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# 生物学# 神経科学

脳細胞再生への新たな希望

研究が脳細胞の置き換えと再生の可能性のある道筋を明らかにしている。

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脳細胞の置き換えの突破口脳細胞の置き換えの突破口変えるかも。新しい発見がニューロン再生療法を革命的に
目次

長い間、科学者たちは大人になって失った脳細胞は再生できないと信じていた。この考えは100年以上前に確立され、長い間残っていた。でも、ラモン・イ・カハールのような研究者たちは、未来の科学者たちに大人の脳が自分自身を癒す方法を見つけるよう挑戦した。脳細胞を交換できる能力は、脳を傷つける病気や加齢による認知の低下に直面している人々に新たな希望を提供するかもしれない。

最近、科学者たちは脳内の細胞があるタイプから別のタイプに変わる方法について興奮する発見をしている。この能力は、損傷した神経細胞を置き換える手法を開発するための扉を開いた。研究によると、特定の種類の非神経細胞を神経細胞に変えることができることが分かっている。例えば、いくつかの研究では皮膚細胞が筋肉細胞に変わることが示されていて、特定の条件下で細胞が役割を変えることができることが分かっている。

もう一つの大きな発見は、神経細胞をサポートする脳のグリア細胞を神経細胞に変える方法が分かったことだ。このプロセスは最初にラボの研究で観察され、現在も研究の焦点となっている。科学者たちは、これが生きた脳でも可能かどうか、特に高齢の動物において調査している。

転写因子の役割

科学者たちは、グリア細胞を神経細胞に変える手助けをする特定のタンパク質、転写因子を特定した。これらのタンパク質は、変換プロセス中にスイッチが入ったり切れたりする遺伝子を制御するため、重要だ。異なる研究グループがこの変換を促進できるさまざまな転写因子を見つけた。一部の因子にはNeurog2やAscl1、Pax6のような名前がある。

最近の研究では、特定のタンパク質PTBP1のレベルを下げることで、グリア細胞から新しい神経細胞を作るのが簡単になることが示された。マウスを使った研究では、PTBP1のレベルが減少すると、脳内の細胞が分裂を始めて新しい神経細胞に変わり始めることが観察された。これは、パーキンソン病などの神経細胞喪失を伴う病気の治療法を開発する新しいアプローチを開くかもしれない。

脳の細胞タイプの研究

これらの変化が脳でどのように起こるかを正確に理解するために、研究者たちは新しい技術を使って脳細胞を研究している。MERFISHという方法は、科学者が細胞内のさまざまな遺伝子発現を観察し、脳内の位置を維持できるようにする。このことは、細胞の場所と役割を知ることが、科学者が脳の機能を理解する手助けになるので重要なんだ。

MERFISHを使って、研究者たちは脳内のさまざまな細胞タイプとその相互関係を調べることができる。この技術は、さまざまな細胞タイプが神経新生、つまり新しい神経細胞の生成にどのように寄与するかに新たな洞察を提供している。

加齢と神経新生に関する発見

研究によると、動物が年を取るにつれて、新しい神経細胞を作る脳の能力は大幅に低下する。若い動物には、年配の動物と比べて未熟な神経細胞や神経細胞に発展できる前駆細胞がたくさんある。科学者たちが老齢のマウスの脳を調べたところ、こうした細胞はごく少数しか見つからなかった。

興味深いことに、研究者たちが老齢のマウスにMERFISHなどの技術を使ったとき、脳内の神経新生が行われることで知られる亜脳室帯に特定の細胞集団を特定することができた。これらの細胞はPTBP1やその他の潜在的な神経形成を示すマーカーの高レベルを発現していた。

PTBP1抑制の影響

PTBP1レベルの低下は、脳が新しい神経細胞を作る刺激の理解において中心的な役割を果たしている。科学者たちが老齢のマウスでPTBP1を抑制すると、未熟な神経細胞や神経新生に関与している他の細胞タイプが増加するのを観察した。この抑制によって、以前は休眠していた細胞が「目を覚まし」、新しい神経細胞になるプロセスを開始できるようになった。

治療を受けたマウスでは、未熟な神経細胞の数が増えただけでなく、神経細胞の多様性も増加した。これは、PTBP1を下げることで脳の休眠している経路が再活性化できる可能性があることを示唆していて、研究者たちに神経細胞を再生できる治療法への希望を与えている。

細胞タイプのデータ収集

研究者たちは、MERFISHを使って老化した脳で異なる神経細胞とグリア細胞のタイプを分類し、特定した。彼らは脳組織内の独自の遺伝子発現と空間的配置に基づいて異なるクラスタを定義した。これらのクラスタを理解することで、研究者たちは老化した脳における神経新生の機能をより良く理解できる。

この作業を通じて、科学者たちは若いマウスと老齢のマウスの脳の細胞の景観を表す詳細な細胞アトラスを作成した。このデータは、神経新生中に何が起こるか、またそれに影響を与える要因を特定するために重要だ。

治療介入の可能性

PTBP1と神経新生プロセスにおける役割に関する発見は、このタンパク質をターゲットにすることで神経変性疾患の新しい治療法につながる可能性があることを示唆している。休眠した神経経路を復活させる可能性は、アルツハイマー病やパーキンソン病などの状態の治療に対してエキサイティングな展望を提供する。

さらに、科学者たちはこの種の介入が人間においても可能か探求している。もしマウスで見つかったような似たメカニズムが人間にも存在するなら、神経細胞の再生を促進する薬や遺伝子治療の開発につながるかもしれない。

人間と霊長類の脳の研究

研究は動物モデルだけでなく、人間の脳にも拡大している。科学者たちは、特に加齢や神経変性の文脈で人間の脳の細胞組成を理解するために同様の方法を用いている。人間の発見をマウスのものと比較することで、研究者たちは人間の脳においても似たような脳細胞タイプとプロセスが機能しているかどうかを特定しようとしている。

人間の脳を研究した際に、研究者たちはマウスで特定されたのと類似のPTBP1を発現する特定の群の上皮細胞を見つけた。この関連性は、神経再生を促進するための治療ターゲットを人間の脳で見つける可能性をさらに支持している。

結論

神経細胞を再生する脳の能力を理解し、操作しようとする旅は、神経科学の中で刺激的なフロンティアを提供する。PTBP1に関する発見やさまざまな細胞タイプの複雑な相互作用は、加齢に伴う脳の低下や神経変性疾患の新しい治療法への道を開く。

今後の研究はこれらのメカニズムをより深く探求し続けるだろう。私たちの脳が自分自身を癒すことを促し、失われた機能を復活させ、多くの人々の生活の質を向上させることができるかもしれないという希望を提供している。神経新生研究の未来は明るく、この重要な分野での知識の探求は、今後数年にわたって脳のさらなる秘密を明らかにするだろう。

オリジナルソース

タイトル: Re-activation of neurogenic niches in aging brain

概要: Recent studies proposing induced glia-to-neuron conversion raised the potential for generating new neurons to replace those lost due to injury, aging or neurodegenerative diseases. Here, single-cell spatial transcriptomics [Multiplexed Error Robust Fluorescence In Situ Hybridization (MERFISH)] is used to construct a spatial cell atlas of the subventricular and dentate gyrus neurogenic niches of young and aged adult murine brain. RNAs that encode the RNA binding protein Polypyrimidine Tract-Binding Protein (PTBP1) in the aged murine brain are determined to be highest in glia that line previously active neurogenic niches. A glial cell population with ependymal character within an initially quiescent subventricular neurogenic niche in the aged murine brain is identified that upon transient suppression of PTBP1 reenters the cell cycle, replicates DNA, and converts into neurons through a canonical adult neurogenesis pathway. Glia-derived neurons migrate from this niche, with some neurons transiting to the striatum and acquiring a transcriptome characteristic of GABAergic inhibitory neurons. Similar PTBP1 expressing quiescent glia are identified in the corresponding neurogenic niche of aged human brain. Thus, transient reduction of PTBP1 holds potential for inducing the generation of new neurons in quiescent neurogenic niches of the aged nervous system, thereby offering promising therapeutic applications. Bullet point summary1) Single-cell spatial transcriptomics is used to validate active neurogenesis in the two neurogenic niches of the young adult murine brain, determine that those niches are quiescent in the aging adult brain of mice, and demonstrate the absence of neurogenesis in the aging human brain. 2) The RNA binding protein PTBP1 is determined to be most highly expressed within glia that line the aged murine and human neurogenic niches, with its transient reduction sufficient in mice to activate/re-activate expression of genes characteristic of immature neurons. 3) Suppression of PTBP1 using a single intra-cerebral-ventricular injection of PTBP1-targeting antisense oligonucleotide (ASO) induces generation of new immature neurons in the neurogenic niches of the aged mouse brain via a canonical adult neurogenesis pathway. 4) Single-cell RNA signature tracing is used to identify a) a subclass of ependymal cells in a previously quiescent neurogenic niche of the aged mouse brain that convert into GABAergic inhibitory neurons following transient suppression of PTBP1, and b) the molecular steps in the conversion process including cell cycle re-entry, DNA replication, and transcriptome changes that mimic canonical neurogenesis. 5) A similar class of PTBP1-expressing ependymal cells lining the ventricle of the aging non-human primate and human brains is identified, suggesting the promise of re-activation of neurogenesis as a therapeutic approach in humans.

著者: Bogdan Bintu, R. Maimon, C. Chillon-Marinas, S. Vazquez-Sanchez, C. Kern, K. Jenie, K. Malukhina, S. Moore, J. Cui, A. Gonginashvili, S. Moghadami, A. Monell, M. McAlonis, P. Jafar-Nejad, C. Hong, C. F. Bennett, J. Ravits, Q. Zhu, D. W. Cleveland

最終更新: 2024-01-28 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.27.575940

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.27.575940.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/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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