人間の脳には数十億の細胞が含まれていますが、細胞の数を知っているだけでは、その仕組みを理解するのに十分ではありません。また、それぞれが何をするのか、どの遺伝子が活性を維持するのか、そしてそれらがどのように相互に通信するのかについても知る必要があります。野心的な国際プロジェクトがまさにその方向への一歩を踏み出しました。大脳基底核の細胞アトラスです。 人間や他の霊長類の脳の 2,500 万個以上の細胞から情報を収集します。
脳のこの深部領域は、運動、習慣形成、動機付け、意思決定などの多様な機能に関与しています。その回路は動きの選択と調整に関与しているだけでなく、 学習と報酬に関連するプロセス。その活性が変化すると、パーキンソン病、ハンチントン病、トゥレット症候群などの疾患が現れることがあります。 または、統合失調症や双極性障害などのさまざまな精神疾患。
アトラスを構築するには、チームが 彼らは約2,550万個の細胞を分析した。内訳はヒトの脳から約2,100万個、マカクから約300万個、マーモセットから約150万個である。。彼らは、単一細胞分子分析技術を使用して、各細胞集団でどの遺伝子が発現しているかを研究し、その情報を DNA 活性と組織内の細胞の分布を調節する機構に関するデータと組み合わせました。
種間の比較は特に価値があります。動物モデルを使用すると、人間では同じように操作できないプロセスを研究できます。 これらの結果を医学に応用するには、それらがどのような特徴を共有し、どの特徴がそれぞれの種に特有であるかを知る必要があります。 アトラスは、ヒトの細胞と他の霊長類の細胞を比較するための共通の枠組みを提供し、科学界が使用できる分類を確立するのに役立ちます。
プリンストン大学の神経科学教授であり、このプロジェクトの責任者の一人であるフェナ・クリーネン氏は、この取り組みを初期のヒトゲノム計画と比較している。この研究は、遺伝子を研究するための共通の参考資料を提供しました。 これは、脳細胞とその分子特性に対して同様のことを行おうとしています。。 Cell Reports に掲載された結果は、将来の研究で使用できるテンプレートとなります。
このマップは、特定の細胞と病気の関係についての手がかりをすでに提供しています。チームによって報告された発見の中には、 統合失調症や双極性障害に関連すると思われる、これまでに説明されていないニューロンのタイプ。 彼らはまた、自閉症を含む神経発達障害に関連する変異の解釈に役立つ可能性のある、特定の細胞集団における遺伝的調節のパターンも発見した。他の分析では、老化に関連する特定の遺伝子の活性の変化が示されています。
アトラスの有用性は、これらの関連付けを細胞のコンテキストに配置できるという事実にあります。遺伝的変異は、それがどの脳細胞に影響を与えるかを知ることなく、病気に関連付けられる可能性があります。どの集団が特定の遺伝子を発現しているか、それらがどのようにその活動を調節しているか、そしてそれらがどこに位置しているかを知ることで、どのニューロンが脆弱なのか、どのようなメカニズムが変化しているのか、介入によって他の細胞に影響を与えることなくそれらのニューロンを標的にできるのかなど、より正確な質問をすることができます。
このプロジェクトに関連する研究の 1 つは、たとえば、パーキンソン病に対する遺伝子治療の精度を向上させるためにこの知識をどのように活用するかを検討しています。マウスモデルでは、 大脳基底核細胞のサブセットを標的とした戦略は、より一般的な介入と同等の効果で振戦を軽減することができました。 これは実験的なテストであり、患者に対する治療法が証明されたものではありませんが、細胞をより正確に特定することが将来の治療法の設計にどのように役立つかを示しています。
このプロジェクトには、 セルレポートメソッドでは、さまざまなモダリティからのデータを統合し、大規模な遺伝子発現モデルを構築するための計算ツールである PIANO が紹介されています。システムは 最大 1 億個のセルのアレイで動作するように設計されています。 この数字は、アトラスに追加される新しいセルの数ではなく、分析能力を表します。
著者らは、このマッピングだけでは病気の原因を説明したり、即時の治療法を提供したりするものではないと強調しています。細胞型と疾患との関連性は、その細胞が原因であることを証明するものではありません。実験で検証する必要がある どのような変化が機能不全を引き起こすのか、身体はどのような反応をするのか、そしてそれに介入することで実際の利益がもたらされるのかどうか。
目的は、このタイプのマップを脳全体に拡張し、さまざまな分野や国の研究者が使用できる参考資料を構築することです。ソーク研究所の教授であり、このプロジェクトの責任者の一人であるジョセフ・エッカー氏は次のように要約しています。 「目的は、さまざまな分野の科学者が研究対象の細胞を正確に特定し、病気の予防や治療のために細胞を改変する方法を理解できるようにすることです。」
脳は依然として生物学の中で最も複雑な器官の 1 つです。このアトラスはそれを解読するものではありませんが、これまで研究やデータベースに散在していた何百万ものセルを共通言語に変換します。調査するためのツール 最も重要な回路の一部が正しく動作しなくなったときに何が起こるかをより正確に把握できます。
