最古の四肢類の形態

 最古の四肢類の形態に関する研究(Beznosov et al., 2019)が公表されました。デボン紀の四肢類における既知の多様性はこの数十年間で著しく増大していますが、それらの化石記録の大半は、全容の分からないわずかな断片で構成されています。デボン紀の四肢類の形態学的および古生物学的な特徴を解釈するための枠組みは、イクチオステガ(Ichthyostega)とアカントステガ(Acanthostega)のほぼ完全な化石が中心で、より完全性が低く部分的に復元可能なヴェンタステガ(Ventastega)やチュレルペトン(Tulerpeton)の断片化石は補助的な役割を担っています。これら4属はいずれも年代が後期ファメニアン期(約3億6500万~3億5900万年前)と推定されており、これは既知最古の四肢類の断片化石よりも1000万年新しく、既知最古の四肢類の足跡化石より3000万年近く新しい、と推定されています。

 本論文は、ロシアで発見され、年代がファメニアン期の最初期(約3億7200万年前)と推定された四肢類の新属新種(Parmastega aelidae)について報告しています。この標本は、頭蓋骨および肩帯の復元を可能とする三次元的な化石片から構成されています。この新属新種の隆起した眼窩・側線管・わずかに骨化した頭蓋後方の骨格は、おもに水生で、水面を遊泳する動物だった、と示唆しています。ベイズ法および節約法に基づく系統発生学的解析では、得られた系統樹の大半でパラマステガ類が他の全ての四肢類の姉妹群に位置づけられました。


参考文献:
Beznosov PA. et al.(2019): Morphology of the earliest reconstructable tetrapod Parmastega aelidae. Nature, 574, 7779, 527–531.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1636-y

マウスの記憶学習を変化させる微生物叢

 マウスの記憶学習を変化させる微生物についての研究(Chu et al., 2019)が公表されました。多細胞生物は、ウイルス・細菌・菌類。寄生生物の複雑なコンソーシアム(微生物叢と総称されます)と共に進化してきました。哺乳類では、微生物叢の組成の変化は多くの生理学的過程(発生・代謝・免疫細胞機能など)に影響を及ぼすことがあり、さまざまな疾患への感受性と関連づけられています。微生物叢の変化はまた、社会的活動・ストレス・不安関連応答など、多様な神経精神疾患と結びつけられている宿主行動も変えることができます。しかし、微生物叢がニューロン活動や宿主行動に影響を及ぼす機構については、まだほとんど分かっていません。

 この研究は、マウスの微生物叢の操作が恐怖消去学習にどのような影響を及ぼすのか、調べました。消去学習とは、手掛かり刺激と関連づけられた出来事を変化させた時に生じる過程で、それに応じて行動が変化します。この研究はマウスを訓練し、特定の雑音とフットショック(脚に電気ショックを与えること)を関連づけさせました。これにより恐怖反応が生じ、この雑音を聞いたマウスは、すくみ行動を示しました。次に、この雑音を聞かせて電気ショックを与えるという処置を止めると、対照マウスによる条件づけされたすくみ行動は程度が弱まりましたが、無菌マウスまたは抗生物質を投与したマウス(微生物叢が枯渇したマウス)は、恐怖反応を示し続けました。また、微生物叢を選択的に再定着させる実験からは、微生物叢由来のシグナルが成体期の正常な消去学習を回復させられるるのは、新生仔期の限られた発生期間に再定着を行った場合のみである、と明らかになりました。

 微生物叢の枯渇は、神経細胞における遺伝子発現の変化およびニューロン構造の学習関連変化の異常と関連している、とこの研究は報告しています。また、この研究は、無菌マウスにおいて発現量が減少した4種類の微生物由来化合物を突き止めました。これらの化合物は、先行研究で神経精神疾患との関連が指摘されています。総合すると、これらの知見は、マウスの行動とニューロンの活動に微生物叢(と関連する代謝産物)が関わっていることを示しています。以下は『ネイチャー』の日本語サイトからの引用(引用1および引用2)です。


【神経科学】マウスの記憶学習を変化させる微生物

 このほど行われたマウスの研究で、腸内微生物相の破壊が学習行動にどのような影響を及ぼすのかが詳しく解明された。その結果について報告する論文が掲載される。腸内微生物相の変化と宿主の行動の変化が関連していることが先行研究で示唆されていたが、その背後にある駆動力が何なのかは分かっていない。今回の研究では、恐怖反応に関連するニューロンの機能と構造を調節する微生物由来のシグナルが見つかった。

 今回、David Artisたちの研究グループは、マウスの微生物相の操作が恐怖消去学習にどのような影響を及ぼすのかを調べた。消去学習とは、手掛かり刺激と関連付けられた出来事を変化させた時に生じるプロセスであり、それに応じて行動が変化する。今回の研究で、Artisたちは、マウスを訓練して、特定の雑音とフットショック(脚に電気ショックを与えること)を関連付けさせた。これによって恐怖反応が生じ、この雑音を聞いたマウスは、すくみ行動を示した。次に、この雑音を聞かせて電気ショックを与えるという処置を止めると、対照マウスによる条件付けされたすくみ行動は程度が弱まったが、無菌マウスまたは抗生物質を投与したマウス(つまり、微生物相が枯渇したマウス)は、恐怖反応を示し続けた。

 微生物相の枯渇は、神経細胞における遺伝子発現の変化とニューロン構造の学習関連変化の異常と関連していたことをArtisたちは報告している。また、Artisたちは、無菌マウスにおいて発現量が減少した4種類の微生物由来化合物を突き止めた。これらの化合物は、先行研究で神経精神疾患との関連が指摘されている。総合すると、これらの知見は、マウスの行動とニューロンの活動に微生物相(と関連する代謝産物)が関わっていることを示している。


神経科学:微生物相がニューロン機能と恐怖消去学習を調節する

神経科学:微生物相は学習に影響を及ぼし得る

 微生物相が宿主のニューロン機能、ひいてはその行動にも影響を及ぼし得ることを示す証拠はあるものの、こうした相関関係を駆動する機構についてはほとんど分かっていない。今回D Artisたちはマウスで、微生物相の操作が、迷走神経とは無関係な様式で恐怖消去学習に対し負の影響を及ぼし得ることを明らかにしている。特定の発生期間に典型的な微生物相を再定着させると、成体期の消去学習が正常なものへと回復した。従って、微生物相に由来するシグナルは、初期の脳発生と成体の両方において、学習に影響を及ぼし得る。



参考文献:
Chu C. et al.(2019): The microbiota regulate neuronal function and fear extinction learning. Nature, 574, 7779, 543–548.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1644-y

老齢期に生じる個体差の要因

 老齢期に生じる個体差の要因に関する研究(Mahmoudi et al., 2019)が公表されました。加齢に伴う慢性炎症(インフラメージング)は老化の中心的な特徴ですが、これが特定の細胞に及ぼす影響についてはほとんど分かっていません。繊維芽細胞は大半の組織に存在し、創傷治癒に寄与します。繊維芽細胞はまた、誘導多能性幹(iPS)細胞への再プログラム化に最も広く使われている細胞タイプで、こうした再プログラム化は再生医療や若返り戦略に関係する過程です。この研究は、老齢マウスの培養線維芽細胞は炎症性サイトカインを分泌しており、個体間でiPS細胞への再プログラム化効率のばらつきが大きい、と示しています。

 個体間のばらつきは老齢の特徴である、と新たに分かってきていますが、その根底にある機構は不明です。この研究は、そのばらつきの駆動要因を特定するため、再プログラム化効率が異なる若齢マウスと老齢マウスの培養線維芽細胞について、マルチオミクスプロファイリングを行ないました。この手法から、老齢マウスの培養線維芽細胞には炎症性サイトカインを分泌する「活性化繊維芽細胞」が含まれていて、培養細胞中の活性化繊維芽細胞の割合がその培養の再プログラム化効率と相関する、と明らかになりました。

 細胞培養間で培養上清を交換する実験から、活性化繊維芽細胞が分泌する外因性因子は、個体間で再プログラム化効率がばらつく原因の一部である、と示され、TNFなどの炎症性サイトカインが重要な要因である、と明らかになりました。さらに、老齢マウスはin vivo(遺伝子を編集する酵素をコードするDNAを直接人体に注入する方法)での創傷治癒速度にばらつきを示すことも分かりました。単一細胞RNA塩基配列解読解析から、治癒速度の速い老齢マウスと遅い老齢マウスの創傷には、サイトカインの発現やシグナル伝達に違いを持つ異なる繊維芽細胞亜集団があることも明らかになりました。

 したがって、繊維芽細胞構成の変化と、繊維芽細胞が分泌する炎症性サイトカインの比率が、個体間におけるin vitro での再プログラム化にばらつきを引き起こし、in vivoでの創傷治癒速度に影響を及ぼす可能性があります。この研究は、こうしたばらつきは個体間で異なる確率論的な老化の軌跡を反映している、と推測し、高齢者におけるiPS細胞の作製や創傷治癒を改善するための個別化戦略の開発に役立つだろう、と指摘しています。以下は『ネイチャー』の日本語サイトからの引用です。


幹細胞:老化した繊維芽細胞の不均一性は再プログラム化や創傷治癒のばらつきと関連する

幹細胞:老齢期に生じる個体差の駆動要因

 個体間のばらつきは、新たに分かってきた老化の特徴であるが、何がこのばらつきを引き起こすのかは分かっていない。S MahmoudiとE Manciniたちは今回、老齢マウス由来の培養繊維芽細胞では、誘導多能性幹(iPS)細胞への再プログラム化効率において個体間のばらつきが大きいことを示している。再プログラム化効率の異なる繊維芽細胞のプロファイリングから、老齢マウスの繊維芽細胞培養にはいわゆる「活性化繊維芽細胞」が含まれており、これらの細胞が炎症性サイトカインを分泌し、培養細胞の再プログラム化効率を決定することが分かった。これは間違いなく再生医療や若返り戦略に関係してくる。さらに、異なるサイトカインプロファイルを持つ繊維芽細胞の別個の亜集団があるために、in vivoでの治癒が遅い個体や速い個体という個体間のばらつきが生じることも分かった。このようなばらつきは、個体間の確率論的な老化軌跡の違いを反映している可能性があり、高齢者におけるiPS細胞の作製や創傷治癒を改善するための個別化戦略の開発に役立つかもしれない。



参考文献:
Mahmoudi S. et al.(2019): Heterogeneity in old fibroblasts is linked to variability in reprogramming and wound healing. Nature, 574, 7779, 553–558.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1658-5