学術的背景と問題提起 がん研究において、遺伝子増幅（gene amplification）は一般的な変異形式であり、特にがん遺伝子（oncogene）の活性化において重要な役割を果たしています。しかし、遺伝子増幅ががんにおいて重要であることは広く認識されているものの、初代細胞やモデル生物でこれらの増幅を正確に模倣することは依然として課題です。特に、染色体外DNA（extrachromosomal DNA, ecDNA）を介した遺伝子増幅はがんにおいて非常に一般的ですが、その腫瘍発生や進行における具体的な役割はまだ完全には解明されていません。ecDNAは染色体に依存しない環状DNA分子であり、通常は複数のがん遺伝子コピーを運び、細胞分裂中のランダムな分離を通じて急速に蓄積し、腫瘍の異質性と進化...

学術的背景 デュシェンヌ型筋ジストロフィー（Duchenne Muscular Dystrophy, DMD）は、進行性の筋萎縮を特徴とする重篤なX連鎖性の遺伝性疾患であり、最終的には早期死亡に至る。DMDの原因は、ジストロフィン（dystrophin）をコードする遺伝子の変異であり、このタンパク質が正常に発現されなくなることである。ジストロフィンは筋細胞膜上の他のタンパク質と共にジストロフィン-糖タンパク質複合体（Dystrophin-Glycoprotein Complex, DGC）を形成し、この複合体は細胞外マトリックス（ECM）と細胞骨格の間の橋渡し役として機能する。DGCは筋機能において極めて重要であるにもかかわらず、その分子構造は長い間完全には解明されていなかった。本研究では、...

CRISPR-Cas9遺伝子編集技術は、特にキメラ抗原受容体T細胞（CAR-T細胞）の開発において、がん治療への応用が大きく進展しています。しかし、CRISPR編集プロセス中に引き起こされる染色体異常（大規模な欠失、染色体転座、異数性など）は、臨床応用における大きな懸念材料となっています。これまで、CRISPR-Cas9システムのコンポーネントを最適化することでこれらのリスクを軽減する研究が進められてきましたが、T細胞受容体（TCR）の活性化後の急速な増殖など、T細胞の内在的特性がゲノム安全性に与える影響は十分に研究されていませんでした。そこで、Laurenz T. Urschらは、TCR活性化と細胞増殖がCRISPR編集結果に与える影響を調査し、CRISPRでエンジニアリングされたT細胞の...

研究背景 単細胞胚において、タンパク質の非対称分布は細胞極性と発生の重要なステップである。この非対称分布は通常、複雑な反応-拡散メカニズム（reaction-diffusion mechanisms）に依存し、複数のフィードバックループが関与している。Caenorhabditis elegans（線虫）の単細胞胚において、RNA結合タンパク質MEX-5とMEX-6、および有糸分裂キナーゼPLK-1は、細胞極性の確立と維持に重要な役割を果たしている。MEX-5とMEX-6は配列上高度に相同であるが、それらの非対称分布メカニズムとその制御方法は完全には解明されていない。本研究は、MEX-6の勾配形成の生物物理学的メカニズムを明らかにし、MEX-5、MEX-6、およびPLK-1の間の複雑な相互作用...

ゲノムワイドな単一細胞および単一分子レベルでの転写因子フットプリント解析 学術的背景 ヒトや他の哺乳類において、すべての体細胞は基本的に同じゲノムを持っていますが、異なる細胞タイプはそれぞれ異なる機能を果たします。この違いは主に、転写因子（Transcription Factors, TFs）が遺伝子の調節領域に結合することによって決定されます。TFsはDNAからRNAへの転写を制御することで遺伝子発現を調節します。TFsがどのようにゲノムに結合するかを理解することは、機能ゲノミクス研究の中核的な課題の一つです。しかし、既存の研究方法には一定の限界があります。従来の「ボトムアップ」アプローチ（原子分解能構造や単一分子イメージングなど）や「トップダウン」アプローチ（古典的な遺伝学や分子生物学な...

人工動的RNA構造アンサンブルに基づく普遍的なRNAアプタマーセンシングタグの合理的設計 学術的背景 RNA分子は、自然および合成生物学的システムにおいて多様な役割を果たしており、その機能は動的かつ特定の三次元構造に強く依存しています。RNAの二次構造および三次構造（ヘアピン、疑似結び目、多分岐接合など）は、RNAの機能を理解するための重要な「構築ブロック」です。しかし、既存のRNA構造研究の多くは静的な構造に基づいており、ほとんどのRNA媒介プロセスは構造変化を伴います。したがって、動的構造アンサンブルの記述は、RNAの進化的保存パターンを捉え、その拡張設計を支援することができます。近年、蛍光RNAアプタマー（fluorogenic RNA aptamer, FRAPT）は生物学的応用にお...