マイクロナスがどのように発達している脳の「青写真」として機能するか

私たちの脳には数十億のニューロンと数兆のつながりが含まれており、科学者はこのレベルの複雑さを構築するために必要な複雑なプロセスを理解し始めたばかりです。これには、マイクロRNAの役割を明らかにすることが含まれます。脳全体および他の体全体のタンパク質産生を調節するのに役立つ小さく、一本鎖分子です。

現在、Scrippsの研究科学者は、MicroRNAがPurkinje細胞の発達にどのように影響するかを明らかにしました。これは、神経発達障害へのリンクを持つまれなタイプのニューロンです。彼らの発見、 公開 で ニューロン、これらの条件の複雑な起源を明らかにするのに役立つ可能性があり、老化、可塑性、およびその他の主要な脳プロセスにどのように関与しているかに光を当てています。

「発達中の脳におけるマイクロRNAネットワークの分析は、特にPurkinje細胞で最も影響を受けた神経症のサブタイプである神経発達障害を理解するために重要な意味を持っています。 自閉症スペクトラム障害、スクリップス研究の神経科学准教授である上級著者のジョルダーノ・リッピは言います。

以前の研究では、マイクロRNAが脳の発達に重要であることが示唆されていますが、分化におけるそれらの特定の役割（特殊な細胞に成熟する幹細胞のプロセス）は不明のままでした。

「ニューロンが発達するとき、彼らはある時点でどのサブタイプになるかを決定する必要がありますが、この差別化を指示する青写真についてはあまり知りませんでした」とLippi氏は言います。 「MicroRNAがここで非常に重要な役割を果たしている可能性があることを示唆する多くの証拠がありましたが、ツールが十分ではなかったため、これまでその質問を実際に特定することはできませんでした。」

チームは、小脳の細胞の1％未満を含むPurkinje細胞に焦点を合わせました。 Purkinje細胞は、脳と体のさまざまな部分からの情報を統合し、滑らかで制御された動きを作ることができます。それらは最大の脳細胞の一部であり、木のような外観を持っています。樹状アーバーとして知られる「枝」のシステムをサポートする単一の軸索「トランク」です。 Purkinje細胞は、細胞の樹状突起を包み込み、脳の他の部分から情報を提供する登山繊維と呼ばれる構造に囲まれています。

プルキンエ細胞の発達には、大きなサイズと精巧なアーバーを獲得するために、成長と分岐の長期にわたる期間が含まれます。マウスでは、Purkinje細胞の発達の長いプロセスは、出生後4週間ほど完了しています。

マイクロRNAがニューロン分化にどのように関与しているかを調査するために、チームは特定の発達窓の間に一時的にマイクロRNA機能をオフにする新しいツールを開発しました。彼らは、Purkinje細胞の発達における2つの段階でマイクロRNAが重要であることを発見しました。出生後の最初の1週間にマイクロRNAを阻害すると、樹状細胞と小脳が少ないプルキンエ細胞が生成されました。

対照的に、出生後3週間のマイクロRNAを阻害すると、プルキンエ細胞が登山繊維とのシナプス接続を形成することができなくなりました。これらの発見は、マイクロRNAが以前に同時に発生すると考えられていたPurkinje細胞開発のさまざまな側面の正確なタイミングをどのように制御するかを明らかにしました。

統合構造の教授である共同著者のイアン・マクレーとの共同および 計算生物学 Scripps Researchでは、チームも開発しました マウスモデル MicroRNA分子が標的としていた遺伝子を特定するため。このシステムを使用して、プルキンエ細胞の発達（miR-206およびmiR-133）と4つの遺伝子ターゲット（Shank3、Prag1、Vash1、およびEN2）に重要な2つのmicroRNAを特定しました。

Purkinje細胞のマイクロRONAターゲットマップを、機能的に異なるが似たような脳細胞であるピラミッド型ニューロンのマップと比較したとき、2つの細胞タイプが発達中に非常に異なるMicroRNA青写真に従うことを示しました。

「初めて、特定のマイクロRNAがプルキンエ細胞で濃縮されているが、 ピラミッドニューロン「リッピは言う」と、これらのマイクロRNAをオフにすることで、Purkinje細胞のユニークな形態学的特徴の発達にとってどれほど重要かを示します。」

特に、Purkinje細胞開発に関与する3つのターゲットは、細胞の成長のための「ブレーキ」として機能します。 MicroRNAがこれらのターゲットに結合すると、ブレーキを脱ぎます。これにより、Purkinje細胞は誇張された樹状アーバーを成長させることができます。

これらの遺伝子標的のいくつかは以前にリンクされていました 神経発達障害。

「我々の結果は、脳の特定の領域におけるマイクロRNAターゲットネットワークの調節不全がこれらの病気のいくつかの原因である可能性があることを示唆しているようです」と、LIPPIラボのポスドク会員であるNorjin Zolboot氏は述べています。 「私たちは実際にこれらのメカニズムを探求していませんが、これは将来調査することを楽しみにしているものです。」

今後、チームは新しいツールセットを使用して、開発、神経可塑性、および老化におけるマイクロRNAの役割をさらに調査することも計画しています。

「これらの新しいツールでは、多くのドアが開いています」とLippi氏は言います。 「私たちはマイクロRNAがしていることの表面をかろうじて傷つけましたが、今ではこれらすべてを徹底的に調査する方法があります。これは、フィールドで広く使用される非常に強力なツールセットだと思います。」

Lippi、Macrae、およびZolbotに加えて、この研究の著者には、Yao Xiao、Jessica Du、Marwan Ghanem、Su Yeun Choi、Miranda Junn、Federico Zampa、Scripps ResearchのZeyi Huangが含まれます。