染色体をまったく持たないオスの山内 康弘 博士研究員

マウスを作出し、このマウスの円形精子細胞からMonika A. Ward 教授産仔作出に成功しました。
もたらし、Y 染色体遺伝子とほかの染色体上の相同遺伝子との間にY 染色体上の遺伝子遺伝情報の代理機能（バックアップ機能）が存在することを裏付け

ほとんどの哺乳動物の性別は性染色体の組み合わせによって決まています。自然界にはすでにY 染色体を持たないネズミが生息してります。メスは XとX、オスは XとY 染色体を持ち、Y 染色体上にはいることを考えると、この代理機能は環境変化などの状況に応じて「オスになる」ことを決 定する発現することができるのかもしれません。

（Sex-determining region Y）

遺伝子が存在します。以前は、哺乳動物の Y 染色体には雌雄を決定するのほかには重要な遺伝子はないと考えられてきました。し研究の現場

かし現在では、ヒトやマウスにおいて Y 染色体の異常や欠失が男性

私の働く生物発生学研究所はハワイ大学マノア校内に位置してい不妊の原因となることがわかり、Y 染色体上にはのほかに、精ます。私の所属するMonika Ward ラボには私を含む 2 人のポス子形成や精子の受精能力といった雄性生殖にとって重要な遺伝子

ドク、3 人の大学院生、3 人のボランティア学部生がいます。週 1 回が多数存在することが明らかになっています。また、オスになることのラボミーティングでは研究成果の発表や論文の紹介を行いますにY 染色体遺伝子のすべてが必要なわけではないことが知られてが、Monika のフレンドリーな人柄と少人数のラボということもあいますが、個々の遺伝子の機能やどの遺伝子が必要なのかについり、実験についてのディスカッションはいつでも気軽に行えます。ては明らかになっていません。

常夏のハワイという恵まれた環境で働けることに感謝しながら日々の研究に励んでいます。

マウスの必須 Y 染色体遺伝子は？
我々は 2 年前に、Y 染色体遺伝子をとの 2 つしか持たないオスのマウスの円形精子細胞（精子になる前の細胞）から生殖補助技術によって産仔を得ることに成功しました。このマウスは外見上オスとして生まれるものの、精巣内では精子形成が途中停止するため、完全な精子を生産することができません。このようなマウスでも生殖補助技術を用いれば子孫を残すこと（父親になること）ができるのです。
今回の研究では、とをほかの遺伝子に置き換えたオスのマウスを作出し、そのマウスの円形精子細胞から産仔を得ることに成功しました。
換え、を常染色体上に存在するをX 染色体上の相同遺伝子遺伝子に置きに置き換えたマウスは Y 染色体遺伝子をまったく持たないオスとなります。本研究により、生殖補助技術を用いた場合、マウスにおいては Y 染色体の生殖機能への関与は必須ではないことが明らかとなりました。この研究成果は Y 染色体遺伝子の機能と進化についての新しい見識を■ サイエンス日本語版ホームページ
サイエンス日本語版ホームページがリニューアルされ、さらに使いやすいデザインとなりました。

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