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ミトコンドリアの呼吸能力と多様性のヒト脳地図

Eugene V Mosharov ^1,2, Ayelet M Rosenberg ¹, Anna S Monzel ¹

¹Department of Psychiatry, Divisions of Molecular Therapeutics and Behavioral Medicine, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY, USA.
²New York State Psychiatric Institute, New York, NY, USA.
³Department of Medicine, Endocrinology, and Department of Molecular and Medical Pharmacology, David Geffen School of Medicine, University of California Los Angeles, Los Angeles, CA, USA.
⁴Department of Psychiatry, Division of Molecular Imaging and Neuropathology, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY, USA.
⁵Department of Pathology and Cell Biology, Columbia University, New York, NY, USA.
⁶Center for Translational and Computational Neuroimmunology, Neuroimmunology Division, Department of Neurology and the Taub Institute for Research on Alzheimer's Disease and the Aging Brain, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY, USA.
⁷Departments of Neurology and Pharmacology, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY, USA.
⁸Brain Connectivity and Behaviour Laboratory, Paris, France. michel.thiebaut@gmail.com.
⁹Groupe d'Imagerie Neurofonctionnelle, Institut des Maladies Neurodégénératives-UMR 5293, CNRS, CEA University of Bordeaux, Bordeaux, France. michel.thiebaut@gmail.com.
¹⁰Department of Psychiatry, Divisions of Molecular Therapeutics and Behavioral Medicine, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY, USA. martin.picard@columbia.edu.
¹¹New York State Psychiatric Institute, New York, NY, USA. martin.picard@columbia.edu.
¹²Department of Neurology, H. Houston Merritt Center, Columbia Translational Neuroscience Initiative, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY, USA. martin.picard@columbia.edu.
¹³Robert N. Butler Columbia Aging Center, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, USA. martin.picard@columbia.edu.

⁰Department of Psychiatry, Divisions of Molecular Therapeutics and Behavioral Medicine, Columbia University Irving Medical Center, New York, NY, USA.

Nature +

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2025年3月27日

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まとめ

人間の脳

科学分野

神経科学
細胞生物学
生物化学

背景

ミトコンドリアの酸化リン酸化 (OXPHOS) は脳活動に力を入れます
ミトコンドリアの欠陥は神経変性および神経精神疾患と関連しています.
脳の活動と行動の定義には脳の分子エネルギー環境を理解することが極めて重要です

研究の目的

認知神経科学と細胞生物学との間にあるスケール・ギャップを埋めるためです
人間の脳の分子のエネルギー構造を定義する
ヒトの脳のミトコンドリア現象をマッピングする

主な方法

人間の脳半球を703個のヴォクセル (3x3x3mm) に分割する物理的なヴォクセライゼーションアプローチを開発した.
各ヴォクセルにおけるミトコンドリアのフェノタイプ (OXPHOS酵素活動,mtDNAと体積密度,呼吸能力) をプロファイルした.
神経イメージング方式を統合した逆行線形回帰モデルを使用して,ミトコンドリアの分布と専門化の全脳マップを作成しました.

主要な成果

人間の脳は,トポロジーと細胞タイプによって影響される多様なミトコンドリアのフェノタイプを示しています.
灰色の物質は白い物質よりも50%以上のミトコンドリアを含んでいます
灰色の物質のミトコンドリアは特に最近進化した皮質の領域は生物化学的にエネルギー変換に最適化されています

結論

開発されたヴォクセライゼーションアプローチとMitoBrainMapは,脳機能の分子エネルギー学を研究するための基礎を提供します.
このリソースは神経イメージングデータをサブセルラーミトコンドリアのフェノタイプにリンクし,地域化された脳プロセスへの洞察を提供します.
この発見は,神経精神疾患や神経変性疾患や正常な脳機能の理解に役立つ.

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