新しい種類のヒトニューロン、ローズヒップ細胞をご紹介します

スペインの神経解剖学者サンティアゴ・ラモン・イ・カハールが、ニューロンが人間の歩行、会話、思考、そして存在を可能にする仕組みを解明し、ノーベル賞を受賞してから1世紀以上が経ちました。それから100年が経ちましたが、現代神経科学は、ニューロンの種類を区別する方法において、それほど進歩していません。確かに顕微鏡はより優れたものになりましたが、脳細胞は依然として、その外観と発火方法という、2つの手間のかかる特性によって主に定義されています。

だからこそ、世界中の神経科学者たちは、ニューロンの特性を明らかにするための、より繊細で新しい手法の導入を急いでいる。例えば、シーケンシング技術は、全く同じDNAを持つ細胞がどのようにして独自の方法で遺伝子をオン／オフにするのかを明らかにできる。そして、これらの手法は、脳がラモン・イ・カハールでさえ想像できなかったほど、多様なノードと枝分かれしたエネルギーが織りなす森であることを明らかにし始めている。

月曜日、国際的な研究チームが、現時点ではヒトの脳にのみ存在すると考えられている新しい種類のニューロンを世界に発表しました。これらの密集した細胞の軸索と呼ばれる長い神経線維は、花びらのないバラを思わせるような膨らみ方をしており、発見者たちはこれを「ローズヒップ細胞」と名付けました。ネイチャー・ニューロサイエンス最新号に掲載されたこの新しいニューロンは、その特殊な形状を利用して、脳のある領域から別の領域への情報の流れを制御している可能性があると考えられています。

「ローズヒップ細胞は、まさにシステムのブレーキのような役割を果たします」と、複数の野心的な脳マッピングプロジェクトを擁するアレン脳科学研究所の研究者であり、本研究の筆頭著者の一人であるエド・レイン氏は述べている。ニューロンには大きく分けて2種類ある。興奮性細胞は隣接する細胞に情報を送り、抑制性細胞は興奮性細胞の発火を抑制または停止させる。ローズヒップ細胞は後者に属し、その生理学的特性から、特に強力な電流抑制因子であると考えられる。

この発見はチームの協力によるものでした。アレン研究所のレイン氏のグループは、提供された2つのヒト脳から凍結組織を採取し、個々のニューロン核をプレート上に（ウェルごとに1つずつ）分離しました。そして、それぞれのニューロン核内のRNAの配列を解析しました。DNAが車の設計図だとすれば、RNAは部品リストのようなものです。研究者たちはクラスタリングアルゴリズムを用いて、いくつかの固有の遺伝子発現パターンを特定し、16種類の異なる細胞（抑制性ニューロン11個、興奮性ニューロン1個、そして非神経細胞4個）と照合しました。

彼らが核を96ウェルプレートに誘導している間、ハンガリーのセゲド大学ガボール・タマーシュ研究室の共同研究者たちは、脳手術を受けた患者の生体組織サンプルを分析していた。細胞を特殊な色素で満たし、様々な電気刺激に対する反応を記録するといった従来の手法を用いて、タマーシュの研究グループは、ヒッピーのように密に連結されたニューロン群を発見した。その分子マーカーは、レインの細胞型の一つとほぼ完全に一致した。マウスの脳内の細胞にも同様の分子プロファイルが存在するかどうかを調べようとしたが、何も見つからなかった。

「まだ他の種では研究が進んでいないため、これが完全にユニークな細胞タイプだと断言するのは時期尚早です」とレイン氏は付け加える。「しかし、この研究は、人間の脳がマウスの単なる大型版だと決めつけることには注意が必要だということを浮き彫りにしています。」

生きたヒト脳組織を入手するのは非常に難しいため、ニューロンの電気生理学と接続性を特徴付ける研究の大部分はマウスで行われています。しかし、トランスクリプトミクスのアプローチは凍結組織にも適用可能です。世界中のバイオバンクには、凍結組織が数多く保管されています。

「今後5年から10年ほどで、これらのトランスクリプトミクス手法は急速に進歩するでしょう。なぜなら、従来の手法よりもはるかにハイスループットだからです」と、クレイグ・J・ベンター研究所所長でカリフォルニア大学サンディエゴ校の免疫学者であるリチャード・シューアマン氏は語る。「細胞が発現しているパーツリストに基づいてこのアトラスを作成し、細胞の機能についてより深く理解するにつれて、その情報を再びリンクさせることができるようになるでしょう。」

シューアーマン氏は、「細胞オントロジー」と呼ばれるものの創始者の一人です。これは、科学者が様々な細胞の種類をどのように表現するかを示すリファレンスです。これは単なる共通の定義集ではありません。時間、空間、機能といった細胞間の関係性も捉えています。科学者が遺伝子のオンオフによって細胞自身を定義するようになった今、シューアーマン氏はこの新しい時代のための細胞イペディアの構築に取り組んでいます。

この動きは神経科学だけにとどまりません。2016年10月、世界中の何百人もの科学者が結集し、「ヒト細胞アトラス」を立ち上げました。これは、人体内のすべての細胞のトランスクリプトミクスデータを収集し、細胞がどのように組織を形成し、互いにどのようにコミュニケーションし、どのように老化し、そしてどのように問題が発生するのかを理解しようとする大規模プロジェクトです。チャン・ザッカーバーグ・イニシアチブは、このプロジェクトの主要な資金提供者の一つです。シューアマン氏は、同イニシアチブから助成金を獲得し、異なる細胞タイプを定義するために使用されるマーカー遺伝子を識別できるソフトウェアを開発しました。別のツールは、遺伝子やその他のデータを自動的に機械可読な分類システムに変換します。

ラインの脳細胞データは、このツールの最初のテストケースであり、両研究グループは3月にHuman Molecular Genetics誌に発表しました。しかし、研究はまだ始まったばかりです。彼らはすでに、トランスクリプトームのみに基づいて75種類の細胞を定義した別の論文をNature誌に提出しています。神経科学者の間では、発見される細胞の種類の数については意見が分かれていますが、数千、あるいは数万になる可能性が高いでしょう。サンティアゴ・ラモン・イ・カハールは神経科学という分野を定義した人物かもしれませんが、今日では、ニューロン自体の助けを借りながら、アルゴリズムが定義を行っています。