なぜ人間の脳はこれほど強力なのでしょうか? 英国、ヘブライ大学のパートナーが調査へ

Aug 22, 2023

ケンタッキー州レキシントン (2023 年 1 月 25 日) —ケンタッキー大学とエルサレムのヘブライ大学の研究者は、人間の脳の複雑さを研究するために提携しています。 具体的には、研究者らはこれまで知られていない新しいタンパク質が脳内に存在するかどうかをテストする予定だ。

両機関の研究室は、RNA生物学の新たな側面を研究するために、国立科学財団（NSF）と米国・イスラエル二国間科学財団（BSF）から共同助成金を獲得した。

研究者らは、「なぜ人間は、ほぼ同じ数の遺伝子を持つ他の生物よりも複雑な脳を持っているのか」という根本的な疑問に答えようと取り組んでいる。

70万ドルを超える助成金の一部として、英国医科大学分子細胞生化学部門の教授であるステファン・スタム博士と彼の研究室は、タンパク質の特性を研究し、その生物学的意味を調べている。

スタム氏の研究室は、エルサレム・ヘブライ大学アレクサンダー・シルバーマン生命科学研究所遺伝学科教授（名誉教授）のルース・スパーリング博士と提携している。 彼女は RNA 処理の専門家です。

RNA は、DNA に保持されている命令を細胞内のタンパク質に変換するメディエーターです。 その過程で、RNA は部分的に切り取られたり、接合されたりして大幅に修飾され、新しい RNA に戻されます。 場合によっては、それらの断片が円を描き、環状 RNA が形成されます。

「人間の脳には、環状RNAによってコードされている、これまで同定も研究もされていない新しい一連のタンパク質が存在し、それらが細胞内で新たな機能を果たしていると我々は提案している」とスタム氏は述べた。

環状 RNA は主に脳内に存在し、その形成は Alu 要素と呼ばれるヒトや他の霊長類に特有のゲノム要素によって促進されます。 ヒトゲノムは約 11% の Alu 要素で構成されており、霊長類における Alu 要素の拡大は脳の複雑さと相関しています。

研究チームは、霊長類に特有の環状RNAは、環状RNA内の分子がエピジェネティックな変化を受けた後にタンパク質に翻訳されるという仮説を検証する予定である。

「環状RNAはタンパク質をコードしているのでしょうか? これらのタンパク質は機能するのでしょうか？ 脳内でそれらを見つけることができますか？ スタムは言った。 「それが私たちが分析していることです。 それは一度も見られたことがない。」

研究者らは、これらの特定の環状RNAから作られた新しいタンパク質は脳内の分子の複雑さを大幅に増加させ、脳機能を強化する可能性があると提案している。

「新しいタンパク質があれば、新しい機能を持ち、人間の脳に貢献できるまったく新しいプロテオームが得られることになります」とスパーリング氏は言う。 「これは幅広い影響を及ぼします。 たとえば、遺伝的修飾子を探すことができます。 統合失調症、てんかん、自閉症、または神経疾患と相関する遺伝子修飾因子はありますか?」

スパーリング氏の研究室は、細胞内のスプライシング機構によって環状RNAがどのように作られるかを理解することに重点を置く。 彼女はジョセフ・スパーリング博士とともに、哺乳動物細胞の内因性スプライシング機構を発見し、その特徴を明らかにしました。 最近、彼女のチームは内在性スプライシングマシン内の環状 RNA を特定しました。 彼女のチームはこのシステムを使って、RNAがスプライスされるかバックスプライスされるか、それが起こるとそれぞれ直鎖状RNAと環状RNAを形成するのか、そしてそれが脳内でどのように調節されるのかを研究する予定である。

「これらのタンパク質はそれほど豊富ではありませんが、他のタンパク質の触媒機能を形成または変更する可能性があります。 したがって、脳を理解したい場合は、これらの分子に注目する必要があります」とスタム氏は言いました。

3年間のプロジェクトの一環として、スタム氏とスパーリング氏が率いる毎年夏にエルサレムのヘブライ大学で2週間のRNA生物学コースが開催される。 両大学の学生はコース中に理論的な講義を受け、実践的な実験を行います。

この出版物で報告された研究は、賞番号 2221921 に基づいて米国科学財団によって支援されました。表明された意見、調査結果、結論または推奨事項は著者のものであり、必ずしも米国科学財団の見解を反映しているわけではありません。