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2 つの並行する神経外胚葉前駆細胞が発達する脳に寄与する

2026/09/19 14:48

2 つの並行する神経外胚葉前駆細胞が発達する脳に寄与する

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要約▶

Japanese Translation:

スタンフォード大学医学部が主導する新たな研究は、長らく人間の脳を単一の統一的な臓器として捉えてきた見解を覆し、代わりにそれが数億年以上にわたって独立して進化した 2 つの異なる臓器からなることを明らかにしました。9 月 18 日に Nature Neuroscience に掲載された本研究では、ケイル・ロウ博士（共同筆頭著者には大学院生キャロリン・ダンデス氏とレイヤーン・ジョクハイ氏が務めた）が率いる研究チームによって、大脳が高次機能（思考、言語、意識など）を管理する一方、後脳（あるいは脳幹）は呼吸、心拍、嚥下、食欲調節などの生命維持に不可欠な自動的プロセスを制御することが示されました。この発見の鍵となるのは、互いに排他的な 2 つの前駆細胞タイプです。1 つは Otx2 遺伝子を発現させて大脳と中脳を生じさせ、もう 1 つは Gbx2 遺伝子を発現させて後脳を生じさせるものであり、これらは根本的に異なるクロマチン構成によって駆動されています。さらに研究チームは、初めて実験室で機能的な後脳運動ニューロンを培養することに成功し、これらの細胞は活動電位を示すとともに、顔面筋および嚥下筋を制御する区画をマーキングするタンパク質を産生することが確認されました。

この二起源のパターンは、人間や鶏からゼブラフィッシュ、ナマコワムシ、さらにはクラゲに至るまで多様な生物種に認められ、6 億〜7 億年前に人類から分岐した古くからの進化的特徴を示唆しています。この画期的発見により、特定の脳細胞の再現性に長年見られてきた困難さが説明され、脳幹に関連する疾患（脊柱髄筋萎縮症 (SMA) や筋萎縮性側索硬化症 (ALS) など）の研究に新たな道が開かれました。SMA は 1 歳未満の乳幼児における死亡原因の主な遺伝的要因であり、ALS は通常 40〜70 代の成人に影響を与えます。両疾患とも後脳ニューロンの進行性の障害を伴い、嚥下および呼吸能力の喪失をもたらします。本研究成果は、さらに後脳の食欲回路の役割と、セマグルチドのような体重減少薬の作用機序との関連も明らかにしました。NIH、NSF、CIRM、脊柱髄筋萎縮症財団を含む多数の財団からの資金援助を受けた本研究では、スタンフォード大学、カリフォルニア工科大学 (Caltech)、 UCSF にて研究者が共同で取り組み、乳幼児ならびに成人において生命を維持する運動機能へ向けたより効果的な療法の開発への道筋を広げています。

本文

脳は「2 つの臓器」から構成されていた？スタンフォード大学の画期的研究で従来の理論が覆された

数世紀間、科学者は脳を単一・統合された臓器として捉えてきました。しかし、スタンフォード大学医学部主導の最新研究により、この常識が大きく覆されました。 私たちが「脳」と呼んでいるのは、実際には数百万年間にわたり独立に進化した 2 つの異なる臓器が巧妙にパッケージ化されたものだったと判明しました。

従来の理論を否定する驚くべき発見

これまでの研究モデルでは、「発達の初期段階において全ての脳は1 つの先導細胞から由来しており、全ての部位は共通の起源を持つ」と考えられてきました。しかし、今回の研究はこの理論を否定し、以下の事実を明らかにしました。

  • 脳の構成: 人間の脳は、太古の神経系の2 つの異なる組み合わせで成り立っています。
    • 原始的な部分: 心拍や呼吸など、身体機能の自動調節を担当する側面。
    • 高度な部分: 詩作や数学的思考、自我の思索など、「人間らしさ」を特徴づける認知機能を担当する側面。
  • 細胞の起源: 脳の前部と後部は、全く異なる先導細胞から発生しています。これらは発生の最初から互いに排他的な経路を進んでいます。

なぜ特定の細胞培養が長期にわたり困難だったのか

数十年間、研究チームは実験室で**脊髄性筋萎縮症（SMA）やALS（筋萎縮性側索硬化症）**に関連する「後脳」の神経細胞を培養することに苦戦してきました。 この研究の結果、その原因が解明されました。

  • 過去の失敗理由: 研究者たちは、本来「後脳細胞にはなり得ない」という運命を持つ「前脳・中脳の先導細胞」を無理やり後脳細胞に変換しようとしていた可能性が高いです。
    • この変換は不可能であり、それが長年の挫折感を説明しています。
  • 解決の鍵: 研究チームは、細胞の DNA パッケージ化形態（クロマチン）を解析したところ、前側と後側の細胞集団に根本的に異なる構成が存在することを発見しました。
    • これにより、それぞれの先導細胞はその運命に本質的に固定されており、「交差点のない並列の線路の上を進む旅行者」のような状態であることが分かりました。

研究の詳細とプロセス

発見に至った方法

  • 対象: マウス胚の「胃卵化（gastrulation）」期（身体が最初に形成される時期）。
  • 観測: 2 つ種類の異なる脳先導細胞を特定し、並列して独立した発達の軌道を進んでいることを確認。
    • Otx2遺伝子: 前脳と中脳（高位認知機能）の運命を担う。
    • Gbx2遺伝子: 後脳（生命維持機能）の形成に専念する。

hindbrain（後脳）神経細胞の培養成功

研究チームは、ヒト多能性幹細胞から初めて機能的なhindbrain モーターニューロンを誘導することに成功しました。

  • 特徴: 本物の後脳細胞と同等の機能を示す。
    • 「動作電位」という電気的活動を発現。
    • 顔面および嚥下（えんげ）筋肉を制御するタンパク質を産生。

進化論的な視点からの発見

  • 広範な分布: この「2 つの起源」パターンは、人類だけでなく、約 5 億 5 千万年前に遡る進化史上でも見られました。
    • 鶏やゼーフィッシュなど。
    • ナメクジ類（深海に住む原始的な海洋動物）。
    • クラゲ（イカ・サンゴではなく、クモヒトデ類などに分類される真正動物門の生物）。
  • 結論: 進化は既存の 2 つの神経系を空間的に結合させ、現在はほぼ 1 つとして機能させていることを示唆しています。

医療応用と臨床的意義

この発見は、脳幹に重篤な影響を与える疾患の治療法開発に新たな道を開く可能性があります。

  • SMA と ALS の理解深化:
    • これらの疾患では、特定の後脳神経細胞が機能停止し、嚥下（えんげ）能力を失います。
    • 食物や液体の誤嚥により肺炎を引き起こし、最終的に呼吸機能の喪失に至るメカニズムを解明できるモデルを確立できます。
  • 肥満治療との関連:
    • 後脳には食欲を調節する回路が含まれており、減量薬「セマグルチド」などの作用機序と一致します。
  • 次なるステップ:
    • 脊髄の発生的起源の解明。
    • SMA および ALS が hindbrain 神経細胞機能に与える影響の詳細な調査。

研究チームと貢献

  • 主要メンバー:
    • ケイル・ロー博士（発生生物学准教授、Senior Author）。
    • キャロライン・ダンデス氏（Co-first Author）。
    • レヤーン・ジョカイ氏（Co-first Author）。
  • 所属機関: カリフォルニア工科大学、サンフランシスコ大学など。
  • 研究成果の発表: 9 月 18 日に『Nature Neuroscience』に掲載。

この研究は脳研究における非常に興奮する新しいフロンティアを開き、再生医療療法の開発へと繋げていく可能性を秘めています。

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