Войти
Когнитивная геномика (или нейративная геномика ) - это подполе геномики относящиеся к когнитивной функции, в которой гены и некодирующие последовательности генома организма связаны со здоровьем и активностью мозга изучаются. Применяя сравнительную геномику, сравнивают геномы нескольких видов с целью выявления генетических и фенотипических различий между видами. Наблюдаемые фенотипические характеристики, связанные с неврологической функцией, включают поведение, личность, нейроанатомию и невропатологию. Теория когнитивной геномики основана на элементах генетики, эволюционной биологии, молекулярной биологии, когнитивной психологии, поведенческой психологии. и нейрофизиология.
Интеллект является наиболее изученным поведенческим признаком. У человека примерно 70% всех генов экспрессируются в головном мозге. Генетическая изменчивость составляет 40% фенотипической изменчивости. Подходы когнитивной геномики использовались для исследования генетических причин многих психических и нейродегенеративных расстройств, включая синдром Дауна, большое депрессивное расстройство, аутизм и Болезнь Альцгеймера.
Наиболее часто используемый подход к исследованию генома - это эволюционная геномная биология, или evo-geno, при котором сравниваются геномы двух видов, имеющих общего предка. Распространенным примером evo-geno является сравнительное тестирование когнитивной геномики между людьми и шимпанзе, у которых был общий предок 6-7 миллионов лет назад. Паттерны в локальной экспрессии гена и сплайсинге гена исследуются для определения геномной дифференциации. Сравнительный транскриптомный анализ, проведенный на головном мозге приматов для измерения уровней экспрессии генов, показал значительные различия между геномами человека и шимпанзе. Подход evo-geno также использовался для проверки теории о том, что люди и нечеловеческие приматы имеют одинаковые уровни экспрессии генов, связанных с энергетическим метаболизмом, которые имеют значение для старения и нейродегенеративных заболеваний.
Подход эволюционной биологии развития (evo-DevO) сравнивает когнитивные и нейроанатомические модели развития между группами видов. Исследования мозга плода человека показывают, что почти треть экспрессируемых генов регионально дифференцированы, что намного больше, чем у нечеловеческих видов. Это открытие может потенциально объяснить различия в когнитивном развитии между людьми. Нейроанатомические исследования evo -dev связали высший мозговой порядок с латерализацией мозга, которая, хотя и присутствует у других видов, у людей очень упорядочена.
Биологический подход к эволюционному фенотипу (эво-фенотип) исследует выражение фенотипа между видами. Подход эволюционной патологии и биологии (эво-патология) изучает распространенность болезней между видами.
В геномике ген, отображаемый и анализируемый, называется геном-кандидатом. Идеальные гены-кандидаты для сравнительного геномного тестирования - это гены, которые обладают четко определенным функциональным полиморфизмом с известным влиянием на нейроанатомические и / или когнитивные функции. Однако достаточно генов с идентифицированными однонуклеотидными полиморфизмами или вариациями аллелей с потенциальными функциональными последствиями для нейроанатомических систем. Чем слабее связь между геном и фенотипом, тем труднее установить причинную связь с помощью тестирования.
Негенетические факторы, такие как возраст, болезнь, травмы или злоупотребление психоактивными веществами могут иметь значительное влияние на экспрессию генов и фенотипическую изменчивость. Идентификация и вклад генетической изменчивости в определенные фенотипы могут быть выполнены только тогда, когда другие потенциальные факторы могут быть сопоставлены по группам генотипов. В случае нейровизуализации во время выполнения задачи, такой как фМРТ, группы подбираются по уровню производительности. Негенетические факторы имеют особенно большое потенциальное влияние на когнитивное развитие. В случае аутизма негенетические факторы составляют 62% риска заболевания.
Чтобы изучить связь между геном-кандидатом и предложенного фенотипа, субъекту часто дается задание, которое выявляет поведенческий фенотип при прохождении некоторой формы нейровизуализации. Многие поведенческие задачи, используемые для геномных исследований, представляют собой модифицированные версии классических поведенческих и нейропсихологических тестов, разработанных для исследования нейронных систем, важных для определенного поведения.
В 2003 году Проект генома человека произвел первый полный геном человека. Несмотря на успех проекта, об экспрессии когнитивных генов известно очень мало. До 2003 года все доказательства, касающиеся связи человеческого мозга, основывались на посмертных наблюдениях. Из-за этических соображений на живых людях не проводились инвазивные in vivo исследования геномики.
Будучи ближайшими генетическими родственниками человека, Приматы, не являющиеся человеком, являются наиболее предпочтительными объектами для визуализации геномики. В большинстве случаев изображения приматов получают под анестезией. Из-за высокой стоимости выращивания и поддержания популяций приматов геномное тестирование приматов, кроме человека, обычно проводится в исследовательских центрах приматов.
Шимпанзе (пантроглодиты) являются ближайшими генетическими родственниками человека, разделяя 93,6% генетического сходства. Считается, что около 7 миллионов лет назад люди и шимпанзе имели общего генетического предка. Движение к секвенированию генома шимпанзе началось в 1998 году и было уделено первоочередное внимание Национальным институтам здравоохранения США (NIH).
В настоящее время человек и шимпанзе обладают единственными секвенированными геномами в расширенном семействе приматов. Некоторые сравнения аутосомных межгенных неповторяющихся сегментов ДНК предполагают всего лишь 1,24% генетического различия между людьми и шимпанзе на определенных участках. Несмотря на генетическое сходство, 80% белков между двумя видами различаются, что недооценивает явные фенотипические различия.
макаки-резус (Macaca mulatta) обладают 93% генетическим сходством с людьми примерно. Их часто используют как чужую группу в геномных исследованиях человека / шимпанзе. Люди и макаки-резус имели общего предка примерно 25 миллионов лет назад.
Орангутаны (Pongo pygmaeus) и гориллы (Gorilla gorilla) использовались в геномных тестах, но не являются обычными объектами. из-за стоимости.
Несмотря на то, что иногда сообщается, большинство поведенческих или патологических фенотипов обусловлены не единственной мутацией гена, а скорее сложной генетической основание. Однако из этого правила есть некоторые исключения, такие как болезнь Хантингтона, которая вызвана одним конкретным генетическим заболеванием. На возникновение нейроповеденческих расстройств влияет ряд факторов, как генетических, так и негенетических.
Синдром Дауна - это генетический синдром, характеризующийся умственной отсталостью и выраженными кранио-лицевыми особенностями, и встречается примерно у 1 из 800 живорождений. Эксперты считают, что генетическая причина синдрома - отсутствие генов в 21-й хромосоме. Однако ген или гены, ответственные за когнитивный фенотип, еще предстоит обнаружить.
Синдром ломкой Х-хромосомы вызван мутацией гена FRAXA, расположенного в Х-хромосоме. Синдром характеризуется умственной отсталостью (умеренная у мужчин, легкая у женщин), языковым дефицитом и некоторыми типами поведения аутистического спектра.
Болезнь Альцгеймера - это болезнь Альцгеймера. нейродегенеративное расстройство, которое вызывает возрастное прогрессирующее снижение когнитивных функций. животная модель с использованием мышей исследовала патофизиологию и предложила возможные методы лечения, такие как иммунизация бета-амилоидом и периферическое введение антител против бета-амилоида. Исследования связывают болезнь Альцгеймера с генными изменениями, вызывающими аномалии SAMP8 белка.
Аутизм - распространенное расстройство развития, характеризующееся аномальным социальным развитием, неспособностью сочувствовать и эффективно общаться, и ограниченные шаблоны интереса. Возможная нейроанатомическая причина - наличие клубней в височной доле. Как упоминалось ранее, негенетические факторы составляют 62% риска развития аутизма. Аутизм - это заболевание, специфичное для человека. Таким образом, генетическая причина связана с высоко упорядоченной латерализацией мозга, проявляемой людьми. С аутизмом и расстройствами аутистического спектра (РАС) связаны два гена: c3orf58 (также известный как Deleted In Autism-1 или DIA1) и cXorf36 (также известный как Deleted in Autism-1 Related или DIA1R).
Большое депрессивное расстройство - это распространенное расстройство настроения, которое, как полагают, вызвано нерегулярным нейронным захватом серотонина. Хотя генетическая причина неизвестна, геномные исследования посмертного мозга БДР обнаружили аномалии в системе фактора роста фибробластов, что подтверждает теорию факторов роста, играющих важную роль в расстройствах настроения.
Другие нейродегенеративные расстройства включают синдром Ретта, синдром Прадера-Вилли, синдром Ангельмана и синдром Вильямса-Бойрена.
