ALS の背後にある細胞メカニズムを解読する | マサチューセッツ工科大学ニュース

科学研究がますます学際的になってきている現在、マサチューセッツ工科大学生物工学部の健康科学と技術のグローバー・M・ハーマン教授であるアーネスト・フランケル氏は、さまざまな科学分野からの引用を非常に早くから取り入れた人物として、また、今日の実践の偉大な提唱者です。

フレンケル氏の生徒たちが仕事で行き詰まりに陥った場合、別の角度から問題にアプローチするか、まったく関係のない分野でインスピレーションを探すよう勧めている。

「私がいつも戻ってくるのは、サイドから回り込んでみるということだと思います」とフレンケルは言う。 「現場の全員が全く同じように働いています。 もしかしたら、何か違うことをすれば解決策が見つかるかも知れません。」

複雑になりがちな病気のメカニズムを解明して標的療法を開発するというフランケル氏の研究では、関連性が最も高いと考えられるプロセスに焦点を当てるアルゴリズムなど、コンピューターサイエンスの世界の手法が採用されている。 このような方法を使用して、彼はハンチントン病と神経膠芽腫の基本的な側面を解読し、彼と彼の共同研究者は、ルー・ゲーリッグ病としても知られる筋萎縮性側索硬化症 (ALS) の背後にあるメカニズムの理解に取り組んでいます。

非常に早い段階で、フレンケルは科学分野の融合にさらされました。 高校時代の先生の一人はコロンビア大学の学生でしたが、化学、物理学、生物学を一緒に教えるプログラムを始めました。 教師はフラエンケルに、MIT で最初の生物物理学のクラスの 1 つを教えた物理学者、サイラス レビンタールが運営するコロンビア大学の研究室を訪れるよう勧めました。 フレンケルは夏の間研究室で働いただけでなく、高校を中退し（後に同等の卒業証書を取得）、フルタイムで研究室で働き始め、コロンビア大学で授業を受け始めました。

「ここは生物学における非常に重要な問題を研究している研究室でしたが、その所長は物理学の訓練を受けていました」とフレンケル氏は言う。 「相互受精によって非常に重要な洞察が得られるという考えは、私が常に心から感謝していることです。 そして今、私たちはこのアプローチが人々の病気の治療方法にどのような影響を与えることができるのか、あるいは本当に重要な科学の基礎を明らかにできるのかを知ることができます。」

障壁を打ち破る

MIT では、フランケルは生物工学科に勤務し、計算システム生物学大学院プログラムを共同監督しています。 ALSの研究のために、彼と、神経内科医で神経科学者のメリット・カドコウィッツを含むマサチューセッツ総合病院（MGH）の共同研究者らは、最近、非営利団体からそれぞれ125万ドルを授与された。 すべてALS 組織。 フラエンケル氏によると、この贈り物の背後にある戦略は、MITとMGHが連携を強化するよう奨励し、最終的には他の組織も協力してALS研究のハブを形成し、「この分野の障壁を打ち破り、中核問題に真に焦点を当てることだ」という。 」

Fraenkel 氏は、MGH の医師 James Berry およびテンプル大学の Lyle Ostrow 医師と協力して、EverythingALS およびそのデータ サイエンティストと協力してきました。 彼はまた、この病気を研究する科学者のコンソーシアムである非営利のアンサー ALS とも幅広く協力しています。

フランケル氏が最初に ALS やその他の神経変性疾患に興味を持ったのは、従来の分子生物学の研究では効果的な治療法が得られなかったためであり、ALS の場合は病気の原因について多くの洞察が得られなかったためです。

「私は、特定のタンパク質、遺伝子、経路が病気を理解する鍵であるという研究者らの仮説を立てる分子生物学の伝統的なアプローチ」が「あまり幸運も影響も与えていない分野に興味がありました」とフランケル氏は言う。 「これらは、別の方向から取り組めば、この分野が本当に進歩する可能性がある場所です。」

フレンケル氏は、伝統的な分子生物学は多くの貴重な発見を生み出してきたが、あまり体系的ではないと言う。 「間違った仮説から始めれば、それほど遠くには進まないでしょう」と彼は言います。

一方、システム生物学は、遺伝子の転写、タンパク質と DNA の相互作用、数千の化合物やタンパク質の修飾など、多くの細胞の変化を測定し、それらの測定に人工知能と機械学習を適用して、最も重要な変化を集合的に特定することができます。相互作用。

「システム生物学の目標は、できるだけ多くの細胞の変化を系統的に測定し、このデータを統合し、そのデータから最も有望な仮説を導くことです」とフランケル氏は言う。

フランケル氏が協力するアンサー ALS プロジェクトには、ALS 患者約 1,000 人が参加し、彼らの病気と血球に関する臨床情報を提供しました。 彼らの血液細胞は多能性幹細胞になるように再プログラムされており、これは、研究対象となるニューロンの成長に細胞を使用して、対照群のニューロンと比較できることを意味します。

感情的なつながり

フランケルは、ALS を理解するという困難な問題 (ALS 患者の 80 ～ 90% の原因も治療法もわかっていません) にシステム生物学を適用するという知的インスピレーションを受けましたが、同時に、ALS 患者のコミュニティとそのコミュニティに強い感情的なつながりも感じていました。擁護者。

彼は、科学者たちにこの病気に取り組むよう奨励しようとしていたイスラエルのALS団体の理事長に会いに行ったときの話を語った。 フレンケル氏はその男性がALSを患っていることを知っていた。 集会に出席するまで彼が知らなかったことは、彼は動けなくなり、居間の病院のベッドに横たわっており、目をまばたきさせるソフトウェアでしかコミュニケーションができないということだった。

「私は座って、彼が文字を入力するために使用している画面を二人とも見ることができました。そして、私たちはこの興味深い会話をしました。」とフレンケルは言います。

「ここには、想像を絶する苦しみを抱えた、働き盛りの若者がいた。 同時に、彼は変化を起こそうとこの組織を運営するという素晴らしいことをしていました。 そして彼は一人ではなかったのです」と彼は言う。 「ある人、そしてまた別の人、そしてまた別の人たちに出会います。時には息を引き取りながらも、今も変化をもたらし、病気を治すために努力している人たちです。」

EverythingALS からの寄付は、夫のピーター・コーエンを ALS で亡くした後にインドゥ・ナヴァールによって設立され、後に ALS とともに生きるビル・ヌティによって設立された CureALS と合併したものであるが、その目的は、病気の根本原因を研究することである。その進行を止める治療法や、損傷した神経の機能を回復できる可能性のある自然治癒プロセスを発見することが期待されています。

これらの目標を達成するには、ALS患者の細胞の分子変化を測定し、人によって症状が大きく異なるALSの症状を定量化することが重要であるとフレンケル氏は言う。 フラエンケル氏は、さまざまな種類のがんの違いを理解することがいかにしてより良い治療法につながったかに言及し、ALSはそれほど分類も理解もされていないと指摘した。

「サブタイピングはまさにこの分野で必要なものになるでしょう」と彼は言います。 「ALS患者の80パーセント以上の予後は、20年前、あるいは100年前と比べてそれほど変わっていません。」

フレンケル氏が高校生の頃、物理学者の研究室で生物学を学ぶことに魅了されたのと同じように、MIT では異なる分野が容易に連携できるところが気に入っていると彼は言います。

「MIT の他の部門の同僚に連絡を取ると、彼らは自分の専門分野以外の人の意見を聞いても驚かないのです」とフレンケル氏は言います。 「私たちは、困難な問題の解決に重点を置く、目標志向の機関です。」