海馬回神経細胞 - てんかんと精神疾患の背後にある破壊的な力

背景紹介

結節性硬化症（Tuberous Sclerosis Complex、TSC）は複雑な多系統遺伝性疾患で、脳、皮膚、心臓、腎臓などの複数の器官に年齢とともに病変が現れることが特徴です。臨床的には、TSCはてんかん、精神発達障害などの一連の症状を示します。TSCはTSC1またはTSC2遺伝子の機能喪失変異によって引き起こされ、これらの遺伝子はそれぞれHamartinおよびTuberinタンパク質をコードします。変異はTSC1-TSC2複合体の機能障害を引き起こし、これにより哺乳類のラパマイシン標的タンパク質（mTOR）経路が活性化されます。この経路の過剰活性化は、多くの遺伝性および後天性のてんかんと関連していることが確認されています。

GABA作動性中間神経細胞は、神経回路のバランス、興奮と抑制の調整、認知機能の調節に重要な役割を果たしています。TSCでは、GABA作動性神経細胞の機能障害がネットワーク活動の混乱と関連する神経系の症状の主な原因であると考えられています。この機能障害は特定の細胞タイプによる可能性があります。この研究の焦点は、TSCにおける特定の中間神経細胞亜群、特に内側膨大区（medial ganglionic eminence、MGE）および尾部膨大区（caudal ganglionic eminence、CGE）由来の中間神経細胞を特定することです。

著者と出典

この論文は「Impaired GABAergic Regulation and Developmental Immaturity in Interneurons Derived from the Medial Ganglionic Eminence in the Tuberous Sclerosis Complex」というタイトルで、Mirte Scheper、Frederik N. F. Sørensen、Gabriele Ruffoloなどが共著しています。著者らはアムステルダム大学医療センター、コペンハーゲン大学健康と医学科学学部、サピエンツァ大学、ロンドン大学ユニバーシティカレッジ・クイーンズスクエア神経学研究所、オランダのユトレヒト大学医療センター、クイーンズランド大学などの研究機関に所属しています。この論文は《Acta Neuropathologica》誌の2024年、第147巻、第80頁に掲載されています。

研究プロセスと方法

TSCにおけるGABA作動性神経細胞の失調を詳細に理解するために、この研究ではシングルニュクレオチドRNAシーケンス（single nuclei RNA sequencing、snRNA-seq）法を用いて、TSC患者と対照群の脳サンプルを分析しました。

サンプルの取得と処理

アムステルダム大学医療センター、ユトレヒト大学医療センター、およびクイーンズランド児童病院からの手術および死亡後の脳組織が研究に使用されました。対照群サンプルは、てんかんや他の神経系疾患の病歴がない年齢一致のコントロール群から、死亡後9時間以内に取得されました。すべてのコントロール群では、前頭皮質または中前頭領域を分析のために選びました。

シングル核RNAシーケンス

冷凍組織から核を抽出し、蛍光標識細胞分取（FACS）を行いました。10× GenomicsのChromium Single Cell 3’ Reagent Kits v3.1を使用してRNAシーケンスライブラリを作成し、Illumina NovaSeq 6000プラットフォームでシーケンスを行いました。データの前処理と分析を通じて、ユニークな分子識別子（UMIs）を含む発現マトリックスをSeuratソフトウェアに取り込み、さらに処理を行いました。

免疫組織化学および電気生理学的記録

研究結果をさらに検証するために、免疫組織化学技術を用いてTSC患者の脳におけるsst+中間神経細胞を標識しました。また、アフリカツメガエル卵母細胞を用いてGABAA受容体サブユニットのGABA親和性への影響を検出する機能評価を行いました。

主な研究結果

GABA作動性中間神経細胞の失調

シングル核RNAシーケンスにより、TSC患者のsst+中間神経細胞が未成熟な特性を示し、異常なNKCC1/KCC2比率があることが明らかになりました。この特性は、塩素イオンの恒常性の不均衡を示し、GABA作動性シグナルの抑制特性の減少を引き起こします。さらに、sst+中間神経細胞におけるGABAA受容体α1サブユニットのダウンレギュレーションとα2サブユニットのアップレギュレーションも、機能的および発育の失調を示しています。

データ分析とサブグループの特定

UMAP（統合多様体近似と投影）分析を利用して中間神経細胞を複数のクラスターに分け、特定のマーカーの発現に基づいてさらに分類しました。研究は、TSCにおいてMGEおよびCGE由来の中間神経細胞がそれぞれ異なる遺伝子発現パターンと成熟状態を示していることを明らかにしました。

未成熟な機能的特徴

電気生理学実験では、TSCの脳組織の膜上でGABAA受容体の機能テストを行い、さまざまなサブユニット構成比率の受容体がGABAへの親和性が低いことが発見されました。これにより、TSCにおけるsst+中間神経細胞の未成熟な特徴がさらに支持され、これらの神経細胞の機能障害がTSC患者のてんかん発作や他の神経機能障害の原因である可能性が示唆されました。

脳組織内の局在化と移行の問題

研究はまた、TSC患者においてsst+中間神経細胞が皮質の深部（L5/6）に主に分布し、対照群のsst+中間神経細胞が浅層および深層に均等に分布していることを発見しました。これは、TSCにおいてこれらの中間神経細胞の移行問題が存在し、皮質の層化異常に関連している可能性があることを示唆しています。

結論と価値

この研究は、特にMGE由来のsst+中間神経細胞の未成熟な特徴に焦点を当てて、TSCにおけるGABA作動性中間神経細胞の失調を明らかにしました。包括的な分子および機能分析を通じて、これらの神経細胞がTSCにおいて異常であることが患者の神経ネットワーク活動の混乱、てんかん発作およびさまざまな神経精神症状の原因である可能性が示されました。

研究のハイライト

本研究のハイライトは、シングル核RNAシーケンス技術を活用して、TSC患者におけるGABA作動性中間神経細胞の失調の特徴を詳細に分析し、特にsst+中間神経細胞の未成熟な現象およびその機能および局在化の異常を示した点です。また、複数の実験手段を通じてこの重要な発見を総合的に検証し、将来のTSCに対する治療戦略に重要な参考資料を提供しました。

この研究はTSCにおける神経ネットワークの失調メカニズムの理解を拡大するだけでなく、精密医療の発展に新たな視点を提供しました。将来的には、sst+中間神経細胞の具体的な機能的役割と相互作用メカニズムを明らかにするために、より深い電気生理学的および分子レベルの研究を行うべきです。これにより、TSCおよび関連する神経精神障害の治療に新しい治療ターゲットが提供される可能性があります。