神経科学者が133種類の脳細胞を網羅した「部品リスト」を作成
アラン・ボイル著
脳には何種類の細胞があるのだろうか？今週号のネイチャー誌の表紙を飾った2つの研究によると、これまで知られていなかった2種類のニューロンを含む、少なくとも133種類の細胞があるという。
この「部品リスト」は、シアトルのアレン研究所における15年間の研究に基づいており、マウスの大脳皮質にある1億個の脳細胞のうち約24,000個の遺伝子活動を解析することに焦点を当てています。それぞれの細胞タイプは、オンまたはオフになっている遺伝子の異なる組み合わせを示しました。
「これは、あらゆる種の大脳皮質のあらゆる領域を対象とした、これまでで最も包括的かつ詳細な分析です」と、本研究の主任著者であり、アレン脳科学研究所の構造化科学部門エグゼクティブディレクターであるホンクイ・ゼン氏はニュースリリースで述べた。「これで、大脳皮質の構成要素リストの分布規則を理解できたと言えるでしょう。」
ゼン氏らが研究した大脳皮質の領域は、視覚機能と運動機能の処理を担っている。他の領域も同様の組織化ルールに従っているはずだと研究者らは述べている。
「これらのデータをすべて手に入れることで、脳がどのように構成されているか、そして最終的にはどのように機能するかについての新たな原理を学び始めることができます」とゼン氏は述べた。
バージニア州にあるハワード・ヒューズ医学研究所ジャネリア研究キャンパスの研究者たちは、アレン研究所の遺伝子発現データと脳細胞の物理的形状を用いて、運動に関与する2種類の新しい錐体路ニューロンを特定しました。そして、生きたマウスでこれらのニューロンの活動をモニタリングし、その機能を解明しました。
ニューロンの1つのタイプは、例えば舌を舐めるといった動作の準備に役割を果たします。もう1つのタイプは、動作そのものを引き起こす役割を果たします。
運動ニューロン研究の主任著者であるジャネリアのカレル・スヴォボダ氏は、遺伝子発現を追跡することは「細胞の種類を把握する非常に効率的な方法」だと述べた。
「まさにそれがアレン研究所の真髄です」とスヴォボダ氏は述べた。「運動皮質の研究は、異なるタイプの細胞分類における最初の試みです。遺伝子発現情報、構造情報、神経活動の測定値を統合し、脳内の特定の細胞タイプの機能について考察するのです。」
新たに発表された研究は、脳細胞の包括的なカタログへの道筋を示す可能性があり、研究者らが、これらすべての異なるタイプの細胞がどのように連携して感覚入力、運動機能、そして最終的には意識を生み出すのかをより深く理解するのに役立つだろう。
神経科学者は、脳細胞の物理的形状や電気活動のパターンなど、様々な手法を用いて脳細胞の特性を明らかにしています。しかし、遺伝子発現の解析は、細胞ごとの特性を明らかにする上で最も優れた方法と言えるでしょう。
「近年の技術進歩のおかげで、単一細胞中のこれほど多くの遺伝子の活動を測定できるようになりました」と、アレン脳科学研究所分子遺伝学部門の副所長であり、今回の細胞型研究の主著者であるボシリカ・タシック氏は述べています。「最終的には、遺伝子発現だけでなく、細胞の他の多くの特性、特に最も捉えにくく、定義が難しい機能についても研究を進めています。」
ネイチャー誌の論評で、ブロード再生医療・幹細胞研究センターのアパルナ・バドゥリ氏とトマシュ・ノワコウスキー氏は、この2つの研究はアレン研究所が専門とする脳細胞アトラスの「変革の可能性」を実証している、と述べている。
「これらの研究は、より多くの細胞種、そしてヒトを含む様々な種の動物の脳を様々な年齢で同様の研究の対象とすることの重要性を強く示唆している」とバドゥリ氏とノワコウスキー氏は述べている。アレン研究所のデータに一部基づいた最近の研究では、「ローズヒップニューロン」と呼ばれる脳細胞の一種が特定された。このニューロンはマウスには存在しないと考えられており、高次認知機能との関連が示唆されている。
バドゥリ氏とノワコウスキー氏は、このような研究によって、さまざまな種類の細胞がさまざまな病気に対して脆弱であるかどうかについての新たな知見が得られ、幹細胞研究者が研究室で脳細胞を作り出し、それらの病気や新しい種類の薬剤を研究する際に指針となる可能性があると述べている。
タシック、ゼン、スヴォボダは、ネイチャー誌に掲載された論文「大脳新皮質領域に共通する細胞型と異なるトランスクリプトミクス細胞型」の48名の著者のうちの一人です。ジャネリアのマイケル・エコノモは、2つ目の論文「運動皮質における異なる下行性経路と運動における役割」の主著者です。共著者には、タシック、ゼン、スヴォボダとその他11名の研究者が含まれています。
