eLife Volume / Article: eLife 13:RP93640 Version of Record: August 14, 2026
DOI: 10.7554/eLife.93640.3
Sibling chimerism among microglia in marmosets マーモセットのミクログリアにおける兄弟姉妹由来キメラ現象
Ricardo CH del Rosario et al. Department of Genetics, Harvard Medical School, United States
Abstract
キメラ現象はほとんどの哺乳類ではまれであるが、マーモセットやタマリンでは一般的にみられる。これは、二卵性双生児または三つ子として出生することが多く、胎内で循環系が互いに連結され、その循環を介して幹細胞が移動することにより、生涯にわたって血液キメラ（12–80%）が持続するためである。雌マーモセットの臓器からY染色体DNA配列が検出されることは以前から知られており、キメラ現象が血液だけでなくこれらの臓器にも及んでいる可能性が示唆されてきた。しかし長年の疑問は、このキメラ性が血液由来細胞によるものなのか、それともその他の細胞種も寄与しているのかという点であった。
この問題を明らかにするため、本研究では複数のマーモセットを対象に、血液、肝臓、腎臓、および多数の脳領域から得られたsingle-cell RNA-seqデータを解析した。転写された一塩基多型（SNP）を用いることで、各組織内のさまざまな細胞種について、兄弟姉妹由来のゲノムを持つ細胞を同定した。
その結果、すべての組織で認められた兄弟姉妹由来のキメラ性は、完全に造血系由来の細胞、すなわち骨髄系およびリンパ系細胞に由来していた。脳組織では、兄弟姉妹由来のキメラ性はミクログリアの20–52%、マクロファージの18–64%に認められた一方、ニューロン、グリア細胞、上衣細胞など、その他の脳内常在細胞には認められなかった。
さらに、兄弟姉妹由来ミクログリアの割合は、同一個体内であっても脳領域間で有意に異なっていた。この違いは、異なる遺伝的背景を持つ兄弟姉妹由来ミクログリアが、各局所環境における細胞の動員や増殖シグナルに対して異なる応答を示すためである可能性が高い。また、脳領域ごとに異なるクローン増殖の履歴を持つ可能性も考えられる。
本研究で解析した個体および組織において、ミクログリアの遺伝子発現プロファイルは、兄弟姉妹間の遺伝的差異よりも、局所環境や宿主個体のコンテクストとの関連がはるかに強かった。マーモセットに自然に生じるキメラ現象は、遺伝子、遺伝子変異、および脳内環境がミクログリアの生物学に及ぼす影響を明らかにし、さらに脳の表現型に対するミクログリアの影響と、その他の細胞種の影響とを区別するための新たな研究手段となる。
Results
本研究では、マーモセットにおける兄弟姉妹由来キメラ細胞が、どの組織・細胞種に存在するかをsingle-nucleus RNA-seqとSNP情報を用いて解析した。まず血液、肝臓、腎臓を調べた結果、兄弟姉妹由来細胞は造血系細胞に限定され、肝細胞や腎臓の実質細胞には認められなかった。CJ026では、肝臓のKupffer細胞の15%、リンパ球の4%が兄弟由来であり、血液でもNaive B細胞29%、Naive CD8+ T細胞32%、CD8+ NKT-like細胞15%と、細胞種ごとにキメラ率が異なっていた。
脳では、11匹のマーモセットから得た137試料、計約220万個の核を解析した。その結果、兄弟姉妹由来キメラはミクログリアとマクロファージにのみ認められ、ミクログリアでは20–52%、マクロファージでは18–64%が兄弟由来であった。一方、ニューロン、アストロサイト、オリゴデンドロサイト、polydendrocyte、上衣細胞、内皮細胞などには明確なキメラ性は認められなかった。したがって、これまで脳などの臓器で検出されていた兄弟由来DNAは、主として組織内の造血系細胞に由来すると考えられた。
さらに、ミクログリアの兄弟由来率は同一個体内でも脳領域ごとに大きく異なった。CJ025では視床で11%（21/193）だったのに対し、線条体では56%（174/310）であり、極めて有意な領域差が認められた。また三つ子個体CJ028では、ミクログリアにおける2人の兄弟由来率が35%と13%だった一方、血液では18%と67%であり、血液中のキメラ率と脳内ミクログリアのキメラ率は必ずしも一致しなかった。
遺伝子発現解析では、宿主由来ミクログリアと兄弟由来ミクログリアの間に個体ごとの発現差はみられたものの、XISTを除き、全個体に共通して両者を区別する遺伝子は見つからなかった。むしろミクログリアの発現状態は、兄弟間の遺伝的差よりも、どの脳領域・宿主環境に存在するかという局所的コンテクストの影響を強く受けていた。以上から、マーモセットのキメラ性は造血系細胞に限定され、特に脳ではミクログリアが高頻度に兄弟由来となり、その分布や遺伝子発現は局所環境に大きく左右されることが示された。
Discussion
本研究は、マーモセットで広く認められる自然発生キメラについて、兄弟姉妹由来細胞がどの細胞系譜に存在するのかを単一細胞レベルで明らかにした。従来、雌個体の脳や各臓器からY染色体DNAが検出されていたことから、ニューロンや臓器実質細胞も兄弟由来となる可能性が考えられていた。しかし本研究では、兄弟姉妹由来細胞は造血系細胞に限定され、脳ではミクログリアとマクロファージにのみ認められた。したがって、過去に各臓器で検出されたキメラ性の多くは、臓器そのものの実質細胞ではなく、組織内に存在する免疫系細胞に由来すると解釈できる。
特に重要なのは、ミクログリアの20–52%が兄弟姉妹由来であり、その割合が同一個体内でも脳領域によって大きく異なっていた点である。この領域差は、宿主由来と兄弟由来のミクログリアが局所的な増殖・生存・動員シグナルに異なる応答を示した結果である可能性がある。一方、発生初期に少数の前駆細胞が各脳領域へ定着し、その後クローン性に増殖したことで、領域ごとに異なるキメラ率が形成された可能性も考えられる。本研究のみではこれらの機序を区別できず、今後の課題となる。
また、血液中のキメラ率と脳内ミクログリアのキメラ率が一致しなかったことから、現在の末梢血における造血細胞の構成だけでは、脳内ミクログリア集団の起源を説明できないことが示唆される。これは、ミクログリアが発生早期に脳へ移住した後、末梢血とは比較的独立して長期間維持・増殖されることと整合的である。
遺伝子発現解析では、兄弟間の遺伝子型の違いよりも、同じ細胞が存在する脳領域や宿主環境の影響の方が強かった。すなわち、ミクログリアの状態は遺伝的背景だけで決まるのではなく、局所的な神経環境によって大きく規定されると考えられる。この特徴により、マーモセットの自然キメラは、同一個体内で異なるゲノムを持つミクログリアを比較し、遺伝子のcell-autonomousな効果と周囲環境の効果を分離して解析できる天然の遺伝的モザイクモデルとなる。将来的には、神経発達、神経炎症、神経変性疾患などにおけるミクログリアの因果的役割を検証するための有力な研究系になると考えられる。
