生まれる前から、脳は自身のゲノムの品質に関して厳しい選別を経ている。これは、ディアナ・シャオ（Diane D. Shao）とその同僚たちの研究から導かれる結論であり、28月2026日に雑誌に発表された。 Natureに掲載された。誕生前のヒトの脳の皮質では、ニューロンの中でもゲノムに大きな再編を持つ細胞が、誕生後よりも著しく頻繁に見られる。著者らは、出産前後の時期にこうした細胞が主に排除されると推測している。おそらくこのプロセスは、発達中の脳における一種の遺伝的品質管理として機能しているのだろう。
この全体像を明らかにするため、研究者たちはヒトの脳の死後サンプルから、子宮内の時期から成人期に至るまでの2個の357単一神経細胞のゲノムを解読した。出生前の材料は、妊娠14～25週の胎児から得られた。単一細胞を扱うことで、各ニューロンの特徴を見ることができる。一方、組織全体を分析すると、個々の細胞間の違いは平均化された像の中に溶け込んでしまう。
出生前の皮質サンプルでは、広範なコピー数再編、すなわち複数の染色体に同時に失われたり重複したりしたDNA領域が、平均して25,9%のニューロンで見つかった。これはおよそ4細胞に1つにあたる。個々のサンプルでは、その割合は46%に達した。誕生後は状況が変わる。2つの解読法のメタ分析により、約4,5分の1への減少が示された。単純に平均値を割る（誕生後の平均6,2%に対して25,9）と約4,2になるため、4,5という数字はまさに2つの手法の統合統計を指している。
「コピー数変異」という用語の背後には単純な考え方がある。細胞内のDNA領域が余分になったり、失われたりするのだ。その位置によっては数十の遺伝子に影響を及ぼす可能性があるため、変化の大きさと、それがどの指示を損なったかが重要になる。このような変異は、自閉症、統合失調症、てんかん、知的障害のリスクと関連づけられている。
著者らが特に注目したのは、シナプス、すなわちニューロンが互いに信号を伝える接点の形成を担う遺伝子である。広範な再編を持つニューロンでは、これらの遺伝子の活動が変化しており、これはそうした細胞が選択的に排除されることと一致する。当然の疑問は、そうした細胞が発達中のネットワークにどれほどうまく組み込まれるのか、という点である。その答えには機能実験が必要だが、今回の研究にはまだ含まれていない。
通常、脳の成熟は成長として描かれる。より多くの結合、より複雑な信号処理、新たな能力である。しかし、この進歩の一部は逆のプロセス、すなわち顕著な遺伝的異常を持つ細胞の割合を減らすことに支えられているのかもしれない。将来のネットワークの複雑さは、選択的な喪失の上に築かれている可能性がある。
一部のニューロンが死ぬという考え自体は新しいものではない。推定では、ヒトの皮質では発達の過程で20～50%のニューロンが死に、そのピークはほぼ誕生の時期にあたる。この研究の新しさは、そのピークを細胞の遺伝的状態と結びつけた点にある。著者らはまた、成人期に至るまで生涯を通じて、再編を持つ細胞の割合がゆっくりとではあるが減少し続けることも指摘している。
ここでの「選別」という言葉は想定されるプロセスを表しており、正確なメカニズムはまだ解明される必要がある。科学者たちは異なる年齢のサンプルを比較したのであり、生きた脳の中で同じ細胞の運命を観察したわけではない。したがって、異常なニューロンが優先的に排除されるという結論は年齢群間の違いに基づいており、出来事の順序は未解決の問いとして残っている。
単一細胞解読への2つの独立したアプローチは一致した結果をもたらした。一方は16人からの1個の526ニューロンを対象とし、もう一方のより深い解析では12人からの831ニューロンを調べた。細胞の数とドナーである人の数を区別し、割合はまさに調査したサンプルに対するものとすることが重要である。絶対的な数字、たとえば「数十億の選別されたニューロン」への換算には、研究には含まれていない追加のデータと計算が必要である。
医学にとってのこの研究の価値は、まず発達中の脳が遺伝的損傷にどう対処するかを理解する点にある。研究者たちはすでに、この排除が自閉症やその他の発達障害を持つ子どもで異なるかどうか、また同じメカニズムがアルツハイマー病におけるニューロンの死に関与しているかどうかを検証している。現時点ではこれらは研究の方向性であり、結論ではない。実用的な利益は、選別のメカニズムと特定の状態との関連を解明できるかどうかにかかっている。
この研究の成果は、慣れた問いを変える。脳の発達には細胞の誕生だけでなく、そのうちどれが残るかという決定も含まれる。「いくつのニューロンが生まれたか？」という問いに、別の問いが加わる。「そのうちどれが生き残り、どうやって共に働くことを学ぶのか？」
