ペンシルヴァニア大学のPerelman School of Medicineの新しい研究によれば、血液脳関門（BBB）が、蟻のコロニーの機能にとって重要な振る舞いを制御するのに重要な役割を果たしていることが明らかにされました。この研究の意味は蟻の世界を超えて広がっており、他の種、特に哺乳類においても類似のメカニズムが存在する可能性を示唆しています。2023年9月7日にCell誌に掲載されたこのオープンアクセスの論文のタイトルは「Hormonal Gatekeeping Via the Blood-Brain Barrier Governs Caste-Specific Behavior in Ants（血液脳関門を通じたホルモンのゲートキーピングが蟻の階級特有の行動を制御する）」です。
蟻をはじめとする多くの生物において、BBBは脳を細菌や有害物質から守る役割を果たす密閉された細胞から成り立っています。この保護的な障壁は、脳や神経系の働きにおいて中心的な役割を果たしています。現在の研究は、シェリー・バーガー博士（Shelley Berger, PhD）率いるペンエピジェネティクス研究所のチームが、シロアリとその独特の階級ベースの行動に焦点を当てて行われました。蟻のコロニー内のこれらの異なる階級（社会的グループ）は、しばしばコロニー内での異なるタスクを遂行し、さらには寿命においても大きな違いがあることがよく知られています。
この研究によれば、シロアリのBBBがJuvenile Hormone（JH3）を分解するための酵素、Juvenile hormone esterase（Jhe）の特殊なバージョンを産生しています。Jhe酵素は、通常、昆虫の血液に放出されるものです。しかし、シロアリのBBBによって産生されたJhe酵素は、BBBの細胞内に保持されていることが研究者らによって発見されました。この局所的に作用する酵素は、働き蟻の脳に取り込まれるJH3の量を制御しているのです。
同じコロニー内で異なるタイプの働き蟻が異なる役割を持っていることが知られています。食料の収集やトンネルの建設、またコロニーの防衛などがそれです。新しい発見によれば、これらの違いは、BBBにおけるJH3酵素の発現の違いと、それによって脳に運ばれるJH3ホルモンの量の違いに起因していることが示されました。これにより、同じコロニー内の異なる働き蟻が、採餌や防衛などの様々な行動をとることが理解されました。
バーガー博士は次のようにコメントしています。「この研究は、蟻の複雑な社会的行動と単一の酵素との間に驚くべき関連性を明らかにしています。単一の酵素がコロニーの機能にとって重要な異なる働き蟻の行動の間での移行を引き起こすことができるのです。血液脳関門がこれらの行動を制御する役割は、蟻の世界を超えて非常に特筆すべきものです。」
この研究は、異なる階級の蟻、つまり採餌蟻と兵士蟻の脳の単一細胞RNAシーケンシングから始まりました。これにより、BBBの細胞内でJhe遺伝子が異なる方法で発現していることが明らかにされました。この発見と、階級ごとの違いは、研究者たちの興味を引き、このメカニズムが蟻の行動にどのように影響するのかをさらに探求するきっかけとなりました。
共同主著者であるカール・グラスタード博士（Karl Glastad, PhD）は次のように述べています。「研究で驚かされたのは、兵士蟻のJheのレベルを操作すると、採餌に向かう行動への移行が観察されたことです。これは、Jhe酵素をコードする単一の遺伝子が、蟻のコロニーの基本的な構造、すなわち採餌行動に大きく影響を与える可能性があることを示しています。」
研究者たちはまた、ショウジョウバエではJhe酵素が自然に細胞の外部に存在することを発見しました。彼らがショウジョウバエのBBBで蟻のバージョンのJhe酵素を発現させると、蟻で観察されたような行動の変化が確認されました。
他の動物でも同様のメカニズムが存在する可能性があるかどうかを調査するために、研究者たちはマウスの細胞に関する公開データも分析しました。この分析により、BBBによって制御されるホルモンが脳に取り込まれる現象が動物界で広範囲にわたって存在する可能性が示唆されました。
共同主著者であるリニャン・ジュ（Linyang Ju）博士候補は次のようにコメントしています。「この研究は、単一細胞シーケンシングのような現代の生物学的技術の力を示しています。これにより、これまで隠れていた調節経路が明らかにされました。」
研究者たちは、この革命的な発見が、さまざまな生物における行動制御の理解を進める道を開く可能性があると考えています。バーガー博士とそのチームは、現在、他の蟻の種におけるこのメカニズムの一般性や、昆虫以外の種における行動規制への潜在的な意味についての研究を進めています。
