BGI主導の研究で、世界初の脳再生の時空間地図を作成
HANGZHOU, CHINA, September 2, 2022 /EINPresswire.com/ -- BGI-Researchが率いる多機関共同研究チームは、BGI Stereo-seq技術を使用して、世界初のアホロートル（Ambystoma mexicanum）の脳の発達と再生の時空間細胞アトラスを作成し、脳の損傷がどのようにして自然治癒できるかを解明しました。この研究は、『Science』誌の最新号に掲載されました。
研究チームは、サンショウウオの脳の発生と再生を解析し、サンショウウオの脳の再生過程における重要な神経幹細胞サブセットを特定し、その幹細胞サブセットによる損傷した神経細胞の再生について説明しました。同時に、脳の再生と発達には共通点があることも明らかにし、認知脳の構造や発達に役立つとともに、神経系の再生医療研究や治療に新たな方向性を与えるものと期待されます。
哺乳類とは対照的に、脊椎動物の中には中枢神経系の一部を含む複数の器官を再生する機能を持つものがいます。その中でもアホロートルは、手足、尾、目、皮膚、肝臓などの臓器だけでなく、脳も再生することができます。アホロートルは、ゼブラフィッシュなどの他のテレオストと比較して進化的に進んでおり、哺乳類の脳構造との類似性が高いことが特徴です。そこで、本研究では、脳再生研究の理想的なモデル生物としてアホロートルを用いました。
これまでの研究では、脳の再生にどのような細胞や経路が関与しているのか、部分的な特徴しか明らかにされていませんでした。本研究では、BGIのStereo-seq技術を用いて、サンショウウオの脳発達の時空間マップを6つの重要な発達時期にわたって単一細胞解像度で作成し、さまざまな神経細胞の分子特性や空間分布の動的変化を明らかにしました。研究者達は、発生初期には脳室帯領域に位置する神経幹細胞のサブタイプの区別は困難であり、思春期から空間的な領域特性を持った専門化が始まることを発見した。この発見は、サブタイプによって再生時に異なる機能を担っている可能性を示しています。
研究チームは、サンショウウオの大脳皮質の損傷後、7時点（2、5、10、15、20、30、60日目）の脳を採取し、細胞の再生について解析しました。
傷害の初期段階では、傷の部分に新しい神経幹細胞の亜型が現れ始め、15日目には傷の部分に部分的な組織結合が現れました。20日目と30日目には、傷口が新しい組織で埋められたことが観察されましたが、その細胞構成は非損傷部位とは大きく異なっていました。そして、60日目には、細胞の種類と分布が非傷害部位と同じ状態に戻っていました。
サンショウウオの脳の発生と再生における分子変化を比較したところ、神経細胞の形成過程が発生時と再生時で極めて類似していることを発見しました。この結果は、脳の損傷によって、神経幹細胞が逆に発生初期の状態に変化し、再生プロセスを開始する可能性を示しています。
「私たちは、アホロートルをモデル生物として、脳の再生過程における重要な細胞種を特定しました。この発見は、哺乳類の神経系における再生医療に新たなアイデアと指針を与えるでしょう」と、論文の共同責任著者であるBGI-Researchの取締役補佐、Ying Gu博士が説明しました。
「脳は、神経細胞が相互に接続された複雑な器官です。したがって、中枢神経系の再生医療では、神経細胞の空間構造を再構築するだけでなく、その組織内結合の具体的なパターンを再構築することが大きな目標になります。よって、今後の研究において、脳の3次元構造を再構築し、再生時の脳領域間の全身反応を理解することが重要です。」
BGIのほか、広東省人民医院、華南師範大学、武漢大学、中国科学院大学生命科学研究院、深圳湾研究所、ホワイトヘッド研究所、コペンハーゲン大学など、中国、米国、デンマークの研究者が参加し、倫理承認を得た上で、実験室で育てたアホロートルを使用した研究です。
研究チームは、サンショウウオの脳の発生と再生を解析し、サンショウウオの脳の再生過程における重要な神経幹細胞サブセットを特定し、その幹細胞サブセットによる損傷した神経細胞の再生について説明しました。同時に、脳の再生と発達には共通点があることも明らかにし、認知脳の構造や発達に役立つとともに、神経系の再生医療研究や治療に新たな方向性を与えるものと期待されます。
哺乳類とは対照的に、脊椎動物の中には中枢神経系の一部を含む複数の器官を再生する機能を持つものがいます。その中でもアホロートルは、手足、尾、目、皮膚、肝臓などの臓器だけでなく、脳も再生することができます。アホロートルは、ゼブラフィッシュなどの他のテレオストと比較して進化的に進んでおり、哺乳類の脳構造との類似性が高いことが特徴です。そこで、本研究では、脳再生研究の理想的なモデル生物としてアホロートルを用いました。
これまでの研究では、脳の再生にどのような細胞や経路が関与しているのか、部分的な特徴しか明らかにされていませんでした。本研究では、BGIのStereo-seq技術を用いて、サンショウウオの脳発達の時空間マップを6つの重要な発達時期にわたって単一細胞解像度で作成し、さまざまな神経細胞の分子特性や空間分布の動的変化を明らかにしました。研究者達は、発生初期には脳室帯領域に位置する神経幹細胞のサブタイプの区別は困難であり、思春期から空間的な領域特性を持った専門化が始まることを発見した。この発見は、サブタイプによって再生時に異なる機能を担っている可能性を示しています。
研究チームは、サンショウウオの大脳皮質の損傷後、7時点（2、5、10、15、20、30、60日目）の脳を採取し、細胞の再生について解析しました。
傷害の初期段階では、傷の部分に新しい神経幹細胞の亜型が現れ始め、15日目には傷の部分に部分的な組織結合が現れました。20日目と30日目には、傷口が新しい組織で埋められたことが観察されましたが、その細胞構成は非損傷部位とは大きく異なっていました。そして、60日目には、細胞の種類と分布が非傷害部位と同じ状態に戻っていました。
サンショウウオの脳の発生と再生における分子変化を比較したところ、神経細胞の形成過程が発生時と再生時で極めて類似していることを発見しました。この結果は、脳の損傷によって、神経幹細胞が逆に発生初期の状態に変化し、再生プロセスを開始する可能性を示しています。
「私たちは、アホロートルをモデル生物として、脳の再生過程における重要な細胞種を特定しました。この発見は、哺乳類の神経系における再生医療に新たなアイデアと指針を与えるでしょう」と、論文の共同責任著者であるBGI-Researchの取締役補佐、Ying Gu博士が説明しました。
「脳は、神経細胞が相互に接続された複雑な器官です。したがって、中枢神経系の再生医療では、神経細胞の空間構造を再構築するだけでなく、その組織内結合の具体的なパターンを再構築することが大きな目標になります。よって、今後の研究において、脳の3次元構造を再構築し、再生時の脳領域間の全身反応を理解することが重要です。」
BGIのほか、広東省人民医院、華南師範大学、武漢大学、中国科学院大学生命科学研究院、深圳湾研究所、ホワイトヘッド研究所、コペンハーゲン大学など、中国、米国、デンマークの研究者が参加し、倫理承認を得た上で、実験室で育てたアホロートルを使用した研究です。
Richard Li
BGI Group
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