ヒト特異的な脳細胞は果たしてあるのか？シングルセル比較トランスクリプトーム解析

• 研究課題/領域番号: 19H03313
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分45050:自然人類学関連
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究
• 研究代表者: 郷 康広 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特任准教授 (50377123)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2021年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2019年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 進化 / ヒト / 類人猿 / 脳 / シングルセル / 遺伝子発現 / チンパンジー

研究開始時の研究の概要

ヒトらしさをつかさどるヒト特異的脳細胞はあるのか？この問いにヒトと類人猿の死後脳を用いたシングルセル比較トランスクリプトーム解析により解明することを目的とする．本研究課題では，ヒトをヒトたらしめている大きな特徴である脳の進化を「ヒトとは何か」という問いに迫る切り口とし，ヒトと類人猿の死後脳を用いたシングルセル脳トランスクリプトーム解析を行う．本研究を通して，ゲノムという設計図が脳という場においてどのように時空間的に制御され，種の特殊性となって現れるのか，シングルセルレベルで解明する．同時に，ヒト脳の特異性を担保するヒト特異的脳細胞を同定し，「ヒトとは何か」という問いを明らかにすることを目指す．

研究成果の概要

ヒトらしさをつかさどるヒト特異的脳細胞の存在を検証するために，ヒトと類人猿の死後脳を用いたシングルセル比較トランスクリプトーム解析を行った．ヒト2検体，チンパンジー1個体，ゴリラ1個体の前頭前野を用いて，それぞれの死後脳から約5000から9000細胞核からの遺伝子発現データを取得した．その結果，合計で28種類の細胞タイプを同定した．その中には，先行研究においてヒト特異的な細胞タイプとして報告された抑制性神経細胞が3種で共通して存在することも明らかになった．解析サンプル数，解析細胞核数が十分でないものの，細胞タイプの構成比が3種の間で異なる可能性を示唆した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

ヒトをヒトたらしめる分子基盤の解明に次世代シーケンサーを代表としたゲノム研究は大きな成果をあげてきたが，残された大きな課題のひとつは，真にヒトらしさをつかさどるヒト特異的脳細胞が存在するかという点にある．本研究では，ヒトとヒトに最も近縁な類人猿の死後脳を用いて1細胞レベルの遺伝子発現解析を行うことで，真にヒト固有の脳細胞が存在するかを明らかにする点において，ヒトの進化，特に脳の進化に寄与した質的な違いがヒトと類人猿の間にあるかどうかを検証する点において学術的意義に加えて社会的な意義も非常に高いと考えられる．

研究成果

• [雑誌論文] Nicotinic acetylcholine receptors in a songbird brain (2022)
  • 著者名/発表者名: Asogwa Norman Chinweike、Toji Noriyuki、He Ziwei、Shao Chengru、Shibata Yukino、Tatsumoto Shoji、Ishikawa Hiroe、Go Yasuhiro、Wada Kazuhiro
  • 雑誌名: Journal of Comparative Neurology 巻: in press 号: 11 ページ: 1966-1991
  • DOI: 10.1002/cne.25314
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Uterus-specific transcriptional regulation underlies eggshell pigment production in Japanese quail (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishishita Satoshi、Kitahara Shumpei、Takahashi Mayuko、Iwasaki Sakura、Tatsumoto Shoji、Hara Izumi、Kaneko Yoshiki、Kinoshita Keiji、Yamaguchi Katsushi、Harada Akihito、Ohmori Yasushige、Ohkawa Yasuyuki、Go Yasuhiro、Shigenobu Shuji、Matsuda Yoichi、Suzuki Takayuki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 17 号: 3 ページ: 0265008-0265008
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0265008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro monitoring of HTR2A-positive neurons derived from human-induced pluripotent stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakai Kento、Shiga Takahiro、Yasuhara Rika、Sarkar Avijite Kumer、Abe Yuka、Nakamura Shiro、Hoashi Yurie、Kotani Keisuke、Tatsumoto Shoji、Ishikawa Hiroe、Go Yasuhiro、Inoue Tomio、Mishima Kenji、Akamatsu Wado、Baba Kazuyoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 15437-15437
  • DOI: 10.1038/s41598-021-95041-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MacaquePose: a novel ‘in the wild’ macaque monkey pose dataset for markerless motion capture. (2021)
  • 著者名/発表者名: Labuguen RT, Matsumoto J, Negrete SB, Nishimaru H, Nishijo H, Takada M, Go Y, Inoue K, Shibata T
  • 雑誌名: Front Behav Neurosci 巻: 14 ページ: 581154-581154
  • DOI: 10.3389/fnbeh.2020.581154
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Population history and genomic admixture of sea snakes of the genus Laticauda in the West Pacific (2021)
  • 著者名/発表者名: Kishida Takushi、Toda Mamoru、Go Yasuhiro、Tatsumoto Shoji、Sasai Takahide、Hikida Tsutomu
  • 雑誌名: Molecular Phylogenetics and Evolution 巻: 155 ページ: 107005-107005
  • DOI: 10.1016/j.ympev.2020.107005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redundant type II cadherins define neuroepithelial cell states for cytoarchitectonic robustness (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiraga Kou、Inoue Yukiko U.、Asami Junko、Hotta Mayuko、Morimoto Yuki、Tatsumoto Shoji、Hoshino Mikio、Go Yasuhiro、Inoue Takayoshi
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 574-574
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01297-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome analysis revealed misregulated gene expression in blastoderms of interspecific chicken and Japanese quail F1 hybrids (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishishita Satoshi、Tatsumoto Shoji、Kinoshita Keiji、Nunome Mitsuo、Suzuki Takayuki、Go Yasuhiro、Matsuda Yoichi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 10 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0240183
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] AUTS2 regulation of synapses for proper synaptic inputs and social communication. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hori Kei、Yamashiro Kunihiko、Nagai Taku、... Yamada Mitsuhiko、Yamada Kiyofumi、Hoshino Mikio
  • 雑誌名: iScience 巻: ー 号: 6 ページ: 101183-101183
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101183
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Towards HCP-Style macaque connectomes: 24-Channel 3T multi-array coil, MRI sequences and preprocessing (2020)
  • 著者名/発表者名: Autio JA, Glasser MF, Ose T, Donahue CJ, Bastiani M, Ohno M, Kawabata Y, Urushibata Y, Murata K, Nishigori K, Yamaguchi M, Hori Y, Yoshida A, Go Y, Coalson TS, Jbabdi S, Sotiropoulos SN, Kennedy H, Smith S, Van Essen DC, Hayashi T.
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 215 ページ: 116800-116800
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2020.116800
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of olfaction in sea snakes provides new perspectives on the aquatic adaptation of amniotes (2019)
  • 著者名/発表者名: Kishida Takushi、Go Yasuhiro、Tatsumoto Shoji、Tatsumi Kaori、Kuraku Shigehiro、Toda Mamoru
  • 雑誌名: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 巻: 286 号: 1910 ページ: 20191828-20191828
  • DOI: 10.1098/rspb.2019.1828
  • NAID: 120006719406
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Considerable Synteny and Sequence Similarity of Primate Chromosomal Region VIIq31 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirai Hirohisa、Go Yasuhiro、Hirai Yuriko、Rakotoarisoa Gilbert、Pamungkas Joko、Baicharoen Sudarath、Jahan Israt、Sajuthi Dondin、Tosi Anthony J.
  • 雑誌名: Cytogenetic and Genome Research 巻: 158 号: 2 ページ: 88-97
  • DOI: 10.1159/000500796
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 自閉症モデルマーモセット脳におけるシングルセル遺伝子発現解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 郷康広、渡邊恵、中垣慶子、小賀智文、辰本将司、石川裕恵、臼井千夏、一戸紀孝
  • 学会等名: 第11回日本マーモセット研究会
• [学会発表] In vivo条件で発火活動を記録した神経細胞の遺伝子発現解析法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳下晴也、岡本和樹、郷康広、池谷裕二、佐々木拓哉
  • 学会等名: 日本薬学会第142年会
• [学会発表] 適応回路を担う網羅的細胞種センサス技術の開発と高度化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 郷康広
  • 学会等名: 学術変革領域(B)「ハブ決定剛軟因子」シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 成体動物において発火活動を記録した神経細胞の遺伝子発現解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柳下晴也、岡本和樹、郷康広、池谷裕二、佐々木拓哉
  • 学会等名: 第145回日本薬理学会関東部会
• [学会発表] ノウサギ属における冬季白化／非白化の遺伝基盤と収斂進化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下豪太, 布目三夫, 郷康広, 牧野能士, 辰本将司, Alexey P KRYUKOV, Sang-Hoon HAN, Irina KARTAVTSEVA, 永野惇，山田文雄, 井鷺裕司，北野潤, 鈴木仁
  • 学会等名: 日本進化学会第23回東京大会
• [学会発表] 鳴禽類の歌行動進化の神経分子メカニズム (2021)
  • 著者名/発表者名: 田路矩之, 柴田ゆき野, 辰本将司, 石川裕恵, 郷康広, 和多和宏
  • 学会等名: 第92回日本動物学会
  • 招待講演
• [学会発表] 自閉症モデルマーモセット脳におけるシングルセル遺伝子発現解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 郷康広、辰本将司、石川裕恵、臼井千夏、渡邊恵、小賀智文、一戸紀孝
  • 学会等名: 第37回日本霊長類学会大会
• [学会発表] シロテテナガザルの複数脳領域における網羅的遺伝子発現解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 五藤花，大石高生，郷康広，早川卓志
  • 学会等名: 第37回日本霊長類学会大会
• [学会発表] 自閉症モデルマーモセット脳におけるシングルセル遺伝子発現解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 郷康広，渡邊恵，小賀智文，辰本将司，石川裕恵，臼井千夏，一戸紀孝
  • 学会等名: 第10回日本マーモセット研究会
• [学会発表] ニホンノウサギが冬季に白化するか茶色のままかを決める原因遺伝子と進化史 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木下豪太，布目三夫，郷康広，牧野能士，辰本将司，Alexey P KRYUKOV，Sang-Hoon HAN，Irina KARTAVTSEVA，永野惇，山田文雄，鈴木仁，井鷺裕司
  • 学会等名: 第68回日本生態学会大会
• [学会発表] ヒトとチンパンジーの選択的スプライシングの多様性解析とその脳内表現 (2020)
  • 著者名/発表者名: 郷康広，辰本将司，石川裕恵
  • 学会等名: 第36回日本霊長類学会
• [学会発表] 脳・こころの個性・多様性理解にむけた比較認知ゲノム研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 郷康広
  • 学会等名: 第3回ExCELLSシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Glial cells missing 1は損傷脳においてグリア細胞分化と血管新生を促進する (2020)
  • 著者名/発表者名: 林義剛，福家聡，郷康広，中林一彦，Adbullah Asmaa，Mohd Zakiyyah，守村直子，Daun Kenny，小山なつ，等誠司
  • 学会等名: 第63回日本神経化学会大会
• [学会発表] Life slowly, life in the dark - insight from slow loris genome (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hayakawa, Shoji Tatsumoto, Takushi Kishida, Hikoyu Suzuki, Hiroe Ishikawa, Masato Nikaido, Yasuhiro Go
  • 学会等名: The 11th International Symposium on Primatology and Wildlife Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マーモセットにおける遺伝的多様性解析および精神・神経疾患関連遺伝子解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 郷康広
  • 学会等名: 第9回日本マーモセット研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 全ゲノム解析によるニホンノウサギの冬季毛色二型に関わる遺伝子の特定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木下豪太，布目三夫，郷康広，牧野能士，辰本将司，Alexey P Kryukov，Sang-Hoon Han，Irina Kartavtseva，山田文雄，鈴木仁，井鷺裕 司
  • 学会等名: 日本生態学会第67回全国大会
• [学会発表] 神経科学における動物用マーカーレスモーションキャプチャーの活用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本惇平，西条寿夫，三村喬生，井上謙一，郷康広，柴田智広
  • 学会等名: 第97回日本生理学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Quantitative assessment of brain transcriptome dynamics in primate neuropsychiatric disease model (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Go
  • 学会等名: The 2nd NIBB-Princeton Joint Symposium "Imaging and Quantitative Biology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spatiotemporal brain transcriptome architecture and application for disease model in primates (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Go
  • 学会等名: Frontier Bioorganization Forum 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マーモセットにおける遺伝的多様性解析および精神・神経疾患関連遺伝子解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 郷康広
  • 学会等名: 日本医療研究開発機構セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 15q11-13領域重複ASDモデルマウスの電気生理学的異常 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中谷仁，豊田太，郷康広，堀家慎一，小山なつ，等誠司，内匠透，遠山育夫，森川茂廣，犬伏俊郎，澤野俊憲，田中秀和
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] Glial cells missing 1は成長因子分泌を促進し、細胞の分化・増殖および血管新生を誘導する (2019)
  • 著者名/発表者名: 林義剛，福家聡，郷康広，中林一彦，渕上孝裕，守村直子，小山なつ，等誠司
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] マウス海馬歯状回における自閉症感受性遺伝子AUTS2の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 江草早紀，堀啓，坂本亜沙美，阿部学，崎村建司，郷康広，星野幹雄
  • 学会等名: 第42回日本神経科学大会
• [学会発表] 全ゲノム解析が示すスローロリスの特殊生態の進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 早川卓志，辰本将司，岸田拓士，鈴木彦有，石川裕恵，二階堂雅人，郷康広
  • 学会等名: 日本進化学会第21回大会
• [学会発表] テナガザル3属の新規ゲノム配列決定とテナガザル科の大規模構造変化・核型進化解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 郷康広，辰本将司，石川裕恵，平井啓久
  • 学会等名: 日本進化学会第21回大会
• [学会発表] ノウサギ属における冬季白化の責任遺伝子の探索と起源 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下豪太，布目三夫，郷康広，牧野能士，辰本将司，山田文雄，鈴木仁，井鷺裕司
  • 学会等名: 日本進化学会第21回大会
• [学会発表] 自閉症感受性遺伝子Auts2変異により引き起こるシナプス形成障害およびマウス行動異常の病態解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 堀啓，山城邦比古，永井拓，Shan Wei，江草早紀，嶋岡可純，郷康広，辰本将司，菅野康太，坂本亜沙美，阿部学，崎村健司，惣谷和宏， 功刀浩，山田清文，星野幹雄
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [図書] 疾患原因遺伝子・タンパク質の解析技術と創薬/診断技術への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 郷康広（分担執筆），技術情報協会（編集）
  • 総ページ数: 530
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861048777
• [図書] ヒトゲノム事典 (2021)
  • 著者名/発表者名: 郷康広（分担執筆），井ノ上逸朗, 今西規, 河村正二, 斎藤成也, 颯田葉子, 田嶋 敦（共同編集）
  • 総ページ数: 448
  • 出版者: 一色出版
  • ISBN: 9784910389127
• [図書] 個性学入門 (2021)
  • 著者名/発表者名: 郷康広（分担執筆），保前文高、大隅典子（共同編集）
  • 総ページ数: 244
  • 出版者: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254102956
• [図書] 心の進化を語ろう (2019)
  • 著者名/発表者名: 松沢哲郎（編）
  • 総ページ数: 278
  • 出版者: 岩波書店
• [備考] 自然科学研究機構生命創成探究センター（郷ラボ）のホームページ
  • URL: http://www.nips.ac.jp/coggen/index.html
• [備考] 自然科学研究機構生命創成探究センター（郷ラボ）のホームページ
  • URL: http://www.nips.ac.jp/coggen/