SRGAP2: 霊長類の進化における重要な遺伝子
SRGAP2に関する研究が人間の脳と目の発展についてのヒントを提供している。
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目次
研究者たちは、人間が他の霊長類とどう違うのかを理解しようとしている。いくつかの遺伝子が研究されてきたけど、まだ知られていないものもたくさんある。特に興味深いのは、異なる霊長類の進化に役割を果たした可能性がある特定の遺伝子の拡張だ。
脳の発達におけるSRGAP2の役割
詳細に研究された遺伝子の一つがSRGAP2。人間にはこの遺伝子のコピーがいくつもあって、約340万年前に現れたみたい。人間にはSRGAP2A、SRGAP2B、SRGAP2Cの主な3つの形があり、これらは染色体1にある。
SRGAP2Aは、脳の細胞同士がコミュニケーションを取ったり、構造を変えたりするのを助けるタンパク質を作る。他の2つ、SRGAP2BとSRGAP2CはSRGAP2Aと相互作用するかもしれなくて、その影響で関連するタンパク質の働き方が変わる。これらの相互作用は、特に脳の細胞がどのように発達し機能するかに影響を与えるんだ。
ゼブラフィッシュにおけるSRGAP2の研究
SRGAP2遺伝子の機能をよりよく理解するために、科学者たちはゼブラフィッシュという魚を研究してる。この魚は成長が早くて、遺伝子操作がしやすいからいいモデルなんだ。研究者たちはSRGAP2遺伝子を欠いたゼブラフィッシュを作って、その欠如が何を引き起こすかを見ている。
研究結果は、ゼブラフィッシュでSRGAP2が欠如すると、魚の身体的および神経的発達に影響が出ることを示している。たとえば、SRGAP2が欠けたゼブラフィッシュは、小さくなることが多く、脳や身体の形成に違いを見せるんだ。
発達におけるSRGAP2の機能解析
SRGAP2遺伝子がないゼブラフィッシュは、さまざまな発達の問題を示す。科学者たちは、この魚を人間の遺伝子のバージョンを与えられたものと比較した。人間の遺伝子を持つゼブラフィッシュは、SRGAP2がないものと似た身体的変化を示したことから、人間の遺伝子がゼブラフィッシュの正常な機能に干渉する可能性があることがわかった。
科学者たちは、これらの魚の体の長さや目の間の距離を測った。ゼブラフィッシュの遺伝子の欠如と人間のバージョンの発現の両方が似た測定結果をもたらし、人間の遺伝子が魚の正常な発達に悪影響を与えることを示している。
発達中のSRGAP2の発現
研究者たちは、異なる発達段階でSRGAP2遺伝子の発現を監視した。受精後すぐに遺伝子が活性化し、ゼブラフィッシュが成長するにつれて発現し続けることがわかった。このタイミングは神経系が形成される重要な発達段階と一致していて、SRGAP2を研究するための貴重なモデルになっている。
SRGAP2の神経的影響
さらに調査が進むと、SRGAP2遺伝子は身体的発達だけでなく、脳の機能にも重要であることが明らかになった。ゼブラフィッシュでSRGAP2が欠けると、ニューロンが成熟して接続するまでに目立った遅れが生じる。研究者たちは、これらのプロセスに関わる特定の遺伝子がSRGAP2の有無に応じて上方制御または下方制御されていることに気づいた。
科学者たちは、ゼブラフィッシュモデルの個々のニューロンを分析する技術も使った。興奮性と抑制性ニューロンのバランスに違いがあることがわかって、これは脳の正常な機能にとって重要な要素なんだ。この不均衡は、けいれんに対する感受性を高めることにつながり、これは人間のSRGAP2C遺伝子を持つゼブラフィッシュでより頻繁に観察される状態だ。
ミクログリアとSRGAP2
脳に存在する免疫細胞の一種であるミクログリアもSRGAP2の変化に影響される。この細胞は脳の健康を維持するのに重要な役割を果たしている。研究によると、SRGAP2が欠けるとゼブラフィッシュのミクログリアは異なる行動を示す。枝が少なくなって、これは機能の変化の兆候なんだ。
SRGAP2が破壊されたゼブラフィッシュモデルは、ミクログリアの活動に変化を示し、これらの免疫細胞が脳の発達と機能に重要であることを示唆している。この発見は、SRGAP2、ミクログリア、および全体的な脳の健康との間に可能性のある関連性を指し示している。
目の発達と機能
SRGAP2の役割は脳だけに限らない。研究者たちは、目の発達にも関与していることを発見した。SRGAP2が欠けているか人間のバージョンを発現させているゼブラフィッシュでは、目の発達に変化が見られた。視力に関連する特定の遺伝子の発現が変わったけど、魚は生後5日目までには主要な目の構造をすべて形成していた。
魚に対して行ったテストでは、SRGAP2に変化があった魚が光に対する反応に違いを示した。照明条件の変化に対してより早く反応し、視覚処理能力が向上していることを示している。
結論:SRGAP2研究の含意
ゼブラフィッシュにおけるSRGAP2に関する発見は、似た遺伝子が人間でどのように機能するかを理解する手助けとなる。結果は、脳の発達、ミクログリアの機能、視覚系の発達における遺伝子の重要性を強調していて、他の霊長類とは異なる人間の特有の特徴における役割をほのめかしている。
ゼブラフィッシュでこれらの側面を研究することで、研究者は遺伝的要因が発達にどう影響するかや、これらの遺伝子の変化から生じる可能性のある状態についてさらに明らかにしたいと考えている。この種の研究は、人間における特定の特徴がどのように進化したのか、またそれらがさまざまな神経学的状態とどう関連しているのかを探る新しい道を開いていく。
タイトル: Zebrafish models of human-duplicated SRGAP2 reveal novel functions in microglia and visual system development
概要: The expansion of the human SRGAP2 family, resulting in a human-specific paralog SRGAP2C, likely contributed to altered evolutionary brain features. The introduction of SRGAP2C in mouse models is associated with changes in cortical neuronal migration, axon guidance, synaptogenesis, and sensory-task performance. Truncated SRGAP2C heterodimerizes with the full-length ancestral gene product SRGAP2A and antagonizes its functions. However, the significance of SRGAP2 duplication beyond neocortex development has not been elucidated due to the embryonic lethality of complete Srgap2 knockout in mice. Using zebrafish, we show that srgap2 knockout results in viable offspring and that these larvae phenocopy "humanized" SRGAP2C larvae, including altered morphometric features (i.e., reduced body length and inter-eye distance) and differential expression of synapse-, axonogenesis-, and vision-related genes. Through single-cell transcriptome analysis, we demonstrate a skewed balance of excitatory and inhibitory neurons that likely contribute to increased susceptibility to seizures displayed by Srgap2 mutant larvae, a phenotype resembling SRGAP2 loss-of-function in a child with early infantile epileptic encephalopathy. Single-cell data also shows strong endogenous expression of srgap2 in microglia with mutants exhibiting altered membrane dynamics and likely delayed maturation of microglial cells. Microglia cells expressing srgap2 were also detected in the developing eye together with altered expression of genes related to axonogenesis in mutant retinal cells. Consistent with the perturbed gene expression in the retina, we found that SRGAP2 mutant larvae exhibited increased sensitivity to broad and fine visual cues. Finally, comparing the transcriptomes of relevant cell types between human (+SRGAP2C) and non-human primates (-SRGAP2C) revealed significant overlaps of gene alterations with mutant cells in our zebrafish models; this suggests that SRGAP2C plays a similar role altering microglia and the visual system in modern humans. Together, our functional characterization of conserved ortholog Srgap2 and human SRGAP2C in zebrafish uncovered novel gene functions and highlights the strength of cross-species analysis in understanding the development of human-specific features. Abstract (short)SRGAP2C has been implicated in contributing to altered brain features in the evolution of humans. However, the significance of SRGAP2 duplication beyond neocortex development has not been elucidated due to the embryonic lethality of complete Srgap2 knockout in mice. Using zebrafish, we show that srgap2 knockout results in viable offspring that phenocopy "humanized" SRGAP2C larvae. Morphometric, behavioral, and transcriptome analyses collectively suggest srgap2 impacts axonal guidance, synaptogenesis, and seizure susceptibility. Beyond neurons, Srgap2 functions in controlling membrane dynamics and maturation of microglial cells, possibly leading to altered axonogenesis in the developing retina and increased sensitivity to broad and fine visual cues. Comparing relevant transcriptomes between human and nonhuman primates suggests that SRGAP2C similarly impacts microglia and vision in modern humans. Our functional characterization of conserved ortholog Srgap2 and human SRGAP2C in zebrafish uncovered novel gene functions and highlights the strength of cross-species analysis in understanding the development of human-specific features.
著者: Megan Y. Dennis, J. M. Uribe-Salazar, G. Kaya, K. B. Weyenberg, B. Radke, K. K. Hino, D. C. Soto, J.-L. Shiu, W. Zhang, C. Ingamells, N. K. Haghani, E. Xu, J. Rosas, S. Simo, J. Miesfeld, T. Glaser, S. C. Baraban, L.-E. C. Jao
最終更新: 2024-09-27 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.11.612570
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.11.612570.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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