「ミュータントフェレット」は人間の脳の進化に光を当てる
変異フェレットモデルを使用して人間の脳の発達を調査しているときに、科学者は偶然に私たちの特大の脳の進化に関する手がかりに出くわしました。
人間は比較的大きな脳に恵まれています。そして、過去700万年の間に（進化論的には短い期間）、私たちの脳のサイズは3倍になりました。
複雑で折りたたまれた外層である大脳皮質は、特に人間に当てはまります。正確になぜそしてどのように私たちの脳がそんなにひどい空想になったのかは多くの議論のポイントであり、証拠は現在乏しいです。
数百万年前に起こった遺伝的および生物学的変化に関する手がかりを見つけることは、宇宙の反対側にある干し草の山で針を探すことに似ています。しかし、セレンディピティ夫人は科学者に微笑むことがよくあります。
最近、メリーランド州チェビーチェースのハワードヒューズ医学研究所、コネチカット州ニューヘブンのイェール大学、マサチューセッツ州のボストンチルドレンズホスピタルなど、多くの機関の研究者が小頭蓋症に関する一連の研究を実施しました。
彼らの研究は実り多いものであり、小頭症についての私たちの理解をさらに深めましたが、彼らはまた、遠くの干し草の山の中のその針に私たちを近づけました。彼らの調査結果は最近ジャーナルに掲載されました 自然.
「私は神経内科医として訓練を受けており、発達性脳疾患の子供たちを研究しています」とボストンチルドレンズホスピタルのクリストファーウォルシュ博士は説明します。 「私は人類の進化の歴史をじっと見ているとは思っていませんでした。」
小頭症の研究方法
小頭症の赤ちゃんは、通常よりも頭がはるかに小さく、大脳皮質が正しく形成されていません。この状態はしばしば遺伝的ですが、最近ではジカウイルスにも関連しています。
皮質が適切に形成されない方法と理由は完全には理解されていません。このトピックの調査が非常に難しい理由の1つは、優れたモデルがないことです。マウスモデルが最もよく使用されますが、目的には適していません。
ご想像のとおり、マウスの脳は小さいです。また、マウスは人間と同じように多様な脳細胞の選択を楽しむことができず、その皮質ははるかに滑らかです。
小頭症に最も一般的に関与する遺伝子は、Aspmとして知られるタンパク質をコードする遺伝子です。この遺伝子が変異すると、人間の脳は通常の半分の大きさになります。
しかし、遺伝子のないマウス（Aspmノックアウトマウスと呼ばれる）では、脳はわずか10分の1に縮小します。このかろうじて検出可能な変化は、科学者にはほとんど役に立たない。
小頭症のより良いモデルを探すために、イェール大学のウォルシュ博士とビョンイルベ博士が率いる研究者たちはフェレットに目を向けました。
これは、最初は奇妙な動物の選択のように思われるかもしれませんが、それは理にかなっています。フェレットはより大きく、人間と同じ範囲の細胞タイプを持つ複雑な皮質を持っています。また、マウスのように、彼らは速くそして自由に繁殖します。
ウォルシュ博士が説明するように、「一見すると、フェレットは面白い選択に思えるかもしれませんが、30年間脳の発達の重要なモデルでした。」
フェレットは以前に有用であることが証明されていますが、フェレットの遺伝学についてはほとんど知られていないため、動物のAspmノックアウトバージョンを作成することは困難です。しかし、ウォルシュ博士は思いとどまらなかった。彼は資金を確保し、仕事に取り掛かりました。
Aspmノックアウトフェレットは、人類がこれまでに作成した2番目のノックアウトフェレットです。
予想通り、Aspmノックアウトフェレットの脳は通常よりも最大40％小さく、人間の小頭症とほぼ一致していました。そして、人間の小頭症と同様に、皮質の厚さは変化しませんでした。
脳の進化の手がかり
人間の小頭症のための新しくて有用なモデルを設計することに加えて、科学者はまた、はるかに手に負えない問題に彼らのつま先を浸しました：私たちはどのようにそのような大きな脳を進化させたのですか？
彼らは、Apsmの喪失がフェレットの脳にどのように影響したかを調査しました。欠陥は、放射状グリア細胞の振る舞いの変化にまでさかのぼりました。
放射状グリア細胞は、神経系の幹細胞である神経上皮細胞から発生します。これらは、皮質内で多くの異なる細胞タイプに発達することができます。
発達中の脳室の近くから始まり、放射状グリア細胞は形成中の皮質に向かって移動します。これらの細胞が開始点から離れるにつれて、さまざまな種類の脳細胞に成長する能力が徐々に失われます。
チームは、Apsmの欠如により、放射状グリア細胞が心室からより容易に分離し、早期に移動を開始することを発見しました。
タイミングがずれると、放射状グリア細胞と他の細胞タイプの比率がゆがみ、皮質内の神経細胞が少なくなりました。 Apsmはレギュレーターとして機能し、皮質ニューロンの総数を増減します。そして、ここに人間の脳の進化への手がかりがあります。
「自然は、すべてを再設計することなく、人間の脳のサイズを変更するという問題を解決する必要がありました。」
ビョンイルペ
Apsmは、中心小体の機能、または細胞分裂に関与する細胞構造に影響を与えることにより、このように脳の発達を変化させます。 Apsmがないと、中心小体は適切に仕事をしません。
最近、Apsmを含む中心小体タンパク質の調節に関与するいくつかの遺伝子が進化の変化を遂げました。ウォルシュ博士は、私たちをチンパンジーや遠い従兄弟のネアンデルタール人と区別するのはこれらの遺伝子かもしれないと信じています。
「振り返ってみると理にかなっています」とウォルシュ博士は言います。 「発達中に私たちの脳をまとめる遺伝子は、私たちの脳を大きくするために進化が微調整した遺伝子だったに違いありません。」
この1つの遺伝子を変更することにより、放射状グリア細胞の移動を変更し、皮質を大きくすることができます。これらの研究は、小頭症の新しいモデルと、膨らんだ脳の起源に関する新しい洞察を提供します。
