「ヒト細胞アトラス」プロジェクトの国際コンソーシアムを率いるメンバーのひとりである計量生物学者のアヴィヴ・レゲヴ。PHOTOGRAPH BY CASEY ATKINS

アヴィヴ・レゲヴは尋常でなく早口だ。その話しぶりは、まるで未知の世界を超能力のような力で目の当たりにして、それを相手にもいますぐ見せたくてたまらないかのようだ。

計量生物学者である彼女は、世界各国から460人の科学者が参加した9月のサンフランシスコでの会合で、自身の研究結果を矢継ぎ早に聴衆にまくしたてた。彼女が所属しているのは、マサチューセッツ工科大学（MIT）とハーヴァード大学が共同運営するブロード研究所である。そこで彼女は、ヒトがいったい何でできているのか、何がヒトの命取りになるのかを、強力な新ツールを使って解明にあたるパイオニアなのだ。

「疾病リスク遺伝子はどこではたらくのでしょう？」と、彼女は聴衆に問いかける。「分子レヴェルのコミュニケーションのうち、どれが阻害されるのでしょう？ どの細胞プログラムが書き換えられているのでしょう？ わたしたちはいまや、こうした次世代の問いかけができるようになりました」

人間の本質を解き明かすプロジェクト

レゲヴのような科学者たちは何世紀も前から、人間の本質を解き明かす鍵は生命の基本的な構成要素、すなわち細胞の中にあることを知っていた。17世紀、ロバート・フックが顕微鏡下のコルクの薄片を覗きこみ、「連結した無数の小さな箱」を観察したときから、細胞は科学者を魅了し続けてきたのだ。

フックはレンズを通して観察した構造を、修道院の客間にたとえた。だが、個々の細胞のなかの仕組みを隅々まで調べ上げられるテクノロジーが登場したのは、ほんの数年前のことだ。これらの技術を利用して、科学者たちはいままさに、生物学の歴史のなかでも屈指の野心的な取り組みに着手したところである。

「ヒト細胞アトラス」と呼ばれるこのプロジェクトの目標は、人体を構成する推定37兆個の細胞すべてを網羅するカタログを作成することにある。この国際コンソーシアムを率いるのはレゲヴと、英国のウェルカム・トラスト・サンガー研究所の細胞遺伝学部門主任であるサラ・タイクマンだ。

その目的は、単に細胞のタイプを羅列した長大なリストをつくることではない。一つひとつの細胞の中で活性化している遺伝子を解読し、異なるタイプの細胞が体のどこに存在するかを特定し、細胞間の分子のやりとりを解明することである。プロジェクトに参加する研究者たちは、史上最も包括的なヒトの生物学的地図を描きだそうとしているのだ。

うまくいけばこの地図は、細胞がどうやって組織化するのか、また細胞間コミュニケーションの方法、細胞がどのように機能不全に陥るかといった情報を相互に結びつけるようになる。こうしたリソースは、ヒトの疾病を解明・治療するうえで、計り知れない価値をもつはずだ。

途方もない規模の研究

いったいどのくらいの規模なのだろうか？ 9月末の会合で明らかになったのはその一端にすぎず、途方もない規模であるのは確かだ。

このプロジェクトのスポンサーは、チャン・ザッカーバーグ・バイオハブ（Chan Zackerberg Biohub）。フェイスブック創業者のマーク・ザッカーバーグとその妻が資金を提供する慈善団体のチャン・ザッカーバーグ・イニシアチヴ（Chan Zackerberg Initiative）の支援を受け、2年前に設立された生物医療研究センターである。

バイオハブの共同プレジデントを務めるスティーヴン・クエイクは、ヒト細胞アトラスのオーガナイザーでもある。クエイクは、プロジェクト創設メンバーたちを次々にステージにあげ、彼らの最新の研究成果について紹介した。

アレン脳科学研究所の神経科学者エド・レインが説明したのは、自身がこの2年間行ってきた、ヒトの脳のごく小さな領域に存在するすべての細胞を分類した成果だ。同研究所は、マイクロソフト共同創業者のひとりである故ポール・アレンが設立した。

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これらの細胞内で活性化している遺伝子のシークエンシングを行うことで、彼のチームはすでに80種のニューロンを発見した。そのなかには、ヒトの脳だけに見られるニューロン［日本語版記事］に関する、まったく新しい発見もあった。

「われわれが発見したのは、基本的にどれも、これまでになかったものです」と、レインは言う。しかもこれは、脳のごく一部だけを見た結果にすぎない。これらのニューロンが、ほかの組織とどのようなネットワークを構成しているかを解明するには、多数のラボによる共同研究が不可欠だ。

「あまりに大きな課題なので、大勢の共同作業で進めるしかありません」。ヒト細胞アトラスの脳ワーキンググループのメンバーであるレインは2017年、『WIRED』US版のインタヴューで自身の役割を問われ、こう答えている。

生物学を変革し始めた研究結果

プロジェクトメンバーのなかで見ると、レインは一点集中で深掘りしていくタイプだ。一方、スウェーデンにあるカロリンスカ研究所のステン・リンナルソンは、広く浅くのアプローチをとっている。

彼の研究室では、遺伝子発現量を継時的に測定する技術を用いて、発達中の組織のなかで細胞がどのくらいの速さで新たな特性を獲得するのかを研究している。数時間おきに細胞のスナップショットを撮影し、遺伝子発現パターンの変化を記録することで、その細胞が将来どんな機能を担うのかを予測できるのだ。

これまでのリンナルソンの研究の多くはマウスが対象だが、レインら共同研究者がヒトの脳のデータを積み重ねていけば、リンナルソンも自身のアイデアをヒトに応用できるようになるだろう。「いずれはヒトの脳細胞の発達経路を、巨大な樹形図として描き出せるでしょう」と、リンナルソンは言う。

こうした研究結果はすでに、生物学を変革し始めている。だが、ヒト細胞アトラスは、医学にとっても革命的だ。そのことを最も端的に表しているのは、おそらくレゲヴの研究だろう。

レゲヴとマサチューセッツ総合病院の共同研究者たちは、先日『Nature』誌に掲載された2本の論文で、新たに発見した珍しいタイプの肺細胞について述べている。この細胞は、淡水魚のエラやカエルの皮膚にみられる、浸透圧調整機能をもつ細胞に似ている。

また、この細胞で発現量の多いCTFR遺伝子に特定の変異が起きると、嚢胞性線維症の原因になる。現在の通説では、ありふれたタイプの細胞における疾患遺伝子の発現が、この病気を引き起こすとされている。しかしレゲヴは現在、今回発見された細胞が嚢胞性線維症に深く関わっていると考えている。

がんの最適な治療にも貢献

仮に、このような疾病遺伝子を標的にした薬剤や遺伝子療法を開発しているとしよう。遺伝子がどこで悪さをしているのか知ることは、可能な限り副作用の少ない効果的な治療法の開発に不可欠となる。嚢胞性線維症の場合、話は簡単である。ひとつの遺伝子が、ひとつの組織、すなわち肺を混乱に陥れているからだ。

しかし、たいていの病気はもっと複雑である。すべての細胞が、健康な人においてはどこでどう機能しているかを示す参照マップがあれば、患者の組織と比較し、問題を特定する上でおおいに役立つだろう。これが、ヒト細胞アトラスが医学のブレイクスルーにつながると目される理由のひとつだ。

もうひとつは、がん患者と、最適な治療法のマッチングだ。

期待の新薬カテゴリーである免疫チェックポイント阻害剤は、免疫システムに対して自由に腫瘍細胞を攻撃させるはたらきをもつ。しかし、誰にでも効果があるわけではなく、一部の患者はこの薬に耐性を示す。

治療前と治療後の悪性黒色腫細胞の遺伝子発現に注目したレゲヴのチームは、一部の患者の腫瘍細胞は、そもそも薬への感受性がないことを発見した。一部の腫瘍細胞は、薬の効果をもたらす遺伝的変異をもってはいるのだが、いくつもの耐性遺伝子のスイッチを入れているのだ。そして、腫瘍のなかのこれらの遺伝子の発現領域では、免疫細胞の侵入が遮断されていた。

この知見を得たレゲヴのチームは、耐性遺伝子を無効化しようと、免疫チェックポイント阻害剤と同時に耐性遺伝子を操作する薬剤を投与した。マウスを使った実験では、劇的な効果が観察された。『Cell』誌に掲載される予定のこの研究については、レゲヴとダナ・ファーバーがん研究所の共同研究者たちが、この混合療法のヒトへの効果を検証する臨床試験を実施中だ。

「公共財」としてのヒト細胞アトラスプロジェクト

近年、がん治療の現場は急速に、治療計画の一環として遺伝子解析を行い、患者固有の腫瘍細胞の遺伝的変異を特定して、オーダーメイド治療を行う方向に変化しつつある。次のステップは、患者のがん細胞がどのように遺伝子のオンオフを切り替え、それが治療法とどのように相互作用するのかを解明することだ。

自身を「物事を迅速に進める傾向がある」と言うレゲヴは、2018年5月にスタートアップ企業のセルシウス・セラピューティックス（Celsius Therapeutics）を立ち上げた。研究成果を遅滞なくがんや自己免疫疾患の治療に応用することが目的だ（同社は、先述の臨床試験には関与していない）。

一方でレゲヴは、ビジネスと学術研究、それにヒト細胞アトラスプロジェクトにおける役割には、明確な線引きを保っている。同プロジェクトにおける彼女の立場は、参加する研究者たちに貴重なデータを共有してもらい、重要な生物医学上の発見を促進することにあるからだ。

「発足当初から、わたしたちはこのプロジェクトを公共財と考え、世界中で科学研究を促進するオープンリソースとしてデザインしました」と、レゲヴは言う。ヒト細胞アトラスは、健康な組織の機能に関する参照資料として、DNAに関してヒトゲノムプロジェクトが果たすのと同じ役割を担うことになる。

医学への応用については、アトラスと患者データの統合が進んだ段階で真価を発揮するだろうと、彼女は言う。「トランスレーショナル医療［編註：基礎研究から臨床への応用過程を扱う学際分野］の興味深い発見がもたらされるでしょう。その多くは、わたしたちもまだ想像すらできません」

レゲヴにとってヒト細胞アトラスは、ある意味で世界に変化を促す方法なのだ。「さあ、急ごう。一刻も早く想像を実現しよう」といった具合に。