科学・社会論文を雑多/大量に調査する為、定期的に、さっくり表面がわかる形で網羅的に配信します。今回もマニアックなSCIENCEです。

さらっと眺めると、事業・研究のヒントにつながるかも。
世界の先端はこんな研究してるのかと認識するだけでも、
ついつい狭くなる視野を広げてくれます。

一口コメント

Apoptotic cell identity induces distinct functional responses to IL-4 in efferocytic macrophages
アポトーシス細胞のアイデンティティが貪食マクロファージのIL-4に対する機能的応答を誘導する
「マクロファージは、感染時や恒常性の維持において、組織内の死にゆく細胞を貪食し、除去することが知られています。この研究では、マクロファージが貪食したアポトーシス細胞の由来によって、インターロイキン-4（IL-4）に対する遺伝子発現プログラムが異なることを明らかにしました。同様の遺伝子発現プログラムが、住血吸虫に感染したマウスの肝臓から単離されたマクロファージでも検出されました。アポトーシス好中球の貪食は、2つの貪食受容体に依存しており、マクロファージの組織リモデリングプロファイルを増強しました。in vitroでIL-4とアポトーシス好中球の両方で調整されたマクロファージをマウスに移入すると、住血吸虫感染に対する防御効果が認められました。この研究は、アポトーシス細胞の由来がマクロファージの機能的多様性に寄与する可能性を示唆しています。」

Removal of Pseudomonas type IV pili by a small RNA virus
緑膿菌のIV型線毛を除去する小さなRNAウイルス
「緑膿菌（P. aeruginosa）は、IV型線毛を含む複数の病原性因子を持つ日和見病原性細菌です。この研究では、PP7と呼ばれる緑膿菌ファージが、Matと呼ばれるウイルスタンパク質を介して、細菌の線毛に付着することで宿主細胞に感染することを発見しました。線毛が収縮し、ファージを細菌細胞表面に引き寄せます。ウイルスが細胞に侵入する時点で、線毛は曲がり、切断されるため、細菌自身の宿主への感染能力が低下します。この研究は、RNAファージと線毛の相互作用が、細菌の病原性を制御する新しい方法を提供する可能性を示唆しています。」

Dynamics of magnetization at infinite temperature in a Heisenberg spin chain
ハイゼンベルグスピン鎖における無限温度での磁化のダイナミクス
「私たちの身の回りにある物質は、非常に多くの粒子から成り立っています。これらの粒子が集団としてどのように振る舞うかを理解することは、物理学の大きな課題の一つです。この研究では、超伝導量子ビットを用いて、スピンという粒子の性質に着目し、その集団的なダイナミクスを調べました。その結果、従来の理論では説明できない新しい現象を発見し、量子多体系の普遍的な振る舞いの理解に重要な一歩を踏み出しました。」

Lifelong persistence of nuclear RNAs in the mouse brain
マウス脳における核内RNAの生涯にわたる持続
「マウスの脳内には、生後発生期に生成された特定の核内RNAが、少なくとも2年間にわたって分解されずに安定的に存在していることが明らかになりました。これらの長寿命RNAは、神経細胞の種類に特異的に核内に保持され、ヘテロクロマチンの維持に必要不可欠であることが示されました。神経細胞の寿命は、遺伝情報を保存するDNAの分子的な長寿命だけでなく、クロマチンの機能的な構造を維持するRNAの極端な安定性にも依存している可能性があります。この発見は、RNAが短命な遺伝情報の媒介物質であるという従来の考え方を覆すものであり、脳の生涯にわたる機能維持と加齢に伴う衰退のメカニズムを理解する上で重要な手がかりになると考えられます。」

Molecularly thin, two-dimensional all-organic perovskites
分子レベルで薄い、二次元の完全有機ペロブスカイト
「ペロブスカイトは、通常金属を含む結晶構造を持つ材料ですが、この研究では金属を一切使わない完全有機のペロブスカイトを合成することに成功しました。さらに、この材料を二次元の薄い層状構造にすることにも成功し、新しい可能性を開拓しました。これらの材料は、ファンデルワールス力によって層間が結合され、単層まで剥離することができます。また、高い誘電率を示すため、トランジスタのゲート誘電体としての応用が期待されます。」

要約

アポトーシス細胞の由来が貪食マクロファージのIL-4に対する応答を決定づける

この研究では、マクロファージが貪食したアポトーシス細胞の由来によって、IL-4に対する遺伝子発現プログラムが異なることを明らかにしました。アポトーシス好中球の貪食は、2つの貪食受容体に依存しており、マクロファージの組織リモデリングプロファイルを増強しました。in vitroでIL-4とアポトーシス好中球の両方で調整されたマクロファージをマウスに移入すると、住血吸虫感染に対する防御効果が認められました。この研究は、アポトーシス細胞の由来がマクロファージの機能的多様性に寄与する可能性を示唆しています。

事前情報
マクロファージは、局所の組織シグナルに基づいて特定のシグネチャーと機能を獲得します。各組織内で、マクロファージは恒常性を維持するために除去する必要のある多種多様な死にゆく細胞に常にさらされています。これまで、異なる細胞系譜がアポトーシスを起こし、周囲の環境に多様なシグナルを与える可能性があるという事実は見過ごされてきました。具体的には、異なる細胞系譜に由来するアポトーシス細胞の感知が、マクロファージの活性化に異なる影響を与え、マクロファージの機能的多様性に寄与するかどうかはまだ明らかではありません。

行ったこと
研究チームは、IL-4が豊富な環境下でin vitroで異なる細胞集団に由来するアポトーシス細胞に曝された骨髄由来マクロファージの転写産物と表現型の特性を解析しました。これらの結果を用いて、異なる細胞アイデンティティのアポトーシス細胞を貪食する骨髄性細胞のシグネチャーを生成し、住血吸虫に感染したマウスから単離された肝臓の骨髄性細胞の特性をプロファイリングしました。さらに、特定の集団のアポトーシス細胞の取り込みに優先的に関与する貪食受容体を決定し、住血吸虫感染の転帰に与える影響を評価するために、in vitroとin vivoのアプローチを組み合わせて使用しました。

検証方法
研究チームは、in vitroでIL-4が豊富な環境下で、異なる細胞集団に由来するアポトーシス細胞に曝された骨髄由来マクロファージの転写産物と表現型の特性を解析しました。これらの結果を用いて、異なる細胞アイデンティティのアポトーシス細胞を貪食する骨髄性細胞のシグネチャーを生成し、住血吸虫に感染したマウスから単離された肝臓の骨髄性細胞の特性をプロファイリングしました。さらに、特定の集団のアポトーシス細胞の取り込みに優先的に関与する貪食受容体を決定し、住血吸虫感染の転帰に与える影響を評価するために、in vitroとin vivoのアプローチを組み合わせて使用しました。

分かったこと
IL-4が誘導するマクロファージのシグネチャーは、感知されたアポトーシス細胞の由来によって異なることが明らかになりました。アポトーシス好中球の取り込みは、マクロファージの組織リモデリングプロファイルを誘導し、アポトーシス肝細胞の感知は免疫抑制性、または寛容性の表現型を促進しました。アポトーシス胸腺細胞の貪食は、IL-4に対するマクロファージの応答をわずかにしか変化させませんでした。これらの異なるシグネチャーは、住血吸虫に感染したマウスから単離された肝臓の骨髄性細胞でも同定されました。アポトーシス好中球への曝露によってin vitroで再プログラムされたマクロファージを養子移入すると、住血吸虫感染の転帰が改善されました。アポトーシス好中球とT細胞の取り込みに必要な貪食受容体AXLとMERTKは、住血吸虫感染に対する宿主応答を制御し、全体として寄生虫卵の排除に寄与していました。

この研究の面白く独創的なところ
この研究は、貪食されたアポトーシス細胞の細胞アイデンティティがマクロファージの遺伝子発現と機能に寄与することを明らかにした点が独創的です。これは、組織環境内のアポトーシス細胞の由来が、マクロファージの機能的多様性のさらなる引き金として機能する可能性があることを強調しています。また、選択的なマクロファージの摂食が、マクロファージベースの細胞療法の有効性を高めるアプローチとしての可能性を示唆している点も面白いです。

この研究のアプリケーション
この研究は、マクロファージの機能的多様性を理解するための新しい視点を提供しています。アポトーシス細胞の由来に基づいてマクロファージを選択的に摂食させることで、マクロファージベースの細胞療法の有効性を高められる可能性があります。また、貪食受容体AXLとMERTKが住血吸虫感染に対する宿主応答を制御していることから、これらの受容体を標的とした治療法の開発にもつながる可能性があります。

著者
Imke Liebold, Amirah Al Jawazneh, Christian Casar, Clarissa Lanzloth, Stephanie Leyk, Madeleine Hamley, Milagros N. Wong, Dominik Kylies, Stefanie K. Gräfe, Ilka Edenhofer, Irene Aranda-Pardos, Marie Kriwet, Helmuth Haas, Jenny Krause, Alexandros Hadjilaou, Andra B. Schromm, Ulricke Richardt, Petra Eggert, Dennis Tappe, Sören A. Weidemann, Sourav Ghosh, Christian F. Krebs, Noelia A-Gonzalez, Anna Worthmann, Ansgar W. Lohse, Samuel Huber, Carla V. Rothlin, Victor G. Puelles, Thomas Jacobs, Nicola Gagliani, and Lidia Bosurgi

詳しい解説
この研究では、マクロファージが貪食したアポトーシス細胞の由来によって、IL-4に対する遺伝子発現プログラムが異なることを明らかにしました。マクロファージは、感染時や恒常性の維持において、組織内の死にゆく細胞を貪食し、除去することが知られています。しかし、これまで、異なる細胞系譜がアポトーシスを起こし、周囲の環境に多様なシグナルを与える可能性があるという事実は見過ごされてきました。
研究チームは、IL-4が豊富な環境下でin vitroで異なる細胞集団に由来するアポトーシス細胞に曝された骨髄由来マクロファージの転写産物と表現型の特性を解析しました。その結果、IL-4が誘導するマクロファージのシグネチャーは、感知されたアポトーシス細胞の由来によって異なることが明らかになりました。具体的には、アポトーシス好中球の取り込みは、マクロファージの組織リモデリングプロファイルを誘導し、アポトーシス肝細胞の感知は免疫抑制性、または寛容性の表現型を促進しました。一方、アポトーシス胸腺細胞の貪食は、IL-4に対するマクロファージの応答をわずかにしか変化させませんでした。
これらの異なるシグネチャーは、住血吸虫に感染したマウスから単離された肝臓の骨髄性細胞でも同定されました。さらに、アポトーシス好中球への曝露によってin vitroで再プログラムされたマクロファージを養子移入すると、住血吸虫感染の転帰が改善されました。この結果は、アポトーシス細胞の由来に基づいてマクロファージを選択的に摂食させることで、マクロファージベースの細胞療法の有効性を高められる可能性を示唆しています。
また、研究チームは、特定の集団のアポトーシス細胞の取り込みに優先的に関与する貪食受容体を同定しました。貪食受容体AXLとMERTKは、アポトーシス好中球とT細胞の取り込みに必要でしたが、アポトーシス肝細胞の貪食には寄与しませんでした。そして、AXLとMERTKを介したシグナル伝達は、住血吸虫感染に対する宿主応答を制御し、全体として寄生虫卵の排除に寄与していました。
以上のように、この研究は、貪食されたアポトーシス細胞の細胞アイデンティティがマクロファージの遺伝子発現と機能に寄与することを明らかにした点が独創的です。これは、組織環境内のアポトーシス細胞の由来が、マクロファージの機能的多様性のさらなる引き金として機能する可能性があることを強調しています。また、選択的なマクロファージの摂食が、マクロファージベースの細胞療法の有効性を高めるアプローチとしての可能性を示唆している点も面白いです。
この研究は、マクロファージの機能的多様性を理解するための新しい視点を提供しています。アポトーシス細胞の由来に基づいてマクロファージを選択的に摂食させることで、マクロファージベースの細胞療法の有効性を高められる可能性があります。また、貪食受容体AXLとMERTKが住血吸虫感染に対する宿主応答を制御していることから、これらの受容体を標的とした治療法の開発にもつながる可能性があります。今後、アポトーシス細胞の由来がマクロファージの機能的多様性に与える影響について、さらなる研究が進むことが期待されます。

小さなRNAウイルスによるPseudomonas属細菌のIV型線毛の除去

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0635

この研究では、PP7と呼ばれる緑膿菌ファージが、Matと呼ばれるウイルスタンパク質を介して、細菌の線毛に付着することで宿主細胞に感染することを発見しました。線毛が収縮し、ファージを細菌細胞表面に引き寄せます。ウイルスが細胞に侵入する時点で、線毛は曲がり、切断されるため、細菌自身の宿主への感染能力が低下します。蛍光顕微鏡、クライオ電子顕微鏡、変異誘発、光学トラップ、ランジュバン動力学シミュレーションを用いて、PP7、IV型線毛、およびPP7/IV型線毛複合体の構造を解明し、線毛の切断が、ファージの成熟タンパク質とその結合線毛の親和性、線毛の収縮力と速度、および線毛の曲げによって駆動されることを示しました。

事前情報
細菌の収縮性線毛は、DNA・タンパク質の転移、運動性、接着、表面感知、バイオフィルム形成、病原性など、多くの生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしています。一本鎖RNA（ssRNA）バクテリオファージ（ファージ）は、これらの収縮性線毛を特異的に標的とする小さなウイルスです。ssRNAファージは、Mat、Coat、Rep、Sglの4つのタンパク質をコードしており、Matはファージの成熟と線毛認識に重要です。しかし、ssRNAファージが最初に発見されてから60年以上経った現在でも、Mat-線毛相互作用を利用して宿主細胞に侵入する方法は謎のままでした。

行ったこと
研究チームは、蛍光顕微鏡を用いて、PP7感染中のPAO1 IV型線毛の切断を観察しました。さらに、クライオ電子顕微鏡、変異誘発、光学トラップ、ランジュバン動力学シミュレーションを用いて、PP7、IV型線毛、およびPP7/IV型線毛複合体の構造を解明し、線毛の切断メカニズムを調べました。

検証方法
研究チームは、蛍光顕微鏡を用いて、PP7感染中のPAO1 IV型線毛の切断を観察しました。さらに、クライオ電子顕微鏡、変異誘発、光学トラップ、ランジュバン動力学シミュレーションを用いて、PP7、IV型線毛、およびPP7/IV型線毛複合体の構造を解明し、線毛の切断メカニズムを調べました。

分かったこと
PP7感染により、IV型線毛が切断され、細胞の運動性が損なわれることが観察されました。PP7、IV型線毛、およびPP7/IV型線毛複合体の構造解析から、PP7はMatタンパク質を介して単一の線毛サブユニットと相互作用することで線毛に結合することが明らかになりました。線毛の切断は、ファージMatとその結合線毛の親和性、線毛の収縮力と速度、および線毛の曲げによって影響を受けることが分かりました。線毛の切断は、他のssRNAファージと収縮性線毛システムにおいても広く見られる可能性があります。

この研究の面白く独創的なところ
この研究は、ssRNAファージが細菌の線毛を切断できることを発見し、その分子メカニズムを明らかにした点が独創的です。また、線毛の切断が、ファージの成熟タンパク質とその結合線毛の親和性、線毛の収縮力と速度、および線毛の曲げによって駆動されることを示した点が面白いです。この知見は、他のssRNAファージと収縮性線毛システムにも適用できる可能性があります。

この研究のアプリケーション
この研究は、細菌の病原性を制御する新しい方法を提供する可能性を示唆しています。線毛の切断は、細菌の運動性を損なうため、感染の拡大を防ぐための抗菌戦略として利用できるかもしれません。また、この研究は、他のファージやウイルスシステムを調査するためのベンチマークとしても役立つ可能性があります。

著者
Jirapat Thongchol, Zihao Yu, Laith Harb, Yiruo Lin, Matthias Koch, Matthew Theodore, Utkarsh Narsaria, Joshua Shaevitz, Zemer Gitai, Yinghao Wu, Junjie Zhang, and Lanying Zeng

詳しい解説
この研究では、PP7と呼ばれる緑膿菌ファージが、Matと呼ばれるウイルスタンパク質を介して、細菌のIV型線毛に付着することで宿主細胞に感染することを発見しました。IV型線毛は、緑膿菌の重要な病原性因子であり、運動性に関与しています。PP7がIV型線毛を利用して細胞に侵入する仕組みを解明することは、ファージと細菌の相互作用やファージの生物学の基本的な側面を明らかにし、抗菌戦略への道を開く可能性があります。
研究チームは、蛍光顕微鏡を用いて、PP7感染中のPAO1 IV型線毛の切断を観察しました。興味深いことに、ウイルスRNAが細胞内に侵入できない紫外線（UV）不活化PP7（UV-PP7）による線毛の切断は、野生型（WT）PP7のそれと同様でした。このことは、線毛の切断がPP7の細胞内複製とは無関係に、PP7の侵入時に細胞膜で起こることを示しています。線毛の切断に伴い、WT PP7とUV-PP7の両方の処理が線毛のダイナミクスを阻害し、この複合効果により細胞のひょろひょろ運動が大幅に低下しました。
単粒子クライオ電子顕微鏡で解明されたPP7成熟ウイルス粒子は、2つのMatタンパク質がヘテロ二量体を形成しています。一方のMatは線毛との相互作用のために露出しており、もう一方のMatはカプシド内に完全に内在化されています。このPP7成熟ウイルス粒子の構造は、大腸菌ファージMS2やQβなどの単一Matの構造とは大きく異なり、成熟ssRNAファージの構造に関する従来の理解に挑戦するものです。ファージの侵入メカニズムを詳しく調べるために、IV型線毛とPP7/IV型線毛複合体の構造を決定したところ、PP7はMatのPilus-Interacting Region（PIR）を介して単一の線毛サブユニットと相互作用することで線毛に結合することが明らかになりました。
宿主の収縮ATPaseと線毛の様々な変異体を調べることで、線毛の切断が、線毛の収縮力と速度、およびファージMatとその結合線毛の親和性に影響されることが分かりました。さらなる力学的考察から、線毛曲げ仮説が導き出され、ファージ侵入過程におけるIV型線毛に結合したMatのランジュバン動力学シミュレーションによって実証されました。
以上のように、この研究は、ssRNAファージが細菌の線毛を切断できることを発見し、その分子メカニズムを明らかにしました。線毛の切断は、他のssRNAファージと収縮性線毛システムにおいても広く見られる可能性があります。最近の環境サンプルのバイオインフォマティクス研究では、数千のssRNAファージゲノムが同定されており、これらのメカニズム解析が待たれています。この研究は、他の生物のファージやウイルスシステムを調査するためのベンチマークとしても役立つ可能性があります。

量子多体系における普遍的なダイナミクスの理解に向けた重要な一歩

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi7877

この研究では、46個の超伝導量子ビットを用いて、一次元ハイゼンベルグモデルにおけるスピンダイナミクスを調べました。鎖の中心を横切って転送される磁化の確率分布を解析した結果、その平均と分散がKardar-Parisi-Zhang (KPZ) 普遍性クラスの予測にしたがって超拡散的に振る舞うことが示されました。しかし、高次のモーメントを調べたところ、KPZ予想とは異なる結果が得られ、他の理論の評価を可能にしました。これらの結果は、動的な普遍性クラスを決定する上で高次のモーメントを調べることの重要性を浮き彫りにし、量子系における普遍的な振る舞いへの洞察を提供しています。

事前情報
非常に異なる多体系でも、低温では同じ「普遍性クラス」に属すると似たような振る舞いを示すことがよく知られています。しかし、有限温度でのダイナミクスは、理論的にも実験的にも扱うのが難しい問題です。

行ったこと
研究チームは、46個の超伝導量子ビットからなる鎖を用いて、一次元ハイゼンベルグモデルのスピンダイナミクスを調べました。具体的には、鎖の中心を横切って転送される磁化Δmの確率分布を解析しました。

検証方法
Δmの平均と分散、さらに高次のモーメント（3次と4次）を調べることで、スピンダイナミクスの普遍的な振る舞いを検証しました。

分かったこと
Δmの平均と分散は、KPZ普遍性クラスの予測にしたがって超拡散的に振る舞うことが示されました。しかし、高次のモーメントを調べたところ、KPZ予想とは異なる結果が得られ、他の理論の評価を可能にしました。

この研究の面白く独創的なところ
この研究は、超伝導量子ビットを用いて、量子多体系のダイナミクスを実験的に調べた点で独創的です。また、高次のモーメントを調べることで、従来の理論では説明できない新しい現象を発見した点が面白いと言えます。

この研究のアプリケーション
この研究は、量子多体系における普遍的なダイナミクスの理解に重要な知見を提供しています。これは、新しい量子材料の設計や、量子コンピュータの開発など、様々な応用につながる可能性があります。

著者
E.Rosenberg, T. I. Andersen, R. Samajdar, A. Petukhov, J. C. Hoke, D. Abanin, A. Bengtsson, I. K. Drozdov, C. Erickson, [...], P. Roushanら171名

詳しい解説
物質を構成する粒子は、量子力学の法則に従って集団的に振る舞います。この集団的な振る舞いは、多体系と呼ばれ、物理学の重要な研究対象の一つです。特に、スピンと呼ばれる粒子の性質に着目したハイゼンベルグモデルは、量子磁性体の基本的なモデルとして知られています。
この研究では、46個の超伝導量子ビットを用いて、一次元ハイゼンベルグモデルにおけるスピンダイナミクスを調べました。量子ビットは、量子力学の法則に従う人工的な二準位系で、量子コンピュータの基本的な構成要素でもあります。研究チームは、これらの量子ビットを一次元に配列し、ハイゼンベルグモデルを模擬しました。
実験では、鎖の中心を横切って転送される磁化Δmの確率分布を解析しました。統計物理学の理論によると、Δmの平均と分散は、KPZ（Kardar-Parisi-Zhang）と呼ばれる普遍性クラスに属し、超拡散的に振る舞うことが予測されていました。実験結果は、この予測を支持するものでした。
しかし、研究チームは、さらに高次のモーメント（3次と4次）を調べることで、KPZ予想とは異なる結果を得ました。この結果は、KPZ理論だけでは説明できない新しい現象の存在を示唆しています。また、他の理論との比較を可能にし、量子多体系のダイナミクスに関する理解を深める重要な手がかりを提供しました。
この研究は、超伝導量子ビットを用いた量子シミュレーションという新しい実験手法を用いて、量子多体系のダイナミクスに迫った点で独創的です。また、高次のモーメントを調べることで、従来の理論では説明できない新しい現象を発見した点が特に面白いと言えます。
これらの結果は、量子多体系における普遍的なダイナミクスの理解に重要な一歩を踏み出すものです。今後、この研究で得られた知見が、新しい量子材料の設計や、量子コンピュータの開発など、様々な分野に応用されることが期待されます。

マウス脳内の驚くほど長寿命の核内RNA

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf3481

RNAは一般的に遺伝情報の短命な媒介物質と考えられていますが、Zocher et al.は、哺乳類の脳内の一部の細胞において、生後発生期に生成された特定の核内RNAが数年間にわたって分解されずに存在していることを発見しました。また、これらの長寿命RNAがゲノムの完全性と細胞の可塑性の維持に重要な役割を果たしていることも明らかにしました。

事前情報

• RNAは一般的に遺伝情報の短命な媒介物質と考えられている。

• 哺乳類の神経細胞の核内DNAは、生物自身と同じくらい古いものである。

• 成体哺乳類は神経細胞を置換する能力が限られている。

行ったこと

• マウス脳内の核内RNAの寿命を調査した。

• 長寿命RNAの特性と機能を解析した。

検証方法

• マウス脳内の核内RNAの安定性を経時的に解析した。

• 長寿命RNAの細胞種特異性と核内局在を調べた。

• 長寿命RNAのヘテロクロマチン維持における役割を検証した。

分かったこと

• マウス脳内には、生後発生期に生成された特定の核内RNAが少なくとも2年間にわたって分解されずに存在している。

• これらの長寿命RNAは神経細胞の種類に特異的に核内に保持されている。

• 長寿命RNAはヘテロクロマチンの維持に必要不可欠である。

この研究の面白く独創的なところ
従来、RNAは短命な遺伝情報の媒介物質と考えられてきましたが、この研究は、哺乳類の脳内には数年間にわたって安定的に存在する核内RNAが存在することを明らかにしました。この発見は、RNAの寿命と機能に関する従来の概念を覆すものであり、脳の生涯にわたる機能維持と加齢に伴う変化のメカニズムを理解する上で重要な手がかりになると考えられます。

この研究のアプリケーション
この研究成果は、脳の加齢に伴う変化や神経変性疾患のメカニズムの解明に役立つと考えられます。長寿命RNAの機能を理解することで、神経細胞の寿命や可塑性を制御する新たな手法の開発につながる可能性があります。また、長寿命RNAをバイオマーカーとして活用することで、脳の加齢や疾患の早期診断や治療戦略の開発に貢献することが期待されます。

著者と所属
Sara Zocher, Asako McCloskey, Anne Karasinsky, Roberta Schulte, Ulrike Friedrich, Mathias Lesche, Nicole Rund, Fred H. Gage, Martin W. Hetzer, Tomohisa Toda 所属: Salk Institute for Biological Studies, La Jolla, CA, USA

詳しい解説
この研究では、マウスの脳内において、生後発生期に生成された特定の核内RNAが、少なくとも2年間にわたって分解されずに安定的に存在していることが明らかになりました。これらの長寿命RNAは、神経細胞の種類に特異的に核内に保持され、ヘテロクロマチンの維持に必要不可欠であることが示されました。
従来、RNAは遺伝情報の短命な媒介物質と考えられてきました。しかし、この研究結果は、一部の核内RNAが極めて安定的で長寿命であることを示しています。これは、RNAの寿命と機能に関する従来の概念を覆す発見であり、脳の生涯にわたる機能維持と加齢に伴う変化のメカニズムを理解する上で重要な手がかりになると考えられます。
研究チームは、マウス脳内の核内RNAの安定性を経時的に解析し、生後発生期に生成された特定のRNAが少なくとも2年間にわたって分解されずに存在していることを確認しました。さらに、これらの長寿命RNAが神経細胞の種類に特異的に核内に保持されていることも明らかにしました。
次に、長寿命RNAの機能を調べるために、ヘテロクロマチンの維持における役割を検証しました。その結果、長寿命RNAがヘテロクロマチンの構造維持に必要不可欠であることが示されました。これは、長寿命RNAがゲノムの安定性と遺伝子発現の制御に重要な役割を果たしていることを示唆しています。
この研究成果は、神経細胞の寿命が、遺伝情報を保存するDNAの分子的な長寿命だけでなく、クロマチンの機能的な構造を維持するRNAの極端な安定性にも依存している可能性を示しています。長寿命RNAの存在は、成体哺乳類が神経細胞を置換する能力が限られているにもかかわらず、脳が生涯にわたって機能を維持できるメカニズムの一端を説明するものかもしれません。
一方で、長寿命RNAの蓄積は、加齢に伴う脳の機能低下にも関与している可能性があります。加齢とともに、長寿命RNAの機能が低下したり、異常な蓄積が起こったりすることで、クロマチン構造や遺伝子発現の制御に悪影響を及ぼす可能性があります。
今後、長寿命RNAの詳細な機能解析や、加齢や神経変性疾患における役割の解明が進むことで、脳の生涯にわたる機能維持と加齢に伴う変化のメカニズムの理解が深まることが期待されます。また、長寿命RNAを標的とした新たな診断法や治療法の開発にもつながる可能性があります。

分子レベルで薄い、二次元の完全有機ペロブスカイトの合成に成功

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk8912

この研究では、金属を含まない完全有機の二次元ペロブスカイトの合成に成功しました。この材料は、Choi-Loh van der Waals phase (CL-v phase)と名付けられ、化学式はA2B2X4（Aは大きなカチオン、Bは小さなカチオン、Xはアニオン）で表されます。CL-v phaseは、層間の水素結合によってファンデルワールスギャップを形成し、単層まで剥離することができます。また、薄膜トランジスタのゲート誘電体としての応用が示されました。

事前情報
・ペロブスカイトは通常、金属を含む結晶構造を持つ材料である。
・三次元の完全有機ペロブスカイトは最近報告されているが、二次元の完全有機ペロブスカイトの合成と応用はほとんど探索されていない。

行ったこと
・金属を含まない二次元の完全有機ペロブスカイトの合成に成功した。
・この材料をChoi-Loh van der Waals phase (CL-v phase)と名付けた。
・CL-v phaseの化学式はA2B2X4（Aは大きなカチオン、Bは小さなカチオン、Xはアニオン）で表される。
・CL-v phaseの層間にファンデルワールスギャップを形成し、単層まで剥離することに成功した。
・CL-v phaseの誘電率を測定し、薄膜トランジスタのゲート誘電体としての応用を示した。

検証方法
・X線回折、原子間力顕微鏡、透過型電子顕微鏡などを用いて、CL-v phaseの結晶構造と層状構造を確認した。
・CL-v phaseの誘電率を測定し、4.8から5.5の範囲であることを明らかにした。
・CL-v phaseを薄膜トランジスタのゲート誘電体として用いて、その性能を評価した。

分かったこと
・金属を含まない二次元の完全有機ペロブスカイトの合成に成功した。
・CL-v phaseは、層間の水素結合によってファンデルワールスギャップを形成し、単層まで剥離することができる。
・CL-v phaseは高い誘電率を示し、薄膜トランジスタのゲート誘電体としての応用が期待される。

この研究の面白く独創的なところ
・金属を一切使わない完全有機のペロブスカイトを合成した点が独創的である。
・二次元の層状構造を持つ完全有機ペロブスカイトの合成に初めて成功した点が面白い。
・層間の水素結合によってファンデルワールスギャップを形成し、単層まで剥離できる点が興味深い。

この研究のアプリケーション
・CL-v phaseは高い誘電率を示すため、薄膜トランジスタのゲート誘電体としての応用が期待される。
・二次元の完全有機ペロブスカイトは、柔軟性や透明性を要求されるデバイスへの応用が考えられる。
・CL-v phaseの層状構造と剥離可能性を活かした、新しい有機エレクトロニクスデバイスの開発が期待される。

著者
Hwa Seob Choi, Jun Lin, Gang Wang, Walter P. D. Wong, In-Hyeok Park, Fang Lin, Jun Yin, Kai Leng, Junhao Lin, Kian Ping Loh

詳しい解説
ペロブスカイトは、一般的にABX3の化学式で表される結晶構造を持つ材料で、通常は金属元素を含んでいます。最近、金属を含まない完全有機のペロブスカイトが報告されていますが、それらは主に三次元構造に限られており、二次元の完全有機ペロブスカイトの合成と応用はほとんど探索されていませんでした。
この研究では、金属を一切使わない二次元の完全有機ペロブスカイトの合成に成功しました。この材料は、Choi-Loh van der Waals phase (CL-v phase)と名付けられ、化学式はA2B2X4（Aは大きなカチオン、Bは小さなカチオン、Xはアニオン）で表されます。CL-v phaseは、層状構造を持ち、層間には水素結合によってファンデルワールスギャップが形成されています。この構造により、CL-v phaseは機械的な剥離によって単層まで剥がすことができます。
研究チームは、X線回折、原子間力顕微鏡、透過型電子顕微鏡などの手法を用いて、CL-v phaseの結晶構造と層状構造を詳細に解析しました。また、CL-v phaseの誘電率を測定したところ、4.8から5.5の範囲であることが明らかになりました。この高い誘電率を活かして、CL-v phaseを薄膜トランジスタのゲート誘電体として応用することを提案し、実際にデバイスを作製して性能を評価しました。
この研究の独創的な点は、金属を一切使わない完全有機のペロブスカイトを合成したことと、二次元の層状構造を持つ完全有機ペロブスカイトの合成に初めて成功したことです。また、層間の水素結合によってファンデルワールスギャップを形成し、単層まで剥離できる点も非常に興味深いです。
CL-v phaseの高い誘電率を活かした薄膜トランジスタのゲート誘電体としての応用が期待されるだけでなく、二次元の完全有機ペロブスカイトは、柔軟性や透明性を要求されるデバイスへの応用も考えられます。さらに、CL-v phaseの層状構造と剥離可能性を活かした、新しい有機エレクトロニクスデバイスの開発も期待されます。
この研究は、完全有機ペロブスカイトの新しい可能性を切り開くものであり、今後の材料科学や有機エレクトロニクスの分野に大きな影響を与えるものと考えられます。

最後に
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