ヒトの脳は、同じような妊娠期間を共有しているにもかかわらず、生まれたばかりのチンパンジーやゴリラの脳の約3倍の神経細胞を含んでいる。
なぜヒトの脳は他の類人猿に比べてこれほど大きいのだろうか？
それを解明するため、英国ケンブリッジにある医学研究評議会（MRC）分子生物学研究所の研究者たちは最近、ヒト、ゴリラ、チンパンジーの初期脳発達を模倣したミニチュア脳オルガノイドを培養し、研究を行った。
2021年3月に学術誌『Cell』に掲載されたこの研究は、ヒトがどのようにして他の類人猿よりも大きな脳を発達させるかを初めて明らかにしたものである。
ヒトはいかにして他の類人猿より大きな脳を発達させたか？
ヒトが他の類人猿から分岐した後、なぜヒトの脳がこのように大きく拡大したのかをよりよく理解するため、研究者たちはまず、ヒト、ゴリラ、チンパンジーから細胞を集めることから始めた。
研究チームは、これらの細胞を初期胚に存在する人工多能性幹細胞（iPSC）に類似するように遺伝的に再プログラムし、脳オルガノイド（初期脳発達をモデル化した3次元組織）を培養するために使用した。
実際の脳と同様、ヒト幹細胞から培養した脳オルガノイドは、ゴリラやチンパンジーの幹細胞から培養したものよりはるかに大きく成長した。
その理由を解明するため、研究者たちは神経前駆細胞を探索した。
神経前駆細胞の役割
脳の発達の初期段階では、神経前駆細胞として知られる幹細胞がニューロンを生成する。
神経前駆細胞は初期の円柱状で、容易に同一の娘細胞に分裂することができる。
この初期段階で分裂・増殖すればするほど、後に脳はより多くのニューロンを含むようになる。
神経前駆細胞が成熟するにつれて、その増殖は減速し、形も細長くなる。
脳オルガノイドモデルを用いて、研究者たちは、神経前駆細胞が円筒形から伸長したアイスクリームコーンへと形状変化するのが、ゴリラとチンパンジーでは約5日間で起こることを発見した。
ヒトの場合はもっと時間がかかり、合計で約7日間であった。
ヒトの前駆細胞は円筒形を長く維持するため、増殖する時間が長くなり、より多くのニューロンを産生することができる。
細胞形状の移行が遅れたことで、ヒトの脳がゴリラやチンパンジーの脳のおよそ3倍の数のニューロンを持つ理由が説明できるかもしれない。
ZEB2遺伝子の違い
この成長の違いをもたらす遺伝的メカニズムをさらに理解するため、研究者たちはヒト、チンパンジー、ゴリラの脳オルガノイドの遺伝子発現を調べた。
その結果、ZEB2と呼ばれる遺伝子に重要な違いがあることがわかった。
ゴリラの脳オルガノイドでは、この遺伝子はヒトのオルガノイドよりも早く「オン」になった。
この違いを調べるため、研究チームはゴリラの脳オルガノイドでZEB2遺伝子の影響を遅らせた。
その結果、前駆細胞はゆっくりと成熟し、ゴリラの脳オルガノイドはヒトの脳オルガノイドと同様に大きく成長した。
また、ヒトの脳オルガノイドでは、ZEB2遺伝子の働きを早めたが、これは逆効果で、オルガノイドは猿のオルガノイドのように小さく成長した。
この研究を率いたMRC分子生物学研究所のマデリン・ランカスター博士はこのように説明した：基本的に、この遺伝子のスイッチがオンになると、細胞は “粘着性 “を失い、他の場所に移動することができるのです」。
ヒトの初期の脳細胞でZEB2遺伝子が遅れて活性化されると、細胞はより長くくっついて増殖し、より多くのニューロンを作り出し、結果として脳が大きくなる。
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研究者たちも述べているように、この研究で使用された脳オルガノイドはあくまでもモデルであり、実際の脳の正確なコピーではないし、脳機能を完全に再現しているわけでもない。
しかし、ヒトや類人猿の脳の発達について、これまでにない洞察が得られた。 SCANTOXは、1977年の設立以来、GLP/GCPに準拠し、最高グレードの創薬、規制毒性およびCMC/分析サービスを提供する医薬品開発業務受託機関（CRO）であるScantoxの一員です。
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