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10月17日 古典的遺伝学と新しい神経科学の結合(10月15日号 Cell 掲載論文)

2020年10月17日

光遺伝学や、光を使った神経記録により、脳科学は大きく変革した。ただ、このシステムで明らかになるのは、基本的には神経ネットワークの詳細で、このネットワークの活動を維持し調節している分子機構は、別の方法で探す必要がある。従って、神経ネットワークに関わる分子機構の解明には、ある行動に関わる神経を特定し、その遺伝子発現から機能と相関する分子候補を特定し、CRISPRなどを用いたreverse遺伝学で分子と機能の相関を詰めていくのが現代の方法だ。

と思っていたら、ロックフェラー大学のグループが、非近交系のマウスの機能的変化を捉えて分子を調べる古典的なForward遺伝学を近代的脳科学と組み合わせた面白い論文を発表したので紹介する。タイトルは「A Thalamic Orphan Receptor Drives Variability in Short-Term Memory (視床のリガンドが特定されていない受容体が短期記憶の多様性を発生させる)」だ。

この研究では5種類の純系マウスと、野生種を系統化した3系統をそれぞれ掛け合わせて得たF2をランダムに交配して得た非近交系マウス100個体についてT字迷路を用いた短期記憶テストを行うと、期待通り検査成績が大きく変動している。あとは、人間集団で行なうゲノム検査と同じGWAS検査を行い、スコアと相関するSNPを探した結果、5番染色体のSmart1と呼ぶ多型座を特定することに成功する。

次にこの多型が記憶力を反映しているか確認したあと、この多型の本体を明らかにする段階に入るが、人間とは違って脳組織での遺伝子発現をそれぞれの多型で調べることが簡単なので、まずSmart1遺伝子座に存在する遺伝子の、各脳領域での遺伝子発現と記憶力の相関を調べ、最終的にSmart1座に存在し機能的に記憶力と最も相関する遺伝子としてGpr12として知られる、リガンドは特定されていないG共役型の受容体を特定する。

さらに、Smart1座の多型により、Gpr12の視床での発現量が2.5倍の差があり、発現が高いほど記憶力が良いことを確認する。

あとは、迷路行動中のカルシウム流入を様々な領域で調べる回路解析を行い、Gpr12の発現量と相関して、記憶の獲得および維持過程での視床と皮質の興奮の同調性が高まることを明らかにしている。神経生理学的実験から、Gpr12がグルタミン誘導性のカルシウム反応を高めることが示されており、おそらく神経の活動閾値をGpr12が調節し、前頭皮質と視床の回路を同期させているのだろう。

以上が結果で、形質の差を見つけて、その遺伝的背景を特定することで、正常過程の解析からだけではわからない機能を明らかにするforward遺伝学が今も役に立つことを示した面白い研究だと感じた。今後Gpr12の発現や機能を標的にすることで、記憶障害治療にもつながるのではと期待している。

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