京都大学やその他の機関の研究で示されているように、脳の発達中に神経細胞の遺伝物質が損傷されると、問題が持続すると機能低下が引き起こされる可能性があります。この発見により、いくつかの神経学的状態の背後にあるメカニズムが解明されました。
健学教授は、京都大学の共同研究者らとともに、京都市で脳形成の初期段階でニューロンのDNAが損傷を受けていることを明らかにした。
京都大学などの研究チームは、脳の形成過程で神経細胞のDNAが損なわれることをラットの実験で確認した。この損傷は、幹細胞に由来するニューロンが組織内の制限された空間を横切り、核の形状を大幅に変更する可能性のある力を加えるときに発生します。
ほとんどの怪我は自然治癒します。しかし、損傷が続くと神経機能障害が生じ、病気が発症する可能性があります。この研究の結論は、英国の権威ある科学雑誌であるネイチャー誌に掲載されました。この発見の重要性は、最終的に複雑な神経障害につながる可能性のある細胞事象についてのより深い理解を提供することにあります。
最外層である大脳皮質には、数十億のニューロンが存在します。これらの神経細胞は深部の幹細胞から発生し、密な組織を通って移動して皮質に到達します。この経路に力が加わっていると考えられていましたが、この現象が実際に生体で観察された例はほとんどなく、この研究の方法論は神経科学における注目すべき進歩と言えます。
京都大学の研学みね子教授とそのチームは、大脳皮質の発達期におけるマウスの神経細胞の旅を追跡しました。彼らは、細胞がより緻密な組織を通過する際に、核の形状が大きく変化し、核内のDNAの二重らせん構造が壊れることを発見した。
DNA 二本鎖の切断が細胞死や癌の発生を引き起こす可能性があることは確立された知識です。しかし、今回の研究では、移動と大脳皮質の形成が完了すると、二本鎖切断は消失し、マウスの脳は正常な発達をたどった。
研究をさらに進めるために、脳内の狭い通路を人工的にシミュレートする実験が行われました。神経細胞と癌細胞は、核の直径よりも小さいこれらの通路にさらされました。がん細胞も狭い空間で圧縮されると DNA 二本鎖切断を受けることが知られています。観察された違いは、癌細胞では核膜が破裂しているのに対し、神経細胞では核膜が無傷であるということでした。
がん細胞では、核膜が破壊されると DNA が細胞内の分解酵素と接触し、破壊が引き起こされます。ニューロンの分析により、通常、核内のDNAのねじれを元に戻すように作用する酵素であるトポイソメラーゼも、機械的ストレスによる破壊を誘発していることが明らかになった。しかし、これらの切断は遺伝子機能に必須ではない領域に集中しており、すぐに修復されました。
DNAを修復する能力を欠損するようにマウスを遺伝子組み換えしたところ、最初は神経細胞が正常に発達したように見えた。しかし、その後、炎症細胞の活性化と神経機能に重要な遺伝子の発現の減少が観察されました。加齢に伴い、これらの動物の小脳機能は低下し始め、歩行の変化などの障害が認められました。
賢学教授は「脳ゲノムにおけるDNA損傷の意味を明確に理解したい」と今後の研究目標を語る。