第二回 コメント欄���YouTuber�当�るゲーム�色々��ん���】 -
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人生では、タイミングがすべてです。
あなたの体の内部時計 - 概日リズム - は、あなたが眠ったり起きたりするとき、あなたが空腹になるとき、最も生産的なときに、非常に多様なプロセスを調整します。その明らかな影響が私たちの生活の多くに与えられていることを考えると、それが私たちの健康にも大きな影響を与えることは驚くに当たりません。研究者たちは、概日の健康を糖尿病、心血管疾患、そして神経変性のリスクと結びつけてきました。食事と薬のタイミングが代謝方法に影響を与える可能性があることも知られています。
体内時計を測定する能力は、健康を増進し、そして医学を個人化するために不可欠です。誰が病気の危険にさらされているのかを予測し、傷害からの回復を追跡するために使用することができます。また、化学療法や血圧、その他の薬の投与時期を調整して、低用量で最適な効果を発揮し、副作用のリスクを最小限に抑えることもできます。
しかし、体内時計を正確に読むことは、睡眠と概日の健康にとって大きな課題です。現在のアプローチでは、昼夜に血中メラトニン（睡眠を制御するホルモン）のサンプルを1時間ごとに採取する必要があり、これは患者にとって非常に煩わしい作業です。これは日常の臨床評価に組み入れることを不可能にする。
私の同僚と私は、面倒なシリアルサンプリングを必要とせずに、内部時間の正確な測定値を取得したいと考えていました。私は計算生物学者で、複雑なデータを理解するために数学的アルゴリズムと計算アルゴリズムを使うことに情熱を注いでいます。私の共同研究者、Phyllis ZeeとRavi Alladaは、睡眠医学と概日生物学の世界的に有名な専門家です。私たちは協力して、人の体内時計を読むための簡単な血液検査を設計しました。
細胞の音楽を聴く
概日リズムは、脳の視交叉上核領域にある中心時計によって導かれて、あなたの体のあらゆる単一細胞に存在します。古い工場の二次時計のように、これらのいわゆる「ペリフェラル」時計はあなたの脳内のマスター時計に同期していますが、ペトリ皿でさえも自分自身で順方向に動かします！
あなたの細胞は、フィードバックループで相互作用するコアクロック遺伝子のネットワークを通して時間を保ちます。1つの遺伝子がオンになると、その活性は別の分子がそれを元に戻す原因となります。時間サイクルこれらの遺伝子は順番に他の遺伝子の活動を調節します。そして、それは同じく一日のうちに振動します。周期的な遺伝子活性化のこのメカニズムは、細胞や組織を超えて生物学的プロセスを調整し、それらが一日の特定の時間に同期して起こることを可能にします。
コアクロック遺伝子の発見は、生物学的機能がどのように組織化されているかについての我々の理解にとって非常に基本的なものであり、昨年ノーベル委員会によって認識された。 Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash、Michael W. Youngが「概日リズムを制御する分子メカニズムの発見により、2017年のノーベル生理学・医学賞を受賞しました。」他の研究者らは、他のすべての遺伝子の最大40パーセントを記録した。概日リズムに反応し、一日のうちに活動を変化させます。
これは私たちに考えを与えました：おそらく、私たちは血の中の遺伝子のセットの活動レベルを使って、人の内的時間 - 壁の時計が何を言っているかに関係なくあなたの体がそう思う時間 - を推測することができます。私たちの多くは、自分の環境と「同期がずれている」と感じる経験をしています。アラームがすでに7:00 amであると主張していても、午前5:00のように感じます。私たちの内部時計 - 壁の時計はいつもそれがあなたにとって個人的に何時であるかの良い指標ではありません。体内時計が生物学や健康にどのような深刻な影響を与える可能性があるのかを知っているので、個人の体内の正確な体内時間を測定するために遺伝子活性を測定しようと試みました。私たちはTimeSignatureを開発しました。2つの簡単な採血を使って遺伝子発現から人の内部時計を測定することができる洗練された計算アルゴリズムです。
堅牢なテストの設計
私たちの目標を達成するためには、TimeSignatureは簡単で（ほんの数回の採血で最小限の数の遺伝子を測定する）、非常に正確で、そして最も重要なことには堅牢でなければなりませんでした。つまり、おやすみの睡眠、最近の海外休暇からの復帰、または新しい赤ちゃんと一晩中起きたかにかかわらず、固有の生理的時間を正確に測定する必要があります。そして、それは私たちの研究室だけでなく、全国のそして世界中の研究室で働く必要がありました。
遺伝子サインバイオマーカーを開発するために、我々は健康な成人ボランティアのグループから２時間毎に何万もの測定を集めた。これらの測定値は、一日のうちに各遺伝子が各人の血液中でどれだけ活性であるかを示した。また、同様の測定値を収集した他の3つの研究からの公開データも使用しました。次に、TimeSignatureと呼ばれる新しい機械学習アルゴリズムを開発しました。これは、このデータをコンピュータで検索して、時刻を明らかにする少数のバイオマーカーを引き出すことができます。一組の41個の遺伝子が最良のマーカーであると同定された。
驚くべきことに、すべてのTimeSignature遺伝子が既知の「コアクロック」回路の一部ではない - それらの多くは、日中変動するように時計によって動かされる免疫系などの他の生物学的機能のための遺伝子である。これは、概日管理がいかに重要であるかを強調しています - 他の生物学的プロセスへの影響は非常に強いので、我々はそれらのプロセスを使って時計を監視することができます！
公的研究の1つからの小集団の患者からのデータを使用して、我々はTimeSignatureマシンを訓練して、これらの41個の遺伝子の活性に基づいて時刻を予測しました。トレーニングデータに基づいて、TimeSignatureは、さまざまなパターンの遺伝子活性パターンがさまざまな時間帯とどのように相関しているかを「学習」することができました。それらのパターンを学んだ後、TimeSignatureはそれからあなたの体がそれがあると考える時間を解決するために組み合わせてこれらの遺伝子の活動を分析することができます。たとえば、外は午前7時ですが、血中の遺伝子活性は午前5時のパターンに対応している可能性があります。これは、まだ午後5時であることを示しています。
それから、残りのデータに適用することでTimeSignatureアルゴリズムをテストし、それが非常に正確であることを実証しました。私たちは人の内部時間を1.5時間以内に推定することができました。また、世界中のさまざまなラボで収集されたデータに対して私たちのアルゴリズムが機能することを実証したので、それを簡単に採用できることを示唆しました。また、私たちのTimeSignatureテストは、睡眠不足や時差ぼけがあっても、その人の固有の概日リズムを高い精度で検出できることを実証することができました。
TimeSignatureによる健康の調和
概日リズムを測定しやすくすることで、TimeSignatureは時間を個別化医療に統合するための幅広い可能性を切り開きます。健康に対するサーカディアンリズムの重要性が注目されてきましたが、それらがどのように機能するかを理解することになると、私たちは本当に表面を傷つけただけです。 TimeSignatureを使用すると、研究者は2つの単純な採血を使用してこの重要な測定を組み込むことで、研究に非常に正確な内部時間の測定を簡単に含めることができます。 TimeSignatureを使用すると、科学者は生理学的時計がさまざまな疾患のリスク、新薬の有効性、研究や運動に最適な時期などにどのような影響を与えるかを調べることができます。
もちろん、やるべきことはまだたくさんあります。概日ミスアライメントが病気の危険因子であることはわかっていますが、ミスアライメントがどれだけ悪いのかはまだわかりません。 TimeSignatureは概日リズムと病気の間の正確な関係を定量化するためのさらなる研究を可能にします。病気のある人とない人のTimeSignaturesを比較することで、分裂した時計が病気とどのように相関しているかを調査し、誰が危険にさらされているかを予測できます。
将来的には、TimeSignatureは、コレステロール検査と同じくらい迅速に、簡単に、そして正確にあなたの概日の健康状態を監視することができるあなたの医者のオフィスに入るでしょう。例えば、多くの薬は服用に最適な時期を持っていますが、あなたがあなたの血圧の薬や化学療法を受けるための最良の時期は他の人とは異なるかもしれません。
以前はこれを測定する臨床的に実行可能な方法はありませんでしたが、TimeSignatureはあなたの医者が簡単な血液検査をし、41の遺伝子の活性を分析し、あなたに最も効果的な利益を与える時間を推薦することを可能にします。また、体内時計が外部の時間と同期していない場合の概日ずれは、認知機能低下の治療可能な危険因子であることもわかっています。 TimeSignatureを使えば、誰が危険にさらされているのかを予測し、潜在的に彼らの時計を合わせるために介入することができます。
この記事はもともとローズマリーブラウンによる会話で公開されました。ここで元の記事を読んでください。