ヒトの脳がチンパンジーやゴリラに比べて大きく成長する仕組み

英国ケンブリッジ医学研究評議会（MRC）分子生物学研究所の研究チームは、ヒト、ゴリラ、チンパンジーの幹細胞から成長させた「脳オルガノイド」を比較研究しました。ヒトの脳が、チンパンジーやゴリラの脳に比べて、はるかに大きく成長する仕組みを発見しました。

During the early stages of brain development, neurons are made by stem cells called neural progenitors. These progenitor cells initially have a cylindrical shape that makes it easy for them to split into identical daughter cells with the same shape.

参照元：https://www.ukri.org/news/how-humans-develop-larger-brains-than-other-apes/
– 英国リサーチ＆イノベーション UK Research and Innovation. 24 March 2021 –

ヒトの脳が、チンパンジーやゴリラの脳に比べて、神経細胞の数が3倍も多く、はるかに大きく成長する仕組みを初めて明らかにした研究成果が発表されました。

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らが主導したこの研究では、類人猿の脳のオルガノイドを人間のオルガノイドに似せて成長させたり、その逆を行ったりするための重要な分子スイッチが特定されました。

学術誌「Cell」に掲載されたこの研究では、ヒト、ゴリラ、チンパンジーの幹細胞から成長させた「脳オルガノイド」（脳の初期発生をモデル化した幹細胞から作られた3D組織）を比較しました。

実際の脳と同様に、ヒトの脳オルガノイドは、他の類人猿のオルガノイドよりもはるかに大きく成長しました。

本研究を主導したMRC分子生物学研究所のマデリン・ランカスター博士は話します。

「今回の研究では、人間の脳の発達過程において、他の類人猿と何が違うのかを初めて明らかにすることができました。他の類人猿との最も顕著な違いは、私たちの脳が非常に大きいということです。」

脳の発達の初期段階では、神経前駆細胞と呼ばれる幹細胞によってニューロンが作られます。

この神経前駆細胞は、最初は円筒形をしていて、同じ形をした娘細胞に分裂しやすいです。

この段階で神経前駆細胞が増殖すればするほど、後に神経細胞の数が増えていきます。

神経前駆細胞が成熟して増殖が遅くなると、細胞は伸長し、アイスクリームの円錐形を伸ばしたような形になります。

これまでのマウスの研究では、神経前駆細胞は数時間以内に円錐形に成熟し、増殖が遅くなることがわかっていました。

今回、脳のオルガノイドを用いて、ヒト、ゴリラ、チンパンジーでこのような成長がどのように起こるかを明らかにすることができました。

その結果、ゴリラとチンパンジーでは、この変化に長い時間がかかり、約5日間で発生することがわかりました。

ヒトの前駆細胞は、この移行がさらに遅れ、約7日間かかりました。

ヒトの前駆細胞は、他の類人猿よりも長い間、円柱状の形を維持し、その間、より頻繁に分裂し、より多くの細胞を生み出しました。

このように、神経前駆細胞から神経細胞への移行速度が異なるということは、ヒトの細胞が増殖する時間が長いことを意味します。

ゴリラやチンパンジーの脳に比べて、ヒトの脳の神経細胞の数が約3倍も多いのは、このことが大きく関係していると考えられます。

ランカスター博士は話します。

「私たちは、初期の脳の細胞の形が少し変わっただけで、発達の方向性が変わり、作られる神経細胞の数が決まることを発見しました。」

「細胞の形状という比較的単純な進化上の変化が、脳の進化に大きな影響を与えるというのは驚くべきことです。私が物心ついたときから興味を持っていた、人間を人間たらしめているものは何かという疑問について、本当に根本的なことがわかった気がします。」

研究チームは、このような違いをもたらす遺伝的メカニズムを明らかにするために、ヒトの脳オルガノイドと他の類人猿の脳オルガノイドの遺伝子発現（どの遺伝子がオンになったりオフになったりするか）を比較しました。

その結果、「ZEB2」と呼ばれる遺伝子に違いがあることがわかりました。

この遺伝子は、ゴリラの脳オルガノイドでは、ヒトのオルガノイドよりも早くオンになっていました。

そこで、ゴリラの前駆細胞におけるこの遺伝子の影響を調べるために、ZEB2の作用を遅らせることにしました。

これにより、前駆細胞の成熟が遅くなり、ゴリラの脳オルガノイドはヒトと同様に、ゆっくりと大きく成長しました。

逆に、ヒトの前駆細胞でZEB2遺伝子を早くオンにすると、ヒトのオルガノイドの移行が早まり、より猿のオルガノイドに近い形で発達しました。

研究チームは、オルガノイドはモデルであり、他のモデルと同様、実際の脳、特に成熟した脳機能を完全に再現することはできないとしています。

しかし、人間の進化に関する基本的な疑問に対しては、このような脳組織を皿に入れておくことで、他の方法では不可能な脳の発達の重要な段階を、これまでにない方法で観察することができます。