ヒトをヒトたらしめる脳の遺伝子

なぜヒトは大きな脳を持っているのでしょうか？

ARHGAP11Bというヒトにしかない遺伝子は、新皮質（言語や計画などの高次認知機能を担う脳の部分）を拡大する役割を果たすことが知られています。 今回、研究チームは、ヒトと同じ霊長類でありながらこの遺伝子を持っていないマーモセットの胎児に、この遺伝子を挿入し、実験を行った。 研究チームは、101日後、サルの発達中の脳の新皮質は、遺伝子を持たない通常のサルの胎児よりも大きく、組織内のひだが多いことを発見しました。 ヒトの遺伝子が他の霊長類の脳で同様の目的を果たすことを実証することは、ヒトがどのように進化してきたかについて新たな洞察を与え、将来の脳疾患治療への道を示すかもしれません。

増幅された脳

ARHGAP11B遺伝子は約500万年前、チンパンジーと人間の祖先に進化的に分かれてから間もなく登場しました。 別の遺伝子であるARHGAP11Aがコピー、つまり複製されたときに突然変異で出現した。 しかし、500万年前のARHGAP11Bは、「祖先のB」バージョンとして知られているが、現在のヒトが持っているものではないのである。 科学者たちは、ARHGAP11Bの別の突然変異が150万年前から50万年前の間にヒトの祖先で起こり、研究者たちが最新の研究で使用したヒト特有の遺伝子を作り出したと考えています。

「そのヒト特有の配列は、発生において関連する脳幹細胞を増幅する遺伝子の能力に絶対不可欠です」と、この研究の著者の1人であるマックス・プランク分子細胞生物学研究所のヴィーラント・ハットナー（Wieland Huttner）は述べています。 しかし、これらの動物モデルを使用することは、その遺伝子が必ずしもヒトと同じように発現しているわけではないことを意味します。 研究著者であるマックス・プランク研究所のミヒャエル・ハイデは、研究チームはヒトに近いモデル生物を研究したいと考え、最も現実的な選択肢はマーモセットとマカクの2つだったと述べています

「マカクの大脳新皮質は、我々の大きく折りたたんだ大脳皮質と共通の多くの特徴を持っているので、マーモセットがより良いモデルだと考えたのです。 しかし、マーモセットは滑らかで、サイズも非常に小さいのです。” したがって、マーモセット新皮質のサイズと形状に対するいかなる変化も、容易に見ることができるだろう。

サルの胚に遺伝子を導入するために、研究者たちは、複製できないウイルスキャリアである「レンチウイルス」を使用しました。 レンチウイルスは、ARHGAP11Bと、その遺伝子がどこで発現しているかを研究者が確認できるタンパク質マーカーを含んでいた。 デューク大学脳科学研究所の研究者であるDebra Silver氏は、今回の研究方法は、マウスやフェレットで用いた方法から改良されており、結果の重要性に大きな重みを与えていると述べています。 「課題のひとつは、異常なほど高い値を示す可能性があることです。 これは、マック・トラックで何かを運転するのと、トヨタのような微妙なものを運転するのと同じです。 さらに、シルバーは、新皮質のサイズとひだの数を増やすことに加えて、この遺伝子の優勢な効果が、後に発達し、高次処理により重要な特定のニューロンの生産を制御していることを実証した、と述べている。

カリフォルニア大学デービス校のMIND研究所で人間の脳の遺伝学を研究しているメーガン・デニス氏は、この研究は、霊長類における遺伝子の効果を証明することで大きな一歩を踏み出したと述べています。 「そして、今回のような研究によって、ARHGAP11Bは、人間の脳の発達に重要である可能性が非常に高い遺伝子として、リストのトップに上がったと言わなければなりません」

今後の展開

ARHGAP11Bはヒトゲノムの中で知的障害、統合失調症、てんかんと関連があるとされる領域に入るため、その機能をもっと知ることは病気の理解にも重要であると考えられます。 例えば、人間の脳は大きくなりすぎると（大脳化）、自閉症を含む一連の神経学的および行動学的障害を引き起こす可能性がある。

ARHGAP11Bのような人間特有の遺伝子を理解することは、新しい種類の治療法の開発にも役立つ可能性があります。 この研究の著者らは、この遺伝子は、明確な変異が確認されているパーキンソン病などの疾患の治療に役立つ幹細胞の増殖に役立つ可能性があると指摘しています。

しかし、この遺伝子またはそれに似た他のものを使用して、人間の脳の基本構造や機能を変更するという考えは、動物実験モデルおよび遺伝子工学に関わる多くの倫理問題を提起します。 「ヒトで遺伝子操作を行う場合、それが異常な変異を持つ病気を治すためのものであり、特定された正常な配列に戻す場合にのみ行うことができます。 その時だけだ。 しかし、人間を “改良 “しようとするのは、あり得ないことだ」

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