DNAマップが脳の発達に関する新たな知見を解き明かす：精神疾患は胎児期に始まる可能性がある

トゥチョンクリエイティブ

人間の脳は体の中で最も複雑な器官の一つであり、思考、感情、行動、身体機能のすべてを処理および調整する役割を担っています。その成長と発達は私たちの心身の健康と密接に関係しています。最近、科学者たちは、いくつかの精神疾患が胎児期の脳の発達に関連している可能性があることを発見しました。

胎児の脳の発達は「大きなプロジェクト」です。胎児の脳では毎秒 4,000 個以上の神経細胞が出現し、1 平方センチメートル以内に毎秒 30,000 個のシナプス結合が形成されます。この速度は、現在のインターネット通信の限界を超えています。成人の脳には数百種類の細胞が含まれており、分子的、形態学的、解剖学的、機能的特性において驚くべき多様性を示しています。皮質ニューロンのほとんどは妊娠初期から中期にかけて生成されますが、細胞タイプの明確な分子シグネチャは妊娠後期から思春期の間に現れます。単一細胞およびバルクトランスクリプトーム解析により、妊娠後期および出生後早期の発達中に遺伝子発現が顕著にリモデリングされることが明らかになりました。

早期の脳の発達は身体的および精神的健康に影響しますか?精神医学分野のトップジャーナルである『Molecular Psychiatry』に2021年に掲載された研究は、肯定的な答えを示しました。米国のウェイル・コーネル医科大学の研究者らによる研究によると、胎児の発育の最初の1か月間に脳細胞に起こる複数の変化が、将来的に統合失調症を引き起こす可能性があることがわかった。この研究は、統合失調症に関する私たちの理解における重要なギャップを埋め、新たな思考の道を切り開きます。これまで、統合失調症は中高年に多く見られると考えられてきましたが、この研究は、この病気が人生の成長と発達の早い段階で発生する可能性が高いことを示唆しています。

最近、海馬と前頭前皮質における DNA 修飾の最初のマップがさらなる証拠を提供しました。 10月9日、カリフォルニア大学ロサンゼルス校が主導した関連研究がネイチャー誌に掲載された。この研究は、人間の脳の発達における遺伝子制御の進化を明らかにし、クロマチンの3D構造が果たす重要な役割を実証しました。研究者らは、海馬と前頭前野におけるDNAの改変に関する初の地図を作成し、早期の脳の発達が身体的および精神的健康にどのような影響を与えるかについて新たな知見を提供した。

前頭前皮質と海馬は私たちの精神状態や心理状態に影響を与え、胎児期から発達し始めます。前頭前皮質は脳のCEOおよび指揮官として機能します。組織的、指示的、創造的な活動を完了するために、神経中枢のさまざまな部分を支援する役割を担っています。海馬は記憶、判断、分析、思考、操作などに重要な役割を果たします。海馬は脳内のキャッシュと空間ナビゲーションの専門家です。短期記憶を長期記憶に変換する役割だけでなく、空間記憶の形成にも関与し、感情記憶と密接に関係しています。海馬と前頭前野は学習、記憶、感情の調節に重要な役割を果たしており、自閉症や統合失調症などの病気とも密接に関係しています。

前頭前皮質と海馬の DNA「青写真」をマッピングするために、研究者らは最先端の配列解析手法、単一核メチル化配列解析、およびクロマチン構造捕捉技術を使用しました。この技術により、単一細胞における遺伝子発現を制御する 2 つのエピジェネティック メカニズムを同時に分析できるようになります。神経精神疾患の原因を理解する鍵は、その疾患が発達に影響を与える遺伝子にどのように作用するかを理解することにあります。研究者らは、妊娠中期から成人期にかけてドナーから提供された53,000個以上の脳細胞を分析し、重要な発達期間中の遺伝子調節の大きな変化を明らかにし、人間の脳の発達の重要な時点で起こる大規模な遺伝子再編成の包括的な図を構築した。

研究者らによると、赤ちゃんの脳の発達が最も活発になる時期は、妊娠第2期あたりだという。放射状グリアと呼ばれる神経幹細胞は、妊娠初期と中期に数十億個のニューロンを生成します。この時点で、ニューロンの生成が停止し、ニューロンをサポートして保護するグリア細胞の生成が開始されます。同時に、新しく形成されたニューロンは徐々に成熟し、特定の機能を実行するために必要な特性を獲得し、通信するためのシナプス接続を形成します。

神経精神疾患は、成人期に発症するものも含め、早期の脳の発達を妨げる遺伝的要因に起因することが多い。この地図は、病気の影響を受けた脳の遺伝子研究と比較できる基準を提供し、分子の変化がいつどこで起こるかを正確に特定します。研究者らは異なる細胞タイプ間のつながりを特定したため、この発見は神経発達疾患や神経精神疾患における重要な遺伝的危険因子を特定するのに役立つ可能性があり、脳オルガノイドなどの幹細胞ベースのモデルの改善に重要な意味を持つ。

健康な人間の脳を育てることは偉大な偉業です。胎児はゴマ粒ほどの大きさから成長し始め、母親の体内で40週間の「魔法の旅」が始まります。この期間中、小さな生命体の脳の構造はより複雑で敏感になります。この新たな発見は脳の遺伝子研究の氷山の一角に過ぎず、人間の脳の起源、発達、機能に関する研究は今後も継続されるだろうが、この新たな研究によって重要なデータベースが確立された。将来、胎児の脳については、私たちが探求するのを待っている未知の「秘密」がまだたくさんあります。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。著者: 陳定新

査読者: 桂 亜星、上海第一人民病院神経科主任医師

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司