3,000 種類以上の脳細胞が私たちの秘密を明らかにする

3,000 を超える異なる種類の脳細胞があり、これまでに作成された最大のヒト脳細胞アトラスからさらに多くの洞察が得られます。

科学者たちは、私たちの脳と、私たちに最も近い霊長類の脳を理解するための大規模な取り組みを発表しました。

スイートで 21枚 10月12日雑誌掲載 科学 (12)、 科学の進歩 (8)、 そして 科学トランスレーショナル医療 (1)、大規模な研究者コンソーシアムが、私たちの脳や他の霊長類の脳を構成する細胞に関する新しい知識を共有しています。 これは、これまでに発表された研究からの大きな進歩であり、研究とデータにより、多くの脳領域にわたる神経系の細胞構成と人間の脳の特別な点についての新たな洞察が明らかになりました。

この研究コンソーシアムは、人間の脳とそのモジュール機能の性質を理解するための協調的な取り組みを代表しています。 によって集められ、資金提供されました 国立衛生研究所さんの 革新的なニューロテクノロジーの開発による脳研究®（ブレイン）イニシアチブ。 世界中の何百人もの科学者が協力して、人間の脳と他の霊長類の細胞構造を調査する一連の研究を完了し、革新的なスケーラブルな一連のテクノロジーを使用して脳の詳細な組織を研究する方法を示しました。人間の脳。 前例のない精度を備えた人間の脳。

私たちの脳を細胞レベルで理解することは、私たちの脳がどのように機能するのか、そして私たちがどのような存在なのかを理解するための鍵となります 分類する脳の病気や障害の細胞の根源を正確に特定することに加えて、最終的にこれらの病気のより良い治療につながる可能性のある知識。

アレン研究所の一部門であるアレン脳科学研究所の科学者は、これらの研究のうち 5 つを主導し、1 つを含む他の 3 つの研究に多大な貢献をしました。 スタディ これは、成人の脳の細胞型の数に関する既存の知識を大幅に拡張します。 カロリンスカ研究所とアレン研究所の科学者らは、単一細胞トランスクリプトミクスとして知られる技術で、個々の脳細胞でオンになっている遺伝子を研究し、細胞型の驚くべき多様性を明らかにしました。私たちの脳細胞には 3,000 種類以上の異なる種類があります。

上級研究員の Ed Lin と上級研究員 Minhwan Kim は、アレン研究所の電気生理学研究室で、マルチパッチ プラットフォーム上で生きた脳組織を観察しています。 クレジット: エリック・デンネル/アレン研究所

「私は、これが神経科学の極めて重要な瞬間だと考えています。新しい技術により、人間の脳や他の霊長類の脳の非常に詳細な細胞組織を理解できるようになりました」とアレン大学の上級研究員であるエド・リン博士は述べた。大学。 Brain Sciences Institute は、新たに発表された研究のいくつかを主導しました。 「この研究は本質的に分子生物学の勝利です。遺伝子の異なる使用法を使用して細胞の種類を定義でき、ゲノミクスツールを使用して人間の脳全体を構成する細胞の高解像度の注釈付きマップの初稿を作成できます。」 」

この研究はまた、「人々の脳は細胞レベルでどれくらい違うのか?」など、さまざまな重要な疑問にも取り組んでいます。 私たちの脳は、私たちに最も近い類人猿の脳とどれくらい違うのでしょうか? 私たちの脳細胞は何種類あるのでしょうか? これらの細胞にはどのような特徴があるのでしょうか? これらの細胞はどのようにして発生し、成熟するのでしょうか?

以前の研究に基づいて、単一の画像内で高解像度で脳細胞タイプをマッピングします。 地域 脳の外殻である人間の皮質については、新たに公開されたパッケージはこれらの研究を拡大し、脳全体の数十から百の領域を含むようになりました。 単一領域の研究では 100 を超える異なる種類の脳細胞が発見されており、新たに発表されたデータでは、脳全体で数千の異なる種類の脳細胞が存在することが示されています。 脳の多くの部分について、このような複雑さと多様性はこれまでに説明されたことがありません。

これらの研究は、脳細胞タイプのカタログを作成するために2017年に開始された5年間の資金提供プログラムである国立衛生研究所の脳細胞センサスネットワーク（BICCN）の一部である。 この研究は、人間の脳のサイズと複雑さという課題に対処するための最先端の細胞および分子アプローチの拡張性を実証し、細胞計数の取り組みの次の段階への道を切り開きました。 この次のステージ、 一部は作業中です アレン研究所では、BRAIN イニシアチブのセル アトラス ネットワーク (BICAN) を通じて、人間およびその他の霊長類の脳のより包括的なアトラスを構築する予定です。

「今回の一連の研究は、人間の脳の複雑さを細胞レベルで解明するための重要な橋を築き続ける画期的な成果である」とNIH BRAINイニシアチブのディレクターであるジョン・ガイ博士は述べた。 「BICCNを通じて形成され、BICANの次の段階に進んでいる科学的協力は、この分野を驚異的なペースで前進させています。その進歩と可能性は、ただただ驚くべきものです。」

人間の研究では、科学に脳を提供した人々の死後組織と、脳手術を受けて研究のために組織を提供した患者から提供された健康な生きた組織が使用されてきました。

新たに発表された研究データもフィードバックされる ヒト細胞アトラスこれは、人体のすべての臓器、組織、システムの細胞に関する包括的な参照アトラスを構築することを目的とした国際的な取り組みです。

アレン研究所が実施した 5 つの研究には次のようなものがあります。

• を探索してください 個人間の脳細胞の種類の違い。 この研究では、科学者らは、75人の異なる成人ドナーを対象に、皮質の1つの領域である中側頭回でオンになる遺伝子のレベルによって脳細胞を調べた。 これは、単一細胞技術を使用して多数の個人を比較した最初の人間の脳研究の 1 つです。 研究者らは、私たちは皆、細胞の基本的な部分の同じリストを持っているにもかかわらず、特定の細胞タイプとそれらの細胞内で機能する遺伝子の割合が人によって大きく異なることを発見しました。
• ある 人間と、最も近い類人猿であるチンパンジーやゴリラの脳細胞の種類を比較する。 これらの研究は、私たちが進化上の親戚と同じ基本的な脳細胞タイプの構造を共有していることを明らかにしていますが、それらの保存された細胞タイプが使用する遺伝子には変化があります。 具体的には、ニューロン間の結合や脳内の回路形成に関与する遺伝子の多くが、ヒトと他の霊長類とでは異なっている。 「これは、同じ種類の細胞からの回路を接続したり、わずかに異なる方法でシステム内の利得を変更したりすることによって、進化を通じて認知能力がどのように向上するかについてのもっともらしい説明を生み出します」とリン氏は述べた。
• ディープダイブ 多くの高次認知機能の拠点である人間の大脳皮質のさまざまな領域で形成される細胞を比較します。。 その研究では、大脳皮質のさまざまな領域にあるさまざまな種類の細胞を調べたところ、私たちが見たものを処理する視覚野が他の領域よりも特殊化されており、マウスの視覚野よりも特化していることが判明した。 この発見は、人間や他の霊長類が他の多くの哺乳類よりも視覚に依存しているという事実に関連していると考えられます。
• 2つの研究 抑制性ニューロンの性質の解析 人間の新皮質から、その電気特性や複雑な 3D 形状、さらにそれらに動力を供給する遺伝子を探索するこのアプローチでは、難治性てんかんや脳腫瘍を治療するための神経外科手術から得られた生体組織の使用が必要です。 これらの研究は、ヒトおよび他の一部の哺乳類には見られるがマウスには見られないいくつかのタイプを含む、ヒトのニューロンの特性に関する基本的な情報を提供します。これには、説明的な名前が付けられた細胞も含まれます。 ローズヒップ細胞 そしてデュアルパッケージセル。

参考資料:「人間の脳の研究」Mattia Malusso 著、2023 年 10 月 12 日、 科学。
土井: 10.1126/science.adl0913

ここで報告された研究は、国立衛生研究所の革新的なニューロテクノロジーによる脳研究 (BRAIN) イニシアチブによって支援されました。 内容は著者のみの責任であり、必ずしも国立衛生研究所の公式見解を表すものではありません。