MUSICマップ」が示す脳細胞の老化の早さ

カリフォルニア大学サンディエゴ校のエンジニアたちは、一部の脳細胞が他の細胞よりも早く老化し、アルツハイマー病患者ではそれらの細胞が不釣り合いに多く存在していることを発見しました。研究者たちはまた、性別によって特定の脳細胞の老化プロセスに違いがあることも観察しました。女性の大脳皮質では、男性の大脳皮質と比較して、「古い」ニューロンよりも「古い」オリゴデンドロサイトの割合が高いことが分かりました。

これらの発見は、MUSIC（単一細胞における核酸相互作用のマッピング）と呼ばれる新しい技術によって可能になりました。この技術により、研究者は個々の脳細胞の内部を観察し、DNAが密に巻かれたクロマチンとRNA間の相互作用をマッピングすることができます。この技術により、これらの相互作用を個々の細胞レベルで可視化し、遺伝子発現に及ぼす影響を研究することが可能になります。

「MUSICは、アルツハイマー病の複雑な側面についてより深い洞察を得ることを可能にする強力なツールです」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校ジェイコブス工学部シュ・チェンゲン・ライ生体工学科の教授で、本研究の主任著者であるシェン・ゾン氏は述べた。

「この技術は、アルツハイマー病の病理の根底にある新たな分子メカニズムを明らかにする可能性があり、よりターゲットを絞った治療介入と患者の転帰改善への道を開く可能性がある。」

人間の脳は、複雑な方法で通信し相互作用する複雑な細胞ネットワークで構成されています。これらの細胞一つ一つにおいて、クロマチンやRNAなどの遺伝子構成要素が動的に相互作用し、重要な細胞機能を決定します。脳細胞が成長し老化するにつれて、クロマチンとRNAの相互作用は変化します。そして、これらの複合体は細胞ごとに大きく異なり、特に成熟細胞では顕著です。しかしながら、これらの相互作用の複雑さを解明することは依然として困難な課題です。

救世主として登場したのは、個々の脳細胞の内部構造を詳細に観察できるMUSICと呼ばれる技術だ。Zhong氏のチームはMUSICを用いて、アルツハイマー病の有無にかかわらず、59歳以上の14人のドナーから採取した死後脳サンプル、特に前頭皮質組織を分析した。

研究チームは、脳細胞の種類によってクロマチンとRNAの相互作用のパターンが異なることを発見しました。興味深いことに、短いクロマチン相互作用が少ない細胞は、老化やアルツハイマー病の兆候を示す傾向がありました。

「この革新的な技術を用いて個々の細胞を分析することで、一部の脳細胞が他の細胞よりも老化していることを発見しました」と鍾氏は述べた。アルツハイマー病患者は健康な人よりも老化した脳細胞の数が多いと説明した。

研究者たちは、この発見がアルツハイマー病の新たな治療法の開発に役立つ可能性があると信じている。

「これらの古い細胞で調節不全の遺伝子を特定し、局所的なクロマチン構造におけるその機能を理解できれば、新たな潜在的な治療標的も特定できる可能性がある」と、鍾研究室のバイオインフォマティクス博士課程の候補者で、本研究の第一著者であるシンジャオ・ウェン氏は述べた。

この研究では、脳細胞の老化における男女差も明らかになった。女性の大脳皮質では、古いニューロンよりも古いオリゴデンドロサイトの比率が高いことが研究者らによって発見された。オリゴデンドロサイトは、ニューロンの周囲に保護層を形成する脳細胞の一種である。正常な脳機能の維持に重要な役割を果たすオリゴデンドロサイトの増加は、認知機能の低下を悪化させる可能性がある。

「女性の大脳皮質に老化オリゴデンドロサイトが不均衡に存在することは、女性に見られる神経変性疾患や精神疾患のリスク増加に新たな光を当てる可能性がある」と温氏は述べた。

研究者たちの次のステップは、MUSIC をさらに最適化し、特定の脳細胞の老化を加速させる要因（調節遺伝子や遺伝子回路など）を特定できるようにすることです。

「その後、これらの遺伝子や回路の活動を抑制する戦略を開発し、脳の老化を遅らせることを期待します」と鍾氏は述べた。

この研究の結果は、Nature 誌に掲載された論文で詳しく述べられている。