研究研究は、ヒト脳皮質における明確なニューロンサブタイプの開発を促進する遺伝子ネットワークを発見する

人間の脳は、さまざまな役割と機能を持つ幅広い細胞タイプを含むことが知られています。脳内の細胞、特にその最も外側の層（すなわち、大脳皮質）が徐々に専門化され、特定の役割を引き受けるプロセスは、多くの過去の神経科学研究の焦点でした。

カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）の研究者は、単一細胞のトランスクリプトームを使用して収集されたさまざまなデータセットを分析しました。 遺伝子発現 個々の細胞では、脳の発達中に異なる細胞タイプの出現をマッピングします。

彼らの発見、 公開 で 自然神経科学、ヒト脳皮質の細胞の専門化を促進する遺伝子「プログラム」を発表します。

「このプロジェクトは当初、小さなバイオインフォマティックサイドプロジェクトとして始まった」と論文の上級著者であるAparna BhaduriはMedical Xpressに語った。

「公開されているデータセットを探索するために統合していました 遺伝子発現パターン 脳の発達中、しかし私たちが進むにつれて、私たちはこれらが 遺伝子ネットワーク– またはモジュール – 発達中のヒト皮質で異なる細胞タイプがどのように出現するかについての貴重な洞察を提供しました。これらの発見の潜在的な影響を認識して、私たちは作業を包括的な研究に拡大しました。」

Bhaduriと彼女の同僚による研究の主な目的は、大脳皮質の細胞型の仕様に寄与する共発現遺伝子ネットワークを明らかにすることでした。これらの遺伝的モジュールを明らかにすると、人間の脳の健全で非定型の発達を支える全体的なプロセスに新たな光を当てることができました。

「過去数年にわたって、多くの異なる研究グループが発達中の人間の脳の分子プロファイルを作成してきました」と、論文の最初の著者であるパトリシア・R・ナノはMedical Xpressに語った。 「しかし、脳の複雑さを考えると、これらのプロファイルはそれぞれ、脳の発達の特定の時点だけをカバーしています。」

チームの調査は、過去数十年にわたって収集された大規模なデータセットをよりよく理解し、シングルセルレベルでの遺伝子発現の「メタアトラス」に統合することを目的とした小さなサイドプロジェクトとして始まりました。しかし、彼らがこのメタ・アトラスを作成した後、バドゥリ、ナノとその同僚は、セルの専門化を促進する遺伝子モジュールを特定するためにそれを使用できることに気付きました。

「これらのモジュールが異なる細胞タイプがどのように形成され、洗練されているかを表すことができることを確認すると、発達中の人間の脳を調べる他の人を本当に助けることができる何かがあることがわかりました」とナノは言いました。 「その後、私たちの研究は、人間の脳を形作るモジュールを識別するだけでなく、人間のモデルでこれらのモジュールの機能をテストするために設定された論文に拡大しました。 脳の発達。」

彼らの研究の最初のステップとして、研究者は、単一細胞RNAシーケンス技術を採用した以前の研究で収集されたデータを組み合わせて集合的に分析しました。これらのデータは、脳の発達中の個々の細胞の遺伝子活性を本質的に説明しています。

「これらの多様なデータセットで同様の発現パターンを示した遺伝子をクラスタリングすることにより、「遺伝子共発現ネットワーク」またはモジュールを特定し、特定の発達段階で一緒に働く遺伝子のグループを表しています」とバドゥリは説明しました。

「調査結果を検証するために、これらのモジュールが実際のヒト脳組織で活性であるかどうかをテストし、顕微鏡と染色方法を使用して発現パターンを確認しました。」

特定された遺伝子モジュールが実際のヒト脳組織で活性であることを確認した後、研究者は、幹細胞を使用して作成された発達中のヒト脳の3次元（3D）および小型化されたモデルである脳オルガノイドモデルを使用してさらなる実験を実施しました。これらのモデルを使用して、これらのモジュールが特定のニューロンタイプの形成に寄与することを実験的に検証しました。

「私たちの研究は、ヒト大脳皮質の異なるニューロンサブタイプの開発を促進する特定の遺伝子ネットワークを特定し、検証しました」とバドゥリは述べました。 「たとえば、深層ニューロンの作成に不可欠なモジュールを特徴づけ、神経発達障害に関連する遺伝子の以前は未知の役割を明らかにしました。」

この研究は、人間の出現を支える遺伝的プロセスについての新しい貴重な洞察を集めました 大脳皮質開発の初期段階での複雑さ。

将来、研究者によって作成されたメタアトラスは、自閉症や知的障害など、さまざまな発達障害の発達の背後にある正確な遺伝的および分子メカニズムをよりよく理解するのにも役立ちます。

「人々が特に役立つように私たちに言ったのは、さまざまな時期に異なるラボによって作成されたデータセットから、細胞のfateがどのように発生するかを説明する遺伝子モジュールを特定できるという事実です。

「言及されたAparnaの例と同様に、私たちのモジュールは、疾患リスクの遺伝子が脳内の特定の細胞タイプを制御できる新しい方法を明らかにすることができます。」

バドゥリ、ナノと彼女の同僚は、彼らが作成したメタアトラスが世界中の他の研究グループにとって貴重なリソースになることを望んでいます。たとえば、神経科学者は、特定の発達障害と神経障害と診断された個人で破壊されるポイント遺伝子ネットワークをピン留めするのに役立ちます。

「私たちは、人間の脳がどのようになり、これらの遺伝子プログラムが健康な発達や神経障害においてどのように重要であるかを理解し続けることに非常に興奮しています」とバドゥリは付け加えました。

「たとえば、使用しました 膠芽腫における同様のメタアトラスアプローチ、致命的な脳がん、そして私たちのメタアトラスを統合しています 人間の脳 幹細胞機能と意思決定の他の尺度を備えた開発。

「私たちはまた、さらに探索することに興味があります 神経発達障害 そして、この発達的アトラスのモジュールをそれらの発達の軌跡と比較します。」

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