2002 年 2 月 27 日
カリフォルニア州ラホーヤ – ソーク研究所の科学者らは、成人の脳の新しい細胞が時間の経過とともに成長し成熟し、近隣のニューロンとまったく同じように機能することを初めて観察しました。
この研究は、新しく生まれた細胞が既存の神経回路に統合され、脳に若々しい活性細胞の継続的な貯蔵庫を提供するという証拠を提供します。 そのような細胞は、古いニューロンを置き換えたり、脳が新しい経験を学習して適応できるように再形成するために使用される可能性があります。
「これは、成人の脳で生まれる新しい細胞が機能することを初めて証明したものです」と述べた。 フレッド・ゲージソーク大学の教授であり、これらの結果を説明するネイチャー誌の28月XNUMX日号に掲載される研究の主著者である。
1998 年 XNUMX 月に、成人は、たとえ高齢者であっても、神経新生と呼ばれるプロセスで生涯を通じて新しい脳細胞を生成できることを発見したのはゲージでした。 この画期的な研究は、人間は生まれながらに脳細胞を十分に備えて生まれ、生涯を通じて着実に減少するという長年の定説を覆すものである。
ゲージ氏らによるその後の研究では、新しい脳細胞の数が活動やその他の環境刺激によって影響を受ける可能性があることが明らかになった。 たとえば、ゲージチームは、走っているマウスは、座りっぱなしのマウスよりも、学習と記憶に重要な領域である海馬でより多くの脳細胞を成長させることを示した。
このような研究にもかかわらず、科学者たちはこれらの新しい細胞が実際に他のニューロンと同じように機能するかどうか、あるいは他の脳細胞と同じように成長し成熟するかどうかさえまだ知りませんでした。 今回の研究は生きた脳細胞の電気活動を測定する新しい技術の開発を必要としたもので、こうした疑問は解消されるはずだ。
これまで、事実上すべての神経発生研究は、分裂細胞の DNA に取り込まれて組み込まれる特定のマーカーを使用する方法に依存していました。 これらの未熟な細胞が時間の経過とともに成長するにつれて、マーカーはその細胞の解剖学的運命を視覚的に表現します。 したがって、数か月後、科学者は、細胞が最終的にニューロンになるか、それとも他のものになるかを確認できるようになります。
ただし、この技術は細胞機能については何も述べていません。 また、細胞がどのように成熟して他の完全に統合されたニューロンのように見えるか、あるいは成熟するかどうかについてのグラフィックスも提供しません。 これらの新しい脳細胞は、正常な細胞に成熟することなく出生後すぐに死ぬのではないかと推測する人もいます。
これらの疑問に答えるために、ゲージ氏と彼のチームは、長年受け入れられてきた電気活動の検査を実施しながら、成熟する生きた脳細胞を観察できる技術を発明する必要がありました。 研究グループは、分裂細胞に組み込まれることが知られているレトロウイルスに注目した。 ただし、これらの生物は細胞分裂中に活動を停止することも知られています。 この障害を克服するために、Gage チームは、このプロセスとその後の細胞分裂を通じて「オン スイッチ」がアクティブのままである新しいレトロウイルスを設計しました。 この改変されたレトロウイルスは、緑色蛍光タンパク質 (GFP) と呼ばれる光るマーカーと結合して、実験動物に注射されました。
最初は、明確な結果を得るのに十分な量の脳細胞を感染させることができませんでした。
「分裂する細胞の数を増やす必要があることはわかっていました」とゲージ研究室のスタッフサイエンティストであり、国立衛生研究所、クリストファー・リーブ麻痺財団、ルックアウト基金。
「そこで私たちは回し車を考えました。 以前の実験でわかったように、動物を回し車に乗せると、感染細胞がさらに多くなる可能性が高くなります。 そしてそれが起こったのです。
「これらの動物にウイルスを注射したところ、さらに多くの細胞が観察されるようになりました。」
XNUMX週間後、科学者らは蛍光顕微鏡で結果を観察した。 新しく生まれた脳細胞に取り込まれた緑色のタンパク質は、電子メッセージを送信する長い軸索と、環境からの信号を受信するアンテナである樹状突起を備えた若いニューロンの解剖学的構造を明らかにしました。
次に、これらの細胞が実際に機能するかどうかを確認するために、科学者たちは電気活動を監視するパッチクランプと呼ばれる装置に注目しました。 研究の共著者であるアレクサンドロ・F・シンダー氏とブライアン・R・クリスティ氏が行った電気生理学的研究では、これらの細胞が他のニューロンとほぼ同様に電気インパルスを生成し、受け取ることが示された。
「この生後 XNUMX か月の細胞の電気生理学的パラメータはすべて、体積を測定する静電容量を除いて、標識されていない細胞と同等でした」とゲージ氏は述べています。「これらの生後 XNUMX か月の細胞では体積が比較的小さかったことがわかりました。
「私たちのウイルスがXNUMXか月以上続くとは思っていませんでしたが、生後XNUMXか月の別の動物がいたので、それらを調べました。」
研究チームが驚いたことに、これらの高齢の動物のウイルスは生き残り、顕微鏡で観察すると、若い動物よりも大きくて成熟したニューロンが明らかになり、他の成熟したニューロンと区別できない複雑な樹状突起が密集していることが明らかになった。
「XNUMXか月とXNUMXか月の間に見られる違いは、これらの細胞の動的な性質と中枢神経系の動的な性質を反映しています」とゲージ氏は述べた。 「これは本当にエキサイティングな展開です。」
ゲージチームは次の研究で、これらの新しいニューロンが実際に何をするのかを解明したいと考えている。
「考えられる仮説のXNUMXつは、死にかけたニューロンを置き換えるために新しいニューロンが必要になる可能性があるということです」と彼は述べた。
「もう一つの可能性は、若いニューロンが成熟した脳に大きな可塑性をもたらしているということです。 この強化された可塑性は、経験によって接続性が形成される可能性のある新しい機能単位の統合から明らかになるでしょう。」
この研究には、ニコラス・トーニ氏とテオ・D・パーマー氏も参加した。
カリフォルニア州ラホーヤにあるソーク生物学研究所は、生命科学における基礎的な発見、人間の健康と状態の改善、将来世代の研究者の育成に特化した独立非営利機関です。 この研究所は、サンディエゴ市からの土地の寄贈とマーチ・オブ・ダイムズ先天異常財団の資金援助を受けて、ジョナス・ソーク医師によって 1960 年に設立されました。
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