神経科学者がマウスと人間の脳の違いを詳細に説明した「脳の部品リスト」を公開
シアトルのアレン脳科学研究所の研究者らが主導した研究では、人間の脳とマウスの脳の部位の違いを詳細に調べるなど、脳の「部品リスト」が提示されている。
本日ネイチャー誌に発表された遺伝学的研究の結果は、男性と女性の脳の働きを研究するためにマウスに頼ると神経科学者を袋小路に陥らせる可能性があることを示唆していると研究者らは述べている。
「答えは、人間にもっと近い種を調べる必要があるということかもしれない」と、ワシントン大学にも所属するアレン研究所の研究員、エド・レイン氏はGeekWireに語った。
基本的な部品リストがそれほど異なるわけではない。研究者らは、遺伝子構成に基づいて人間の脳で特定された 75 種類の細胞のうち、ほとんどがマウスの脳にも見られることを発見した。
この共通性は、昨年発見された「ローズヒップニューロン」など、科学者らがこれまで人間に特有のものだと考えていた細胞にも当てはまる。
しかし、これらの遺伝子の発現方法には大きな違いがあり、7500万年にわたる進化の過程で生じたものです。「遺伝子自体は実際には変化していませんが、その制御は大きく変化する可能性があります」とレイン氏は言います。
ライン氏は、コンデンサ、抵抗器、インダクタといった基本素子で構成される電子回路に例えました。腕時計とスーパーコンピュータは同じ基本素子を使っていても、配線図は大きく異なります。同様に、マウスの脳と人間の脳の「配線図」も構造が異なります。
臨床的に重要な問題の一つは、うつ病や不安症の治療における主要な標的の一つであるセロトニン受容体に関するものです。研究者たちは、マウスとヒトの間でセロトニンを用いたシグナル伝達のメカニズムに顕著な違いがあることを発見しました。
この発見は「セロトニンシグナル伝達に影響を与えるものを研究するためのモデル生物としてマウスを使用することに、ある程度の疑問を投げかけるはずだ」とライン氏は述べた。
遺伝子発現における最も大きな相違は、予想されていた皮質ニューロンではなく、ミクログリアと呼ばれる異なる種類の脳細胞で確認されました。ミクログリアは脳の「免疫システム」として機能すると考えられており、その機能不全はアルツハイマー病などの脳疾患において重要な役割を果たしているようです。（この関連性を示す研究が、本日Nature Communications誌に掲載されました。）
レイン氏は、新たに発表された研究は、遺伝子発現に基づいて脳細胞を分類するアレン研究所の技術によって、目に見える以上の深い差異や類似点を明らかにできることを示していると述べた。
「今では、これまで誰も想像していなかったほど複雑な、非常に微細な解像度まで掘り下げることができます。…私たちはAncestry.comや23andMeが行っていることと同じことを、今度は人ではなく細胞を対象に行っています」と彼は説明した。「目の色や髪の色、身長といった特定の形質を生み出す対立遺伝子を調べるためにDNAを測定するのではなく、個々の細胞で活性化している遺伝子の発現を測定するのです。」
カリフォルニア大学サンフランシスコ校の神経科学者、マシュー・キーフとトマシュ・ノワコウスキーは、ネイチャー誌に掲載されたコンパニオン記事で、異なるアナロジーを用いています。彼らは、この研究を「ヒトの大脳皮質の神経細胞タイプのための分子レシピの『料理本』」として称賛しています。
キーフ氏とノワコウスキー氏は、いくつかの欠点があると指摘した。
まず、データセットは異なる方法で取得されました。マウスの場合、解析は細胞全体に対して行われました。ヒトの場合、研究チームは死後に採取された脳細胞、または手術中に摘出された組織から抽出された脳細胞の単一核をプロファイリングしました。（これらの手術は、シアトルのスウェーデン神経科学研究所、ワシントン大学医療センター、ハーバービュー医療センターで行われました。）
さらに、細胞は皮質の異なる領域（人間の側頭葉に対して、マウスの視覚皮質）から採取された。
レイン氏は、それらの懸念は妥当だと述べた。しかし、過去の研究では、単一の核から得られた遺伝学的結果は細胞全体から得られた結果と一致することが示されており、今後の研究では皮質細胞の多様性に焦点を当てることになるだろうと指摘した。
「私たちは皮質の他の部分の研究に移っています」と彼は語った。
将来の研究では、より高度な認知を担う人間特有の脳細胞を特定できるでしょうか?
「最終的には、高度に特殊化したタイプが存在することが発見されるかもしれませんが、それらは既存のタイプから派生したものになるだろうと考えています」とレイン氏は述べた。「細胞は同じ構造を基盤としながらも、はるかに複雑になることがあります。実際、多くのヒト細胞がそうであるように思われます。細胞はより大きく、より複雑で、異なる方法で活動しています。」
マウスの脳と人間の脳の基本的な構成要素は似ているかもしれませんが、それらの構成要素は劇的に異なる機能を担うことがあります。
「まだ予告に過ぎませんが、今その例を目にしています」とレイン氏は語った。
ライン氏は、ネイチャー誌に掲載された研究論文「ヒトとマウスの大脳皮質における異なる特徴を持つ保存された細胞型」の筆頭著者です。筆頭著者は、アレン研究所のレベッカ・ホッジ氏とトリグヴェ・バッケン氏です。本研究には、アレン研究所に加え、カリフォルニア大学デービス校、ライデン大学、デルフト工科大学、クレイグ・ベンター研究所、ワシントン大学、スウェーデン神経科学研究所、ハーバービュー医療センター、カリフォルニア大学サンディエゴ校、コロンビア大学を代表する61名の共著者がいます。
