マウスの脳のスイッチは冬眠と同様に深い眠りを誘発します

2023 著者: Peter Bradberry | [email protected]. 最終更新日: 2023-05-21 22:35

このようなスヌーズボタンが人間に存在する場合、脳卒中、心臓発作、外傷から保護することができます。

使い古されたサイエンスフィクションの比喩は、宇宙旅行者が深宇宙に向かうときに中断されたアニメーションに入るのを想像しています。深刻な外傷での細胞死を防ぐために血液を氷冷生理食塩水に置き換えることにより、生物学的プロセスを通常の数分の1に遅らせる実際の取り組みが現実に近づいています。しかし、生理食塩水輸血やその他のエキゾチックな手段は、組織に損傷を与えるリスクがあるため、体の代謝をラチェットダウンするのには理想的ではありません。

動物をそれ自体で低電力モードに誘導することは、より良い解決策です。一部の動物では、体温が低下した自然な状態が一般的です。ハイバネーションは明らかな例です。クマ、コウモリ、または他の動物が冬眠するとき、彼らは一度に数日間、休眠と呼ばれる低代謝状態の複数の発作を経験し、時折より高い覚醒の期間によって中断されます。マウスは、食物が不足しているときにエネルギーを節約するために、数時間しか続かない、毎日の休眠として知られる状態に入ります。

体温が摂氏37度を下回る、休眠状態やその他の低体温状態を制御するメカニズムはほとんど知られていません。木曜日にNatureで発表された2つの独立した研究は、刺激されたときにマウスにそのような状態を誘発するニューロンを特定しています。この作業は、これらの条件がどのように開始および制御されるかを理解するための道を開きます。それはまた、最終的には、医療現場で有用であることが証明される、ヒトに低体温状態を誘発するための方法を見つけるのに役立つ可能性があります。そして、もっと推測的には、そのような方法は、いつの日か、映画に登場する中断されたアニメーションについての考えに近づくかもしれません。

2つの研究のうちの1つは、日本の筑波大学の神経科学者櫻井武と彼の同僚によって実施されました。それは、QRFPと呼ばれるペプチドについての逆説的な発見から始まりました。チームは、それを動物に注射すると実際に彼らの活動が増加することを示しました。しかし、研究者がマウスでペプチドを作っているニューロンのスイッチを入れたとき、彼らは驚きました。 「マウスは静止していて、非常に寒かった。予想とは逆だった」と、研究を共同で主導した理化学研究所生命システムダイナミクス研究センターの砂川源四郎は言う。動物の代謝率（酸素消費量で測定）、体温、心拍数、呼吸はすべて低下しました。

QRFP自体は、マウスの代謝率の変化には関与していませんでした。実際、ペプチドの遺伝子を削除しても、体温の低下などは消えませんでした。しかし、この遺伝子は、研究者を関連する代謝低下ニューロンに導くことができるランドマークとして機能するように見えました。

QRFPペプチドは体の多くの部分に見られますが、体温調節に重要な脳の領域である視床下部で特によく見られます。これを知って、研究者たちは化学遺伝学として知られている技術を使用しました-ニューロンが遺伝子組み換えされて、薬物を使用して活性化できるようにする-効果の原因となる視床下部のニューロンを探します。彼らは、QRFPニューロンを活性化すると無差別に何時間も続く状態が生じることを発見しました。そして、視床下部の特定の部分でニューロンを選択的に活性化すると、動物は2日以上続く休止状態になりました。

この期間中、マウスの代謝は適切に調節されたままでした。そしてその後、齧歯動物は自然に復活しました-そして冬眠と同じように無傷でした。チームはこれらの特定の細胞をQニューロンと呼び、動物がQニューロンによって誘発される低体温および代謝低下（QIH）にある状態に名前を付けました。より簡単に言えば、これらのプロパティは、休眠または休止状態を表します。

研究者たちは、自然に休眠状態に入らないラットで同様の実験を行い、同じ効果を見ました。これらの実験で行ったように、マウスでさえ一度に数日間自然に冬眠することはありません。動物の代謝の低下が薬の効果を拡大した可能性がありますが、通常は約4時間で衰えます。しかし、砂川は別の説明を支持しています。「多分それはスイッチを押すようなものです。そしてその後、他のいくつかのシステムはしばらくの間その状態を維持します」と彼は言います。 「このシステムは他の哺乳類にも存在する可能性があると私たちは信じています。」

ハーバード大学医学部の神経生物学者SinisaHrvatinが主導した2番目の研究では、マウスから餌を奪うことで、マウスに休眠状態を引き起こしました。チームは、化学生成ツールを使用して、動物が休眠状態に入ったときにアクティブだったニューロンを変更し、薬物によってオンにできる受容体を生成させました。その後、これらのマウスにニューロンを再活性化するための薬を注射し、そうすることで、餌が利用できる場合でも、魚のような状態が誘発され、動物の代謝が低下することがわかりました。 「問題は、もし私たちが休眠状態で脳の活動を捉え、後でそれらのニューロンを再刺激した場合、それは休眠状態を誘発するのに十分ですか？」 Hrvatinは言います。 「答えがイエスだったことに驚きました。」研究者らは、櫻井らがQニューロンを発見した視床下部の同じ領域でニューロンを活性化することで、休眠状態を開始するのに十分であることを示しました。それらはまた、これらのニューロンの活動をブロックし、それがマウスの休眠状態に入る能力を破壊しました。 「このような研究を行うとき、あなたは手足に出ています」と、2番目の論文の上級著者であった神経科学者のマイケルグリーンバーグは言います。 「したがって、2つの研究がそのような異なる視点から来て、何かを統一しているように見えるとき、それは満足と安堵です。」

この研究は、基本的な身体状態の制御におけるその役割で知られている脳領域への新しい洞察を提供します。 「視床下部は、体温調節、循環、体重、エネルギーバランスなど、体の自律神経プロセスの大部分を調整していることを私たちは知っていました」と、ドイツのマールブルクフィリップス大学の生理学者GerhardHeldmaierは言います。 「これらの研究から、視床下部ニューロンは安定性を保証するだけでなく、この制御を速い車線での生活から遅い車線での生活に移すことができることを学びます。」

次の重要なステップは、より多くの種を研究することです。 「これらの細胞が休止状態の細胞と非休止状態の細胞の間でどのように異なるかを見るのは興味深いでしょう」とHeldmaierは言います。 「そして、それらの適切な活性化が非休止状態の人に冬眠を誘発する場合。」焦点は、この生物学的システムがどのように機能するかを理解することです。 「細胞が休眠状態にあるとはどういう意味ですか？」 Hrvatinは尋ねます。 「これを分子レベルで理解すれば、最も一般的なタイプの脳卒中や神経変性疾患などの虚血性損傷から脳を保護できる可能性があります。」同様の考慮事項は、移植のための臓器の保存にも当てはまります。

これらの状態が人間に誘発される可能性があるかどうかはまだ分からない。小型哺乳類は大型哺乳類とは体温調節システムが大きく異なるため、これらのニューロンが同じ効果を発揮するかどうかは明らかではありません。 「人間の設定値を変更することは可能ですか？そして、いくらですか？わかりません」とHrvatinは言います。 「未回答の質問がたくさんあります。」砂川は「毎日の冬眠」の合間を夢見ています。 「睡眠が何をしているのかを理解できれば、睡眠と冬眠を組み合わせることができるかもしれません」と彼は言います。自然に関する砂川のグループの論文には、宇宙飛行士が深宇宙に入るときにこの静止状態を誘発することについて推測している箇所も含まれています。