単シナプス狂犬病ウイルス (オレンジ色) で標識された皮質ニューロン。クレジット: ソーク研究所
ソーク研究所の科学者たちは、単一トランスクリプトーム支援狂犬病追跡 (START) と呼ばれる新しい脳マッピング神経技術を発表しています。この最先端のツールは、単シナプス性狂犬病ウイルス追跡と単一細胞トランスクリプトミクスという 2 つの先進技術を組み合わせて、比類のない精度で脳の複雑な神経接続をマッピングします。
この技術を使用して、研究者らは、大脳皮質の抑制性ニューロンのトランスクリプトームサブタイプによって形成される接続パターンを初めて特定しました。彼らは、ニューロンのサブタイプの接続性をマッピングするこの能力があれば、特定のニューロンや回路をより高い特異性で標的にできる新しい治療法の開発を促進できるだろうと述べている。このような治療法は、現在の薬理学的アプローチよりも効果的で副作用が少ない可能性があります。
研究、 出版された で ニューロントランスクリプトーム細胞タイプの解像度で皮質の接続性を解決した最初の研究者です。
「神経障害や神経精神障害の治療に関して言えば、私たちは本質的に、その部品を完全に理解せずに機械を修理しようとしてきました」と、主著者であり、ソーク大学の分子神経生物学教授でヴィンセント・J・コーツ教授のエドワード・キャロウェイ氏は言う。 「START は、脳の多くの部分とそれらがどのように接続されているかの詳細な青写真を作成するのに役立ちます。」
それは、エンジンや車軸が何なのかを知らずに車を修理しようとするようなものだと彼は言います。しかし、車の部品の図があれば、それらがどのように連携して車輪が回転し、車が動くのかを理解し始めることができます。その知識があれば、システムの問題を特定し、それを修正するためにどのツールが必要かを判断することがはるかに簡単になります。
脳の各部分を説明するとき、ニューロンは最初、興奮性 (脳の活動を刺激するもの) と抑制性 (活動を抑制するもの) の 2 つの大きなクラスに分類されます。これは、車のアクセルとブレーキに似ています。そこから、さらにサブクラスに分類できます。興奮性ニューロンは、それらが存在する脳の層によって分類され、抑制性ニューロンは、発現するマーカータンパク質によって識別されます。
トランスクリプトミクスの最近の進歩により、これらのサブクラスをさらに細分化できるようになりました。単一細胞 RNA シーケンスを使用することで、科学者は類似の遺伝子発現パターンを持つ細胞をグループ化し、各クラスターを特定のニューロン サブタイプとして定義できるようになりました。
「細胞の種類の定義は複雑です。なぜなら、細胞を観察するために使用する方法に応じて、細胞のグループ分けが異なる可能性があるからです」とキャロウェイ氏は言います。 「2 つの細胞は、わずかに異なる遺伝子発現パターンを持っていても同様の機能を実行する可能性があります。また、同様の遺伝子発現を持つ 2 つの細胞は、解剖学的構造、接続性、または生理学に基づいてさらに分離される可能性があります。これらの特徴の 1 つだけを考慮すると、最終的には次のような結果になる可能性があります。 START はグループを過剰に分割するか過少に分割することで、どのレベルの分類が回路機能にとって最も意味があるかを理解するのに役立ち、それによってどの細胞を新しい治療法で標的にするかがわかります。」
Sst Chordl 細胞の例 (左) は皮質層 6 への密な投影を示し、別の抑制性サブタイプである Sst Hpse Cbln4 (右) は層 4 への密な投影を示します。クレジット: ソーク研究所
「人々はすべての抑制性ニューロンを単一の均一なグループとして扱うことがよくありますが、実際には非常に多様であり、それらを1つのグループとして研究したり臨床的に標的にしようとすると、脳の機能と病気にとって重要な重要な違いが曖昧になる可能性があります」と筆頭著者のマリベル氏は述べています。パティーニョはキャロウェイの研究室の元大学院生で、現在はカリフォルニア大学サンディエゴ医学部の精神医学レジデントです。
START により、興奮性ニューロンの各皮質層が、Sst、Pvalb、Vip、および Lamp5 抑制細胞の特定のトランスクリプトーム サブタイプから選択的な入力を受け取っていることが明らかになりました。各サブタイプの独自の接続性は、特殊な脳機能に寄与すると考えられる高度な微小回路の確立に役立ちます。
たとえば、研究者らは、睡眠調節に関連すると考えられているSst Chodl細胞と呼ばれる抑制性サブタイプを解明することができた。彼らは、STARTを使用して、Chodl細胞が第6層の興奮性ニューロンに最も密に接続されている細胞タイプであることを発見しました。この細胞は、睡眠リズムを調整するために視床に投射することが知られています。
この前例のない解決により、神経科学者は、特定のニューロンのサブタイプがどのようにして脳の回路を形成し、私たちの思考、認識、感情、行動を生み出すのかを解明し続けることが可能になります。
研究者らの次のステップは、個々の細胞サブタイプを標的とするウイルスベクターと遺伝子編集技術を作成することだ。将来的には、これらのツールは、自閉症、レット症候群、統合失調症などの症状の原因となる特定のニューロン集団を選択的に変更する新しい治療法に応用される可能性があります。
「この情報が今から10年後、20年後にどのように使われるか正確にはわかりませんが、私たちが知っているのは、テクノロジーは急速に変化しており、今日の薬物による脳の治療法は脳の治療法ではないということです。将来的には治療されるでしょう」とキャロウェイは言う。 「START はこのイノベーションの推進に貢献できるため、神経科学コミュニティ全体がウイルスとリソースをすべて自由に利用できるようになります。」
他の著者には、マーリー A. ロッサ、ウィリアン ヌニェス ラゴス、およびソーク研究所のニーラクシ S. パトネが含まれます。
詳細情報:
Maribel Patiño et al、局所皮質回路の転写細胞型特異性、 ニューロン （2024年）。 DOI: 10.1016/j.neuron.2024.09.003
引用: 新しい脳マッピング ツールは次世代治療法の「スタート」になる可能性 (2024 年 9 月 30 日) (2024 年 9 月 30 日取得)
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#新しい脳マッピングツールは次世代治療法のスタートとなる可能性がある
2024-09-30 18:51:04