マウスバイオリソースの源流 ~ラスロップ、リトルそしてジャクソン研究所
本ホームページに「マウスの系統間、亜系統間にみられる遺伝子型、表現型の違い〜C57BL/6JとC57BL/6Nとの比較を中心に」というコラムが登載されています。その中に、「C57BL/6は、C. C. リトルがA. E. ラスロップから1921年に入手したマウスから樹立したC57BL系統に由来します。C57BL/6系統は、1948年にアメリカのジャクソン研究所に導入され維持されてきました」という記載があります。リトルとジャクソン研究所については、実験動物に関わっている方や実験動物学の講義を受講した経験のある方なら一度は耳にしたことがあると思いますが、ラスロップについてはあまり馴染みの無い読者がいるかも知れません。今回は、ラスロップとリトル、リトルとジャクソン研究所の関係についてお話させていただきます。
1. ネズミ愛好家、ラスロップ
“Abbie Lathrop, the “Mouse Woman of Granby”: Rodent Fancier and Accidental Genetics Pioneer”
これは、C57BL/6Jの元となった「マウス#57」をリトルに提供したラスロップ（Abbie E. C. Lathrop：1868-1918）の生涯と業績を短くまとめた論文のタイトルです[1]。タイトルが示すように、彼女は米国マサチューセッツ州クランビー（生まれはイリノイ州）に生活の拠点を置いていたマウス・ラットの愛好家でした。また、当時としては珍しく動物繁殖業者として研究者にも動物の販売を行っていました。ラスロップは、マウス・ラットの他にもモルモット、ウサギ、フェレットなども飼育していました。そのうちモルモットは、米国政府の要請を受けて第1次世界大戦の戦場での有毒ガス検出に使用されていたそうです。もちろん、最初からこれら小動物の繁殖事業で成功したのでは無く、最初は家禽事業から始めたのですが上手くいかなかったようです。お父さんは教師だったようで（幼少期についての詳細は不明だそうです）、その影響もあって、小さい頃から勉学に優れ、生まれ故郷イリノイ州の教育資格も持っていました。この勤勉な性格が注意深い近親交配によるマウスの繁殖記録とその保存を生むことになり、後のリトルによる近交系の樹立に繋がることになります（その結果、“図らずも” 実験動物学の歴史にその名を残すことになるわけです）。
ラスロップが繁殖したマウスは、C57BL/6Jの他、C3H/He、CBA､DBA/1, DBA/2など現在の主要な近交系マウスのもとにもなっています。そのため、論文や本に掲載されている近交系マウスの系統樹をみると、C57BL、DBA、C3Hなどの最上流に“Lathropのマウス”という記載を見ることが出来ます [2. 3]。ラスロップの凄いところは、単なるネズミ愛好家・動物繁殖業に留まること無く、その類い希な観察力を研究にまで昇華させたところだと思います。ラスロップは、飼育しているいくつかの動物が異常な皮膚病変を発症していることに気づき、大学の病理学者と共に研究を進めて科学論文を出すまでに至っています。その具体例については論文[1]を参照して頂きたいと思いますが、日々の弛まない動物観察が新しい発見に繋がるのだと彼女の生涯を知ることで改めて思いました。
なお、参考文献[3]にはラスロップのイラストが掲載されています。もし、学校や大学の図書館、あるいは会社の資料室で蔵書を見つけたら閲覧してみて下さい。
2. リトルとジャクソン研究所の誕生
次に、実験動物学を学んだ経験がある方なら誰でも一度はその名前を聞いたことのあるリトルとジャクソン研究所の誕生についてです。
リトル（Clarence Cook Little；1888-1971）は、米国マサチューセッツ州のブルックリン生まれでハーバード大学に学んでいます。そこで出会った高名な動物学・遺伝学者のキャッスル（William Ernest Castle 1867 -1962) に師事し、キャッスルの指示によりマウスの毛色の遺伝に関する研究を始めました。この研究を進めるために、キャッスルは近親交配によって形質が安定している動物をラスロップから提供を受けていました。リトルは、このマウスをもとにして科学的目的のためにより厳密な近親交配を行いました。そして、薄い茶色の野生色では無い毛色のマウス（Dilute, Brown and non-Agouti）が世界最初の近交系として樹立されました（これがDBAです）。リトルはその後、遺伝と癌に関する研究に進むことになり遺伝的要因とマウスの癌の発生率に興味を持つようになりました。リトルは、ラスロップから「マウス＃57」の提供を受けて新しい近交系マウスを確立させました。それが、本コラム執筆の切っ掛けとなったマウスで、“the most popular laboratory mouse”として紹介されることが多いC57BL/6（ニックネーム：Black 6）です[3]。DBAやC57BL/6の系統樹立についての詳細は参考文献[3]および他の専門書に譲ることにして、リトル個人についてもう少しだけお話しさせていただきます。
その後リトルは、1922年に何と33歳の若さでメイン大学（University of Maine：米国メイン州の州立大学）の学長に就任しました。リトルは学長になっても研究を続け、同州の観光地であるバーハーバー（Bar harbor）にマウスの実験室を作り、夏休みにはここで研究を行いました。1925年からはミシガン大学（University of Michigan：米国ミシガン州の州立大学）の学長に就任しましたが、バーハーバーでの研究に専念するために1929年にミシガンを去りました。リトルが大学を離れてバーハーバーで研究に専念出来るための資金援助を行った一人が、ミシガン州デトロイトの自動車メーカー・ハドソンモーターカンパニー（Hudson Motor Company）の当時の責任者であったジャクソン（Roscoe B. Jackson）だったそうです（ジャクソン研究所のホームページより）。米国では、大学の建物、研究所や病院などを設立する際にその資金提供者の名前を組織名や建物名に冠することが良くありますが、リトルも資金援助者であるジャクソンに敬意を示してバーハーバーの研究所にJackson Memorial Laboratory（ジャクソン記念研究所）という名前を付けました。これが、教科書などで説明されている「リトルは1929年にマウスの研究開発と系統保存を行うジャクソン研究所を設立した」の起源となるのです。
リトルの研究業績についてもう少しだけ触れたいと思います。前述したように、リトルの腫瘍に関する研究はジャクソン記念研究所の設立以前から始まっています。リトルは、F1、F2とマウスの世代が進むにつれて移植した腫瘍の生着率が低くなることに気が付きました。そして、同種異個体からの移植組織の生着性を決定しているは遺伝子であると主張しました（これが、後の主要組織適合遺伝子複合体の発見に結びつきます）。これらの研究は1914年から1916年にかけて行われ、その後、非悪性組織の移植に関する研究論文も発表しています[4]。リトル自身による移植に関する研究は1924年（36歳）の時点で終わりますが、リトルの腫瘍および移植に関する研究が大きな背景となり、実験動物の遺伝的均一性の重要性が生まれ、それがジャクソン研究所の設立につながり、その後の多様な“近交系”実験動物の系統開発・維持に繋がるわけです。
3. 現在のジャクソン研究所とホームページ
ジャクソン研究所（以下、JAX）のホームページ（https://www.jax.org/）には「2019年に設立90周年を迎えた」旨の記述が見られます。これは、1929年のリトルによる「ジャクソン記念研究所」設立からの年数と一致します。ホームページによると、設立当初8人だった従業員は現在では約3,000人を擁しているとのことです。現在のJAXは、リトルが最初に研究室を作ったバーハーバーのマウス研究所（ヒトの病気の遺伝的な原因を研究している）の他、同じくメイン州のエルズワース（Ellsworth）にマウスの生産所、オーガスタ（Augusta）にガン研究所、カリフォルニア州サクラメント（Sacramento）にマウスの生産所と幹細胞などの提供サービス行う研究所、コネチカット州ファーミントン（Farmington）にゲノム研究所があります。また、日本（旧・日本チャールス・リバー）や中国（上海と北京）には子会社を持ち、実験動物の生産や微生物モニタリングサービスなど実験動物に関連したサービスを提供しています。このように、リトルがマウスの研究所としてスタートさせたジャクソン記念研究所は、現在ではC57BL/6Jを初め12,000以上の実験動物の系統を維持･生産するまでに成長しています（JAXのホームページより）。しかし、大きな組織となった現在でも米国JAXはあくまで非営利のバイオメディカルの研究機関であり、マウスの供給（バイオリソース）およびマウスを通じてのヒトのゲノミクス研究のデータリソースとしての立ち位置を保っています。米国JAXは世界初のバイオリソースセンターのモデルになったわけで、まさに「ラスロップ〜リトル〜ジャクソン研究所」という流れは、「マウスバイオリソースの源流」と言えるでしょう。
以下は余談です。今回のコラム執筆にあたりJAXのホームページの教育コンテンツにもアクセスしてみました。EDUCATION & LEARNINGのONLINE LEARNINGに進むと実験動物に関する教育コンテンツを見ることが出来ます（https://www.jax.org/education-and-learning）。対象者の幅はとても広く、高校生や学部学生を対象とした基礎的なものから、大学院生やポスドク、医療関係者向けの教育コンテンツまで用意されています。例えば、「Online MicroLessons & MiniCourses」という初級のオンライン講習では、「マウスが持つどのような特性が人間の生命科学や病気を理解するための研究モデルになっているのか」等について10分ほどのビデオ講義で解説され、講義の終了後にはクイズ画面で講義内容の理解を確認することが出来ます。その他、近交系やハイブリッドマウスの系統、命名法などについての講義もあります。興味を持たれた方は、先ずは無料の初級教育コンテンツを閲覧してみるのは如何でしょうか。
４．最後に
今回のコラムは、学術面からは外れた話題でしたが楽しんで頂けたでしょうか？ C57BL/6Jの元となったマウスを育てたラスロップの生涯を読んで、私は江戸時代の珍玩鼠育草（ちんがんそだてぐさ）の存在を思い出しました[5]。この書物は、1787年(天明7年）に京都で発行された愛玩ネズミの飼育書です。その中には、森脇和郎先生らのグループが系統樹立させたJF1/Ms（JF: Japanese fancy）と非常に良く似た白黒ブチ模様（いわゆるパンダ柄）のネズミの挿絵が見られます。実は、JF1/Msはデンマークの蚤の市で売られていたパンダ柄のペットマウスを日本に持ち帰り、国立遺伝研で近交系として樹立させたものです。さらに面白い事実があります。C57BL/６など世界的に使用されている代表的な近交系マウスとJF1/Msの遺伝子を比べると、類似度の高い配列があちこちに散在していることが判ったのです[6]。すなわち、江戸時代に日本で育てられた愛玩用マウスがヨーロッパに渡り、そこでヨーロッパ産の愛玩用マウスと交雑され、さらに米国でリトルらの手によって実験動物化されるのに寄与し(ゲノム中のSNPの10%程度)、それが現在世界で使用されている主要な近交系マウスになったのです。
ラスロップと珍玩鼠育草は国も年代も異なりますが、ネズミに魅せられた“アマチュア”の優れた洞察力が生み出した偉業という共通点を感じます。彼らが育てたネズミたちが、生命科学研究に欠かせない実験動物として世界中で利用されていることに時空を超えた感動を覚えると同時に、動物実験には動物への深い愛情としっかりとした観察力が大切なのだと改めて感じました。
参考文献
[1] Steensma DP, Kyle RA, Shampo MA. Abbie Lathrop, the “Mouse Woman of Granby”: Rodent Fancier and Accidental Genetics Pioneer. Mayo Clin Proc. 2010. 85: e83. DOI: 10.4065/mcp.2010.0647
[2] Hugenholtz F and de Vos WM. Mouse models for human intestinal microbiota research: a critical evaluation. Cell. Mol. Life Sci. 2018. 75: 149–160. DOI: 10.1007/s00018-017-2693-8
[3] Morse HC III. Origins of inbred mice. Academic Press, Bethesda. 1978.
[4] Auchincloss Jr H. and Winn HJ. Clarence Cook Little (1888–1971): The Genetic Basis of Transplant Immunology. Am J Transplant.2003. 4: 155–159. https://doi.org/10.1046/j.1600-6143.2003.00324.x
[5] 米川博通、森脇和郎. 実験用マウスの過去と未来．蛋白質核酸酵素1986. 31: 1151-1170.
[6] Takada T, Ebata T, Noguchi H, Keane TM, Adams DJ, Narita T, Shin-I T, Fujisawa H, Toyoda A, Abe K, Obata Y, Sakaki Y, Moriwaki K, Fujiyama A, Kohara Y and Shiroishi T. The ancestor of extant Japanese fancy mice contributed to the mosaic genomes of classical inbred strains. Genome Res. 2013. 23: 1329-1338. DOI: 10.1101/gr.156497.113
日本獣医生命科学大学 横須賀誠（JALAM教育委員会）、北里大学獣医学部 佐々木宣哉
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実験動物の里親制度
みなさんは実験動物の里親制度をご存知でしょうか。実験動物は実験終了後には基本的に安楽死されるのですが、近年では実験終了後の動物の里親を探して家庭に戻す、いわゆる里親制度が出てきました。記憶に新しいところでは2018年に酪農学園大から譲渡された実験犬の「しょうゆ」ちゃんがいます。
ペットになった元実験犬「しょうゆ」 獣医大生が譲渡願い出る
https://www.jiji.com/jc/v4?id=201812shouyu0001
こちらの記事にも記載がありますが、製薬企業でも実験終了後の犬の里親を探す動きが出てきています。実験動物の輸入販売会社の方はこう述べています。
「体への負担が重い実験、解剖が必須となっている実験などは安楽死させる必要がありますが、必ずしも処分する必要のない実験もあります。健康面などで問題がなければ、家庭犬として幸せに暮らせます」
今までは実験終了後はすべて安楽死してきたのですが、この制度が出来たおかげで安楽死せず家庭に譲渡できる可能性が出てきました。しかしその一方、すべての個体を譲渡できるわけではなく、命の選別を行わなければならないとのことで実験従事者に精神的負担を課す可能性も出てきました。
それでは里親制度の導入が進んでいる米国の状況を見てみましょう。NIH（米国国立衛生研究所）の実験動物福祉局では2019年に里親制度に関するオンラインセミナー（https://olaw.nih.gov/education/educational-resources/webinar-2019-06-13.htm）が開かれました。この中でAVMA（米国獣医師会）の研究用犬猫の里親制度に関するポリシーが掲載されていますので抜粋して紹介します。
・里親制度には研究機関の選任獣医師（Attending Veterinarian; AV）がプログラムの開発と監督に関与していなければならない。
・必ず AV または被指名者の承認を必要とし、AV または被指名者は、里親制度の申請を拒否する裁量と権限を持たなければならない。
このように研究機関においては実験動物の健康と福祉を管轄する選任獣医師の承認が必須になっています。さらに演者が所属しているブラウン大学の譲渡動物の基準が説明されていますので併せて紹介します。
・譲渡される動物は健康で、行動に問題がないことが確認されていなければならない。
・FDAが承認した人用もしくは動物用医薬品、サプリメント、もしくは動物用医薬品の薬品グレード化合物以外の物質を投与されていないこと。
・感染性物質に曝露されていないこと。
・遺伝子組換え、もしくは免疫抑制動物ではないこと。
・職員もしくはその家族のペットとしてのみ許可され、販売されないこと。
・人用もしくは動物用の食料とされないこと。
・里親は将来に渡って獣医学的ケアが必要な場合は責任を持つこと。
大学と製薬企業では譲渡条件も異なるとは思いますが（製薬企業は承認前の化合物を投与しているため、この条件では譲渡できない）、基本的には各国の法律や規則、大学や企業の動物実験委員会での規程など厳格なルールのもとに動物を選定する必要があることが分かります。
先にも述べたように里親制度が出来たことで実験動物を譲渡することで救われる命がある一方、命の選別をしなければならない実験従事者がいるのも事実です。彼らの精神的負担を軽減するためにも譲渡動物選定における明快なルールの策定と、実験動物の里親制度の更なるブラッシュアップが求められています。
実験動物の環境エンリッチメント
環境エンリッチメントとは、読んで字のごとく動物の飼育環境を豊かにするものであり、それによって飼育動物の正常な行動の多様性を引き出し、異常行動を減らして、動物の福祉と健康を改善するための工夫を指すものです。環境の肯定的な利用を増やすことを目指して行われる環境エンリッチメントは、動物園や水族館などの展示動物の分野で特に進んでおり、近年では、有害駆除された動物屠体の有効利用を結び付けた大牟田市動物園などでの取り組みが有名です。
エンリッチメント大賞HPから引用
http://www.zoo-net.org/enrichment/award/2019/
医薬品開発における実験動物への環境エンリッチメントの導入も、展示動物ほどではありませんが、進んできています。と言うのも研究において再現性の低下に繋がるノイズは避けなければなりませんが、その一方で動物福祉や動物本来の行動発現の観点から必要不可欠だからです。また、ストレスが大きい環境ではそれだけ個体差が出やすくなるとも考えられています。そのため、環境エンリッチメントを実験動物に導入するイメージとしては、実験動物の生活環境を高い満足度で維持して実験に対する感度を良くし、バラつきを抑える感じでしょうか。では現在どのようなものが具体的に導入されているかを見てみましょう。
まずは基本中の基本でもある巣材です。通常、マウスやラットなどのげっ歯類の飼育には紙や木製チップで出来た床敷と呼ばれるものを敷きますが、それに加えて最近では立体的な巣作りが出来るように縮れた紙のようなものを入れる場合が多くなってきています。この紙はほぐすことで非常にボリュームを増すことが出来ますが、げっ歯類は本来、地中に巣穴を掘って生活しているため、何かと接触することで安心感が得られると考えられているからです。ちなみにこんな専用のもの、予算の関係で入れられないよという場合は、ケージの中にティッシュを1枚入れてあげるのだけでも効果的です。彼らはそれを器用に引き裂いて巣材代わりに使用します。これら巣材はコストパフォーマンスに優れており、闘争の軽減や離乳の成功率などに寄与すると考えられています。
http://www.ssponline.com/index.htm
続いてはシェルターです。目的は先ほどの巣材とほぼ同様です。先ほどの写真にも一部紙製の使い捨てシェルターがありましたが、こちらのカラフルなものは滅菌・洗浄して何度も使うことが可能なものです。基本的には巣の代わりになるものですが、プラケージで飼育している際に避けては通れない漏水事故の際の逃げ場所としても活用できます。また、右下のトンネルは使い捨てですが、マウスを直接、手でハンドリングするのではなく、このようなものを用いることでマウスのストレスが軽減されるとの報告（https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0066401）もあります。
https://www.bio-serv.com/
続いて、かじり具です。左上の木のブロックはげっ歯類が、その他はウサギやイヌで使用することが多いものです。右のコングはペットでも使用されているものですので、なじみ深いのではないでしょうか。これらはかじることでストレス発散になると考えられています。なおコングはチョココルネのチョコ無しみたいな形（中が空洞）をしていますので、中にペースト状の餌を塗り込むことによって食事自体を飽きさせず、時間をかけて食事させるという方法もあります（実験動物のイヌの場合にはこのような使い方はほとんどされません）。ちなみに木のブロックに限らず木の製品は良くあるのですが、有害物質が含まれていないという実験動物に必要な分析証明を取る場合には値段が跳ね上がります。小さいものでもだいたい1個100円以上しますので、これだったら100円のカマボコを買ってその板をあげた方が良いな・・・とも思ったりもしました(笑)
色々とアイテムを紹介してきましたが、実験動物における環境エンリッチメントとして忘れてはならないのはペアまたはグループによる飼育です。実験動物は動物園で飼育されているような猛獣とは異なり、群れで行動している動物がほとんどです。そのため、実験に支障をきたさない範囲でペアまたはグループ飼育にする必要があります。国際基準に準拠している研究現場ではこれらの理由から基本的に単独飼育は認められず、単独飼育をする場合には動物実験申請をする際に科学的根拠が求められています。
https://www.nc3rs.org.uk/3rs-resources/housing-and-husbandry
環境エンリッチメントは何でもかんでも導入すれば良いものではなく、マウスに対するビー玉など、導入することでかえって不安を増大させるものもあります。そのため、飼育環境が改善することが報告されているものを導入するか、もしくは改善が認められることを自らの目で確認する必要があります。これらの取り組みをエンリッチメントプログラムなどと呼びますが、動物実験施設では定期的にこれら環境エンリッチメント導入の是非を検証することが求められています。
疾患モデル作製における動物種の選択
動物実験を始める際に動物種を選択することは非常に重要です。最終的に人間での応用を考えた場合、人間に近い動物が求められます。例えば臓器や皮膚であれば人間に近い構造を有していることから、臓器移植の研究や皮膚での薬効薬理試験、安全性試験にブタが用いられますし、ウサギの脂質代謝は人間に近いことが知られているため、コレステロールの研究に用いられてきた歴史があります。一方、病気の治療には病気の動物を使用することが基本ですが、そんなに病気の動物が世の中にいるわけではありませんし、ましてや動物であっても動物病院に来る患者さんを使用するわけにはいきませんので、病気を模した動物を作る必要があります。それが疾患モデル動物の作製です。
現在、世界中で猛威を振るっている新型コロナウイルス感染症ですが、こちらの原因ウイルスであるSARS-CoV-2はどの動物にも感染するわけではありません。ウイルスは元々、宿主特異性が高い（≒感染する動物が限定される）と言われており、その原因はウイルスが動物の細胞に侵入する際の受け手となるレセプターの構造や細胞でのレセプターの発現度合いが動物種によって異なることが挙げられます。SARS-CoV-2はACE2（アンギオテンシン変換酵素2）といったレセプターに結合して細胞に侵入しますが、ACE2の構造が動物種によって異なり、特にゴールデンハムスターが人間に近いことが報告（https://www.nature.com/articles/s41586-020-2342-5）されています。
このように病気ひとつをとっても、そもそも人間の病態を再現する動物種を選択しなければ意味がありません。そう言った意味では人間に近縁なサルを使用することが理にかなっているように思えますが、安全性が全く担保されていない初期の治療薬をいきなりサルに投与することは倫理上の問題がありますし、体重の関係から貴重な治療薬を大量に使用してしまうことになります。そのため、動物実験を始める際には通常、マウスやラットなどの小動物から始める必要がありますが、これらの動物が人間の病態を再現できるかといった問題があります。以前は突然変異などによって偶然症状を発症した動物を選択的に交配していき、自然に症状を発症する個体を選んでいく自然発症モデルや、例えば慢性腎臓病であれば片方の腎臓を摘出するなどして人為的に病態を作り出す実験的発症モデルが良く用いられてきましたが、近年では病気の標的タンパクなどが明らかになっている場合（SARS-CoV-2に対するACE2など）、その標的タンパクの遺伝子を欠損させた（ノックアウト）動物や、逆に人間の標的タンパクの遺伝子を挿入した（ノックイン）動物などの遺伝子組換え動物を作製することで直接、標的タンパクとの相互作用を見ることが出来るようになってきました。
実際、中国のグループが人間のACE2をマウスで発現させ、SARS-CoV-2がマウスに高率に感染させることに成功したとの報告（https://www.nature.com/articles/s41586-020-2312-y）が既になされています。このように疾患モデル動物としては今後は組換え動物が積極的に利用されていくものと考えられますが、組換え動物の作製には半年程度の時間を要しますし、何より標的タンパクが同定されていない場合は使用することが出来ません。このような理由からまだ一定程度、自然発症モデルや実験的発症モデルの使用は続いていくものだと考えられます。
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