網膜神経節細胞（Retinal ganglion cells:RGC）は、すべての視覚的印象が網膜から脳に流れるボトルネックだ。 マックス・プランク神経生物学研究所、カリフォルニア大学バークレー校、そしてハーバード大学のチームは、これらのニューロンのさまざまなタイプを説明する分子カタログを作成した。 これにより、個々の網膜神経節細胞タイプを体系的に調査し、特定の接続、機能、および行動応答に関連付けることができる。ゼブラフィッシュが光を見るとき、彼らはしばしばそれに向かって泳ぐ。 信号は完全に異ながるが、獲物と同じだ。 一方、捕食者は魚に逃げるよう促す。 取り違えは致命的な結果をもたらすので、それは良いことだ。 しかし、脳はどのようにして視覚刺激に適切な行動で反応するのだろうか？
光信号は、目の網膜に衝突する光子によって生成される。 網膜のニューロンは、これらの印象を収集して処理する。 そうしている間、網膜は重要な詳細に焦点を合わせる：コントラストまたは色はあるか？ 小さい物体や大きい物体はあるか？ 何か動いているか？ これらの詳細が除外されると、網膜神経節細胞がそれらを脳に送り、そこで特定の行動に変換される。 網膜と脳の間の唯一の接続として、網膜神経節細胞は視覚系の中心的な役割を果たしている。
特定の網膜神経節細胞タイプが、脳のさまざまな領域にさまざまな詳細を送信することはすでに知られていた。 ただし、網膜神経節細胞タイプが分子レベルでどのように異なるか、それぞれの機能は何か、コンテキスト依存の動作を調整するのにどのように役立つのかは不明だった。
このパズルの解決を開始するために、Herwig Baier博士の研究室のYvonne Kölsch博士（写真）が率いるチームが、網膜神経節細胞の遺伝的多様性を分析した。 Baier博士は、マックスプランク神経生物学研究所の所長だ。 Joshua Sanes博士（ハーバード大学）、およびKarthik Shekhar博士（UC バークレイ）のグループと協力して、網膜神経節細胞のトランスクリプトーム、つまりすべてのアクティブな遺伝子のパターンを決定し、それによって各細胞に独自の分子フィンガープリントを割り当てた。
30,000を超える網膜神経節細胞を含む大規模データセットの計算分析により、類似性に基づいて少なくとも32の異なる網膜神経節細胞タイプが特定された。 この結果は、2020年12月23日にNeuronのオンラインで公開された。 この論文は、「ゼブラフィッシュ網膜神経節細胞の分子分類は、遺伝子を細胞型に、行動に結び付ける（Molecular Classification of Zebrafish Retinal Ganglion Cells Links Genes to Cell Types to Behavior.）」と題されている。
細胞型特異的遺伝子
この新しい神経細胞タイプのカタログで、科学者は特定の網膜神経節細胞タイプでのみアクティブな遺伝子を発見した。 これらの遺伝子と標的ゲノム編集の助けを借りて、彼らは選択された網膜神経節細胞タイプへの遺伝的アクセス（それらの構造と機能を研究するための前提条件）を得た。
ほぼ透明なゼブラフィッシュでは、網膜神経節細胞タイプを蛍光標識し、どの脳領域で軸索突起が終了するかを記録することができた。 網膜神経節細胞タイプがどの視覚的詳細を好むかを決定することも可能だった。 これを行うために、研究者らは魚の幼生にさまざまな視覚刺激を示し、それらのどれが特定の細胞タイプを活性化するかを調査した。 たとえば、ある網膜神経節細胞タイプは光に反応したが、攻撃する捕食者のシミュレーションには反応しなかった。
この細胞型が機能しなくなった場合、魚の行動はどういう意味なのか？ 通常、魚の幼生は周囲を知覚し、簡単に餌を見つけることができる明るい環境を好む。 科学者が上記の細胞タイプの測定光条件を非アクティブ化すると、魚は好ましい環境に移動する能力を失った。これは、網膜神経節細胞タイプが光に近づくために特に重要であることを明確に示している。
多様な視覚刺激を翻訳するための高度に専門化された遺伝子
この解析は、分子的に記述された網膜神経節細胞タイプを特定の構造、機能、および行動応答に関連付けるものだ。 また、接触する脳領域から行動における役割まで、個々の網膜神経節細胞タイプがどのように特殊化されているかも示している。 この発見は、高度に専門化された神経回路が、多様な視覚刺激を適切な行動に変換するという脳についての理論を支持している。
将来
将来的には、分子カタログにより、科学者は他の網膜神経節細胞タイプを体系的に調査できるようになるだろう。 したがって、この研究は、視覚系の機能的アーキテクチャの包括的な理解を得るための決定的な一歩を踏み出したと言える。
[siteimg width=550 height=550">modules/xelfinder/index.php/view/674/5770-1.jpg[/siteimg">
画像：Neuronの論文のグラフィカルな要約。(Credit: Neuron)
