動物は生まれたときから立つことができますが、なぜ人間の赤ちゃんは立つことができないのでしょうか?

レン・シェンクアン

牛や馬などの哺乳類は生まれてすぐに立つことができるのに、人間は歩けるようになるまで長い時間がかかるのはなぜか、長い間多くの人が疑問に思ってきました。一部の動物学者は、赤ちゃんが他の動物が生まれた時に持つ歩行能力を獲得するまでに、18～21か月間母親の子宮内に留まる必要があると計算している。骨盤の制限により、人間の胎児の平均妊娠期間はわずか 9 か月です。つまり、出生から 1 歳になるまで、赤ちゃんは歩くことができません。科学的原理を用いて説明すると、これは神経が筋肉を制御する能力に関係しています。

最近、カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者たちは、構造生物学を通じて、神経が筋肉を制御する能力を偶然に「解き明かした」。彼らの研究結果は国際誌「ネイチャー」に掲載され、重症筋無力症の治療に新たなアイデアをもたらすことになるだろう。
筋力は筋繊維の収縮によって得られますが、そのためには骨格筋を制御する運動ニューロンが必要です。鍵となるのは、運動ニューロンと骨格筋繊維の接続点である神経筋接合部です。

科学者たちは1世紀以上にわたって神経筋接合部の働き方を研究し、最終的に、運動ニューロン末端から放出されるアセチルコリンが骨格筋細胞上のアセチルコリン受容体を開く鍵のような働きをし、それによって筋繊維の強い収縮を開始することを突き止めました。

最新の研究では、科学者らはクライオ電子顕微鏡を使用して、アセチルコリンと結合しているときと結合していないときの筋肉のアセチルコリン受容体の高解像度の三次元構造を取得しました。この作業の課題は、まずサンプルの取得にあります。アセチルコリン受容体は重量で骨格筋の非常に小さな割合を占めており、ヒトの筋肉から分離する場合、十分な組織サンプルを入手することは困難です。
そこで研究者らは、入手しやすくアセチルコリンを多く含む牛肉を入手することを考え、牛の胚から筋肉を得ることに着目した。最終的に、彼らは牛肉1キログラムあたり30マイクログラムの精製アセチルコリン受容体を得た。

研究者たちは、筋肉のアセチルコリン受容体の高解像度の三次元構造を研究した後、同じ胚組織サンプルで受容体の2つのバージョン、つまり未熟な胚バージョンと成熟した神経筋接合部バージョンが同時に見られることを思いがけず発見しました。 2 つのバージョンはサブユニットの構成が異なります。

一般的に、神経筋接合部が徐々に発達し成熟するにつれて、アセチルコリン受容体はサブユニット変換を完了する必要がありますが、それがどのようにして胚型から成熟型に変化するかの構造原理は明らかではありません。現在、研究者たちは、初期のウシ胎児の筋肉組織にアセチルコリン受容体の2つのバージョンがあることをはっきりと確認している。1つは神経終末と筋肉の間の接続の形成を促進し、もう1つは筋肉の収縮を制御する。

同時に、牛や馬などの哺乳類が生まれたその日に歩けるのはなぜかという疑問にも答えが出ました。筋肉の観点から見ると、牛や馬は出生よりずっと前にアセチルコリン受容体サブユニットの構成の発達的変化を完了し、成熟した神経筋接合部を形成しているのに対し、人間の骨格筋の収縮を制御する能力は出生時に備わっているものではないことが判明しました。人間は生後数か月間は筋肉の協調性が乏しく、成熟した神経筋接合部が形成されるまでには通常約 1 年かかります。

この研究により、神経筋接合部の動作モードが正式に解明され、重症筋無力症患者にとって朗報となった。重症筋無力症の根本的な原因は神経筋接合部の損傷であり、患者は骨格筋の収縮と力を効果的に制御できなくなるからである。

（著者は健康管理者であり、安徽省科学作家協会の会員である）