私たちの思考器官はなぜそれほど特別なのでしょうか?ある研究では、現代人は改変されたタンパク質のおかげでネアンデルタール人よりも多くの神経細胞を脳内で発達させたことを示している。研究者らは、マウスと培養された「ミニ脳」の研究を通じて、ヒトのタンパク質TKTL1がネアンデルタール人とは対照的に、このバージョンは、多くの認知能力にとって重要な新皮質の発達中の前頭葉における神経細胞の生産の増加につながるものです。
私たちは他のどの生き物よりも洗練された方法で理解し、計画し、協力します。脳の巨大な力が私たちの種の成功の鍵となっています。しかし、現代人の認知的優位性の発達の根底にあるものは何でしょうか?基本的に、それが私たちの進化の歴史の過程で脳のサイズの増加、したがって神経細胞の生産の増加と関連していることは明らかであるようです。興味深い疑問は、現生人類の脳が、最も近い親戚であるネアンデルタール人の脳とどの程度異なっているかということである。
どちらの種も同じような大きさの脳を持っており、最近の研究結果では、ネアンデルタール人の認知能力は、少なくとも長らく考えられていたほど現生人類の認知能力と異なっていなかったことが示されている。ただし、いくつかの違いがあった可能性があります。具体的には、脳のサイズが同等であるということは、神経細胞の数も同様であることをどの程度意味するのか、これまでは不明であった。ドレスデンのマックス・プランク分子細胞生物学・遺伝学研究所（MPI-CBG）のヴィーラント・ヒュットナー率いる研究者らは現在、この疑問を調査している。彼らは、化石DNAの分析によってネアンデルタール人の遺伝子構成が明らかになり、したがってネアンデルタール人が現生人類とはどの程度異なるタンパク質を形成しているかが明らかになったという根拠を利用した。
違いの意味を辿って
基本的に、構成要素であるアミノ酸の配列において 2 つのタイプ間で異なるタンパク質はほとんどないと言えます。しかし、科学者チームが報告しているように、顕著な例外があります。トランスケトラーゼ様 1 (TKTL1) タンパク質は、ある構成要素において私たちとネアンデルタール人とでは異なります。現生人類では、TKTL1 タンパク質は特定の配列位置にアミノ酸アルギニンを持っています。関連物質リジンはネアンデルタール人のTKTL1にあります。興味深い点は、TKTL1 がヒト胎児新皮質のすべての皮質神経細胞の由来となる前駆細胞内で形成されることがすでに知られていることでした。
研究の一環として、科学者らは現在、新皮質の発達における2つのTKTL1バージョン間のわずかな違いの重要性を調べている。これを行うために、最初はマウスをモデルとして使用しました。研究者らは遺伝子工学手法を使用して、TKTL1 がげっ歯類の胚の新皮質で形成されることを確認しました。あるグループではそれは人間バージョンであり、別のグループではそれはネアンデルタール人バージョンのタンパク質でした。これは、TKTL1のヒト変異体が、より大きな脳の原動力であると考えられている新皮質前駆細胞の一種である基底放射状グリア細胞の数を増加させたことを示した。しかし、ネアンデルタール人バージョンでは、これらの細胞は増殖しませんでした。その結果、ヒトTKTL1を持つマウス胚の脳には比較的多くの神経細胞が出現した。
ネアンデルタール人のタンパク質の神経細胞が少ない
その後、研究者らはより人間的なモデルシステムに移り、いわゆる脳オルガノイドを使った実験を行った。これらは、実験室でヒト幹細胞から成長させた神経組織で作られた器官のような小型構造物です。これらの脳オルガノイドの一部では、科学者らは現生ヒトTKTL1タンパク質のアルギニンをネアンデルタール人TKTL1の特徴であるリジンに置き換えた。次に彼らは、この「ネアンデルタール化」が人間の「ミニ脳」の発達にどのような影響を与えたかを調べた。
「TKTL1のネアンデルタール人型のアミノ酸では、現生人類型よりも生成される基底放射状グリア細胞の数が少なく、その結果、神経細胞の数も少ないことがわかりました」とMPI-CBGの筆頭著者アネリン・ピンソン氏は報告している。研究チームはまた、TKTL1が現代人にどのような影響を与えるかについての情報も得た。TKTL1は明らかに、特にいわゆるペントースリン酸経路を刺激し、その後脂肪酸合成を増加させることによって代謝に変化を引き起こす。最終的に、このタンパク質はおそらく特定の膜脂質の合成を増加させます。これらは今度は基底放射状グリア細胞の増殖に役割を果たし、それが神経細胞の産生の増加につながると研究者らは説明する。
「私たちの結果に基づいて、胎児発育中の新皮質における神経細胞の形成は、ネアンデルタール人よりも現生人類のほうが多く、主に前頭葉で形成されていると推測できます」とハットナー教授は結果を要約している。 「これが前頭葉に基づく現代人の認知能力を促進したことは十分に考えられます」と科学者は述べた。
出典: MaxPlanck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics、専門記事: Science、doi: 10.1126/science.abl6422
