要約
科学者らは、シングルセル・ゲノミクスを活用した先駆的研究により、幼児期の炎症とその後の神経発達障害の発症との間に、画期的な関連性があることを明らかにした。
重度の炎症を経験した子どもの脳組織を調べることで、そのような炎症が、運動制御と認知機能に重要な脳領域である小脳の特定のニューロンの完全な成熟を阻害することが明らかになった。
この画期的な発見により、ゴルジ体とプルキンエ体という2種類の特定のニューロンが、炎症の中でその発達過程に早期の混乱を示すことが明らかになり、自閉症や統合失調症などの疾患のメカニズム解明につながる可能性がある。
この研究は、小児期に発症するさまざまな神経発達障害の理解と治療に向けて、他に類を見ない道を切り開いた。
主な事実
１．神経細胞への影響：特にゴルジニューロンとプルキンエニューロンが影響を受けている。ゴルジニューロンは、脳の連結性と小脳内コミュニケーションにおいて極めて重要な役割を果たしている。
２．方法論の革新： 研究者らは、単一核RNA配列決定のような先端技術を利用することで、炎症に罹患した小脳の細胞レベルでの変化を観察することができ、一貫した遺伝子発現パターンを示した。
３．メカニズムとの関連性：同定された重要なニューロンの発達過程における障害は、自閉症や統合失調症のような神経発達障害と炎症をメカニズム的に結びつける可能性があり、遺伝的・環境的要因（炎症）から障害の発現までの経路を明らかにするものである。
出典 メリーランド大学
幼児期の深刻な炎症は、自閉症や統合失調症発症の危険因子として臨床的に知られている。
今回、メリーランド大学医学部（UMSOM）の科学者たちは、炎症が脆弱な脳細胞の発達を変化させることを初めて発見した。
この発見は、小児期に発症するさまざまな神経発達障害の治療につながる可能性がある。
メリーランド大学医学部の研究者らは、シングルセル・ゲノミクスを用いて、細菌感染やウイルス感染、喘息などの炎症性疾患で死亡した子供の脳と、突然の事故で死亡した子供の脳を調査し、幼児期の炎症が小脳の特定のニューロンの完全な成熟を妨げることを発見した。
小脳は運動制御と言語、社会性、感情制御に使われる高次認知機能を司る脳領域である。
UMSOMのゲノム科学研究所（IGS）、薬理学科、メリーランド大学医学部神経科学研究所（UM-MIND）の教授陣が研究を行った。
この研究はScience Translational Medicine誌10月号に掲載された。
この研究は、ヒトの脳における細胞タイプの発達と多様性について述べた約30の論文の一部である。
これらの研究はすべて、米国国立衛生研究所の資金提供を受けた多施設コンソーシアム、Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies（BRAIN）イニシアティブ細胞センサス・ネットワークによって調整された。
これまでの研究で、小脳に異常を持って生まれた赤ちゃんは、しばしば神経発達障害になることが示されており、また、出生前に炎症にさらされた動物モデルも、このような状態になることが示されている。
「IGSの科学者であり、UM-MINDのディレクターであり、薬理学のジェームズ＆キャロリン・フレンキル学部長教授兼講座のマーガレット・マッカーシー博士と共同研究を主導したUMSOMの精神科准教授であるセス・アメント博士は言う。
「単一核RNA配列決定というかなり新しい技術によって、我々は細胞レベルで脳の変化を見ることができました。」
「この年齢層で、しかも炎症との関連で、このようなことが行われたのは初めてです。炎症のある子供たちの小脳における遺伝子発現は、驚くほど一貫していました」。
研究者たちは、1歳から5歳の時に死亡した17人の子供たちから提供された死後脳組織を調査した。
提供者の中に、死亡前に神経疾患と診断された者はいなかった。
この2つのグループは、年齢、性別、人種／民族、死亡からの時間において類似していた。
これらのユニークな脳組織標本は、メリーランド大学脳組織バンク、メリーランド精神医学研究センターのメリーランド脳コレクション、およびメリーランド州ベセスダのNIHニューロバイオバンクで、UMSOMの研究者たちによって長年にわたって収集されたものである。
この研究により、小脳神経細胞のうち、ゴルジニューロンとプルキンエニューロンという2つの特定の、まだまれなタイプが、脳の炎症に対して最も脆弱であることが判明した。
単細胞レベルでは、これら2種類のニューロンは成熟の早期破壊を示した。
「希少ではありますが、プルキンエ・ニューロンとゴルジ・ニューロンには重要な機能があります。発達の過程で、プルキンエ・ニューロンは小脳と認知や感情制御に関与する他の脳領域とをつなぐシナプスを形成し、ゴルジ・ニューロンは小脳内の細胞間のコミュニケーションを調整します。 これらの発生過程のいずれかが破壊されることで、炎症が自閉症スペクトラム障害や統合失調症のような症状にどのように関与しているかが説明できるかもしれません」。
多くの疾患と同様に、遺伝と環境-この場合は炎症-は、これらの疾患の発症リスクに寄与している可能性が高い。
だからこそ、ASDや統合失調症のような脳疾患だけでなく、認知症、パーキンソン病、薬物使用障害など他の疾患の治療法を見つけるためにも、脳領域内の特定の細胞の役割や、それらが遺伝子とどのように相互作用して脳機能に影響を与えているかを理解することが極めて重要なのだ。
UMボルチモアの医療担当上級副学長であり、UMSOMのJohn Z. and Akiko K. Bowers特別教授でもあるマーク・グラッドウィンUMSOM学部長は、「この研究は、炎症時の遺伝子発現の変化が、シナプス結合性の低下やエネルギー代謝の変化など、後の細胞機能不全を引き起こす可能性があることを示した最初の研究の一つです。」と述べる。
「いつの日か神経発達障害の治療法を開発できるように、脳の発達におけるこれらのメカニズムや細胞レベルでの変化を理解することは非常に重要です。」
この研究のデータは、BRAIN Initiativeの全論文とともに、UMSOMのゲノム科学研究所にあるキュレーションされたゲノムデータリポジトリであるNeuroscience Multi-Omic Archive（NeMOアーカイブ）に寄託された。
神経科学の研究者は、ユーザーフレンドリーなポータルを通じてアーカイブのデータにアクセスすることができ、脳の複雑な働きの理解を深めることができる。
リンク先はアメリカのNeuroscience Newsというサイトの記事になります。（英文）
