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ヒトとチンパンジーの脳を分析 機能する遺伝子群はチンパンジーの7倍以上

自然科学研究機構生命創成探究センターの郷康広ごうやすひろ特任准教授らの国際共同研究グループは、ヒトの脳で特異的な発現変化を示す複数の遺伝子群(モジュール)を発見。そのモジュールに分類される遺伝子の数は、チンパンジーと比べて7倍以上に及ぶことを明らかにした。2日に米国の科学誌『ゲノム・リサーチ』オンライン版に掲載された。

ヒトとチンパンジーは約700万年前に共通の祖先から分かれたとされている。両者で遺伝子の塩基配列は大きく変わらないが、姿かたちや脳の大きさ、その働きは大きく異なっている。そこで、「ヒトとは何か?」という問いに対するひとつの切り口として、ヒトとヒトに近縁な霊長類(チンパンジー・ゴリラ・オランウータン・テナガザル・マカクザル)を対象に、機能の異なる8つの脳領域のどこでどのような遺伝子が働いているかを調べ、ヒトの脳にのみ現れる特徴を見つけ出すことを目的に分析した。
 

ヒトに特異的な特性をもつ細胞種、ついに明らかにできるか

遺伝子情報に基づいてタンパク質が合成される遺伝子発現が、共に変動している遺伝子の類似性をもとに分析したところ、24のモジュールが発見され、そのうち4つがヒトに特異的、1つがチンパンジーに特異的という結果だった。240個の遺伝子がチンパンジー系統でのみ変動したのに対し、ヒトにのみ特異的な発現変動を示す遺伝子は、7倍以上となる1851個に及んだ。また、ヒトに特異的な発現変動しているモジュールの半数以上が、海馬のニューロンや中枢神経系に存在するアストロサイトと呼ばれる細胞において上昇していた。さらに、遺伝子発現の制御に重要な後天的な変動を調べるために、遺伝子発現の統合的な解析をした結果、ヒトとチンパンジーの種の違いは、主に転写因子の発現状態・結合状態の差に起因するものであり、一方で脳の領域間の差には、主にクロマチン(DNAとタンパク質の複合体)の修飾状態の違いが関与していることが明らかになった。

今回の研究では、脳の複数領域での網羅的な解析で、実験に使用した脳領域に存在する細胞の構成(細胞種やその存在比)は同じであるという前提があった。しかし、この前提が本当に正しいかどうかの証明はまだできていない。

近年のゲノム解析技術の進歩により、単一細胞だけを用いた解析も可能になりつつあるため、郷特任准教授は今後、単一細胞での解析を通じて、今回の研究で用いた脳領域の細胞群がヒトとチンパンジーで同様であるかの検証を行うとしている。また、単一細胞を解析する技術の活用は、真の意味でヒトに特異的な特性をもつ細胞種を明らかにできる可能性も秘めており、細胞の個性を細胞単位で明らかにする技術開発も進められる予定だ。

ヒトとチンパンジーの脳の違いを分析 遺伝子の数はチンパンジーの7倍以上
画像提供:基礎生物学研究所(冒頭の写真はイメージ)

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