単細胞トランスクリプトミクスにより、爬虫類と両生類の脳における進化的イノベーションが判明

4本の研究で、比較単細胞トランスクリプトミクスによって爬虫類と両生類における脳の進化的イノベーションが明らかになった。脊椎動物の脳の進化は従来から様々な種を超えて同じ脳領域に集中してきたが、今回の新しい研究では脊椎動物の脳のイノベーションにおける細胞型の進化の役割が注目されている。この数年間で、マウスの特殊な脳領域に数百もの特徴的な細胞型が確認されている。しかし、そのような細胞型の多様性や領域がどのように進化してきたかは依然として分かっていない。今回4本の研究で、研究者らはこの多様性の進化の根源について解明を進めようと、単細胞および空間トランスクリプトミクスを活用して、爬虫類と両生類における脳の細胞型進化を調べた。

1つ目の研究ではDavid Hainらが、単細胞トランスクリプトミクスを活用してフトアゴヒゲトカゲの全脳細胞アトラスを作成し、マウスのアトラスと比較した。彼らは両方の種において広義の脳領域の細胞は互いに一致していることを発見した。それは、領域特異的な遺伝子発現特性がしっかり保存されていることを示唆している。しかし、解像度を上げてマップしたところ、ほぼ全ての脳の区分に両種で大きく異なる細胞型が発見された。進化的に保存された脳領域内に維持されてきた細胞型と新しい細胞型が存在するということは、脳細胞型は進化的可塑性を持ち、新しく革新的な発現特性と機能を単独で進化させることが可能ということである。

他の3本の研究は、両生類の終脳 ―― 脳の一部分で、哺乳類には両生類にはない6層構造の新皮質がある ―― を焦点に、前述の研究結果を発展させている。Jamie Woychらは前述の研究結果をさらに追究しているが、焦点を当てているのは両生類の終脳 ―― 脳の一部分で、哺乳類には両生類にはない6層構造の新皮質がある ―― である。Woychらはこの脳領域の細胞型アトラスを作成し、両生類の終脳と他の脊椎動物の終脳を分けた進化的イノベーションを図示した。Katharina LustらとXiaoyu Weiらは、アホロートルの脳の方が哺乳類の脳より再生能力がはるかに高い理由を解明することに特に注目し、アホロートルの終脳の単細胞分析を行っている。関係するPerspectiveではDylan Faltine-GonzalezとJustus Kebschullが次のように書いている。「これらの研究は、一般的にはマウス対象の強力なトランスクリプトミクスの手法を標準外のモデルにも応用できることを強調している。」「どの論文も、単細胞についての巨大で、多くはマルチモーダルなデータセットを作成し、公開データも利用している。それは、データ共有の重要性と進化を比較するために多数の種から単細胞データを収集する能力を明示している。」