Войти
Кариограмма человека Нейрогенетика изучает роль генетики в развитии и функционировании нервная система. Он рассматривает нейронные характеристики как фенотип (т. Е. Проявления, измеримые или нет, генетического строения человека), и в основном основывается на наблюдении, что нервные системы людей, даже принадлежащих к одного и того же вида, могут не совпадать. Как следует из названия, он извлекает аспекты как из исследований нейробиологии, так и из генетики, уделяя особое внимание тому, как генетический код, который несет организм, влияет на его выраженные черты. Мутации в этой генетической последовательности могут иметь широкий спектр последствий для качества жизни человека. Неврологические заболевания, поведение и личность изучаются в контексте нейрогенетики. Область нейрогенетики возникла в середине-конце 1900-х годов с развитием, которое тесно связано с достижениями в доступных технологиях. В настоящее время нейрогенетика является центром многих исследований с использованием передовых методов.
Область нейрогенетики возникла в результате достижений молекулярной биологии, генетики и желания понять связь между генами, поведением, мозгом и неврологическими расстройствами и заболеваниями. Эта область начала расширяться в 1960-х годах благодаря исследованиям Сеймура Бензера, которого некоторые считают отцом нейрогенетики.
Сеймур Бензер в своем офисе в Калифорнийском технологическом институте в 1974 году с большой моделью дрозофилы Его новаторская работа с Drosophila помогла выяснить связь между циркадными ритмами и генами, что привело к дальнейшим исследованиям других особенностей поведения. Он также начал проводить исследования нейродегенерации у плодовых мушек, пытаясь найти способы подавления неврологических заболеваний у людей. Многие из использованных им методов и сделанных им выводов позволят продвинуться вперед в этой области.
Ранний анализ опирался на статистическую интерпретацию с помощью таких процессов, как LOD (логарифм шансов) оценок родословных и другие методы наблюдения, такие как затронутые сиб-пары, которые рассматривают фенотип и конфигурацию IBD (идентичность по происхождению). Многие из ранее изученных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, Хантингтона и боковой амиотрофический склероз (БАС), по сей день находятся в центре многих исследований. К концу 1980-х новые достижения в генетике, такие как технология рекомбинантной ДНК и обратная генетика, позволили более широко использовать полиморфизмы ДНК для проверки связи между ДНК и геном. дефекты. Этот процесс иногда называют анализом связей. К 1990-м годам постоянно развивающиеся технологии сделали генетический анализ более осуществимым и доступным. В этом десятилетии наблюдалось заметное увеличение числа определений конкретной роли, которую гены играют в отношении неврологических расстройств. Были достигнуты улучшения, но не ограничиваясь ими: синдром ломкой Х-хромосомы, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, эпилепсия и БАС.
Хотя генетическая основа простых болезней и расстройств точно установлена, генетика более сложных неврологических расстройств все еще является источником постоянных исследований. Новые разработки, такие как общегеномные исследования ассоциаций (GWAS), сделали доступными обширные новые ресурсы. С помощью этой новой информации можно легче определить генетическую изменчивость в человеческой популяции и, возможно, связанные заболевания. Нейродегенеративные заболевания являются более распространенной подгруппой неврологических расстройств, примерами которых являются болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. В настоящее время не существует эффективных методов лечения, которые фактически обращают вспять прогрессирование нейродегенеративных заболеваний; тем не менее, нейрогенетика становится одной из областей, которые могут иметь причинную связь. Открытие связей может привести к появлению терапевтических препаратов, которые могут обратить вспять дегенерацию мозга.
Одним из наиболее заметных результатов дальнейших исследований в области нейрогенетики является более глубокое знание локусов генов, которые показать связь с неврологическими заболеваниями. В приведенной ниже таблице представлена выборка конкретных местоположений генов, определенных как играющих роль в выбранных неврологических заболеваниях, на основе распространенности в США.
| Локусы генов | Неврологические заболевания |
|---|---|
| APOE ε4, PICALM | Болезнь Альцгеймера |
| DR15, DQ6 | Рассеянный склероз |
| LRRK2, PARK2, PARK7 | Болезнь Паркинсона |
| HTT | болезнь Хантингтона |
Логарифм шансов (LOD) - это статистический метод, используемый для оценки вероятности генной связи между черты. LOD часто используется в сочетании с родословными, картами генетического состава семьи, чтобы дать более точные оценки. Ключевым преимуществом этого метода является его способность давать надежные результаты как в больших, так и в малых размерах выборок, что является заметным преимуществом в лабораторных исследованиях.
Количественное отображение локусов признаков (QTL) - еще один статистический метод, используемый для определения хромосомные положения набора генов, ответственных за данный признак. Путем идентификации конкретных генетических маркеров для интересующих генов в рекомбинантном инбредном штамме можно определить степень взаимодействия между этими генами и их связь с наблюдаемым фенотипом посредством комплексного статистического анализа. В лаборатории нейрогенетики фенотип модельных организмов наблюдают, оценивая морфологию их мозга через тонкие срезы. Картирование QTL также можно проводить у людей, хотя морфологию мозга исследуют с помощью ядерной магнитно-резонансной томографии (МРТ), а не срезов мозга. Люди представляют собой более сложную задачу для анализа QTL, поскольку генетическая популяция не может контролироваться так же тщательно, как генетическая популяция инбредной рекомбинантной популяции, что может привести к источникам статистической ошибки.
Рекомбинантная ДНК Это важный метод исследования во многих областях, включая нейрогенетику. Он используется для внесения изменений в геном организма, обычно вызывая чрезмерную или недостаточную экспрессию определенного представляющего интерес гена или экспрессию его мутировавшей формы. Результаты этих экспериментов могут предоставить информацию о роли этого гена в организме и его важности для выживания и фитнеса. Затем хозяев подвергают скринингу с помощью токсичного лекарственного средства, к которому селектируемый маркер устойчив. Использование рекомбинантной ДНК является примером обратной генетики, когда исследователи создают мутантный генотип и анализируют полученный фенотип. В прямой генетике сначала идентифицируется организм с определенным фенотипом, а затем анализируется его генотип.
Дрозофила 
данио Модельные организмы - это важный инструмент во многих областях исследований, в том числе в области нейрогенетики. Изучая существ с более простой нервной системой и меньшими геномами, ученые могут лучше понять их биологические процессы и применить их к более сложным организмам, таким как люди. Из-за того, что их геномы не требуют особого обслуживания и хорошо картированы, мыши, Drosophila и C. elegans очень распространены. Данио и степные полевки также стали более распространенными, особенно в социальных и поведенческих областях нейрогенетики.
Помимо изучения того, как генетические мутации влияют на фактическую структуру мозга, исследователи в области нейрогенетики также изучают, как эти мутации влияют на познание и поведение. Один из методов исследования заключается в намеренной разработке модельных организмов с мутациями определенных интересующих генов. Затем этих животных классически приучают к выполнению определенных типов задач, таких как нажатие на рычаг для получения награды. Скорость их обучения, сохранение усвоенного поведения и другие факторы затем сравниваются с результатами здоровых организмов, чтобы определить, какое влияние - если таковое имеется - мутация оказала на эти высшие процессы. Результаты этого исследования могут помочь идентифицировать гены, которые могут быть связаны с состояниями, связанными с когнитивными нарушениями и недостатками обучения.
Многие исследовательские центры ищут добровольцев с определенными состояниями или заболеваниями для участия в исследованиях.. Модельные организмы, хотя и важны, не могут полностью моделировать сложность человеческого тела, поэтому добровольцы играют ключевую роль в проведении исследований. Наряду со сбором базовой информации об истории болезни и степени выраженности симптомов у участников берутся образцы крови, спинномозговой жидкости и / или мышечной ткани. Затем эти образцы тканей генетически секвенируются, и геномы добавляются в текущие коллекции базы данных. Рост этих баз данных в конечном итоге позволит исследователям лучше понять генетические нюансы этих состояний и приблизить терапевтические методы лечения к реальности. Текущие области интереса в этой области имеют широкий диапазон, начиная от поддержания циркадных ритмов, прогрессирования нейродегенеративных расстройств, сохранения периодических расстройств и влияния распада митохондрий на метаболизм.
Достижения в области молекулярной биологии и видовой проект генома позволили нанести на карту весь геном человека. Вопрос о том, являются ли генетические факторы или факторы окружающей среды в первую очередь ответственными за личность человека, уже давно является предметом дискуссий. Благодаря успехам, достигнутым в области нейрогенетики, исследователи начали решать этот вопрос, начав составлять карту генов и соотносить их с различными личностными качествами. Практически отсутствуют свидетельства того, что наличие одного гена указывает на то, что индивидуум будет выражать один стиль поведения по сравнению с другим; скорее, наличие определенного гена может сделать человека более предрасположенным к такому типу поведения. Становится ясно, что большинство генетически обусловленных форм поведения обусловлено эффектами многих вариантов многих генов в дополнение к другим неврологическим регулирующим факторам, таким как уровни нейротрансмиттеров. В связи с тем, что многие поведенческие характеристики сохраняются у разных видов на протяжении поколений, исследователи могут использовать животных, таких как мыши и крысы, а также плодовых мушек, червей и рыбок данио, чтобы попытаться определить конкретные гены, которые коррелируют с поведением и попытаться чтобы сопоставить их с человеческими генами.
Хотя и правда, что различия между видами могут казаться выраженными, в основном они имеют много общих черт поведения, которые необходимо для выживания. К таким чертам относятся спаривание, агрессия, поиск пищи, социальное поведение и режим сна. Это сохранение поведения разных видов привело биологов к гипотезе о том, что эти черты могут иметь схожие, если не одинаковые, генетические причины и пути. Исследования, проведенные на геномах множества организмов, показали, что многие организмы имеют гомологичные гены, что означает, что некоторый генетический материал сохраняется между видами. Если у этих организмов был общий эволюционный предок, это могло означать, что аспекты поведения могут быть унаследованы от предыдущих поколений, оказывая поддержку генетическим причинам - в отличие от причин окружающей среды - поведения. Различия в личностях и поведенческих чертах, наблюдаемые у людей одного и того же вида, можно объяснить разным уровнем экспрессии этих генов и соответствующих им белков.
Также проводятся исследования того, как гены человека могут вызывать различные уровни агрессии и контроля агрессии.
Внешние проявления агрессии наблюдаются у большинства животных В животном мире наблюдаются разные стили, типы и уровни агрессии что привело ученых к мысли, что это может быть генетический вклад, который сохранил эту особую поведенческую черту. Для некоторых видов разные уровни агрессии действительно продемонстрировали прямую корреляцию с более высоким уровнем дарвиновской приспособленности.
Shh и градиентом BMP в нервной трубке Было проведено много исследований эффекты генов и формирование мозга и центральной нервной системы. Следующие вики-ссылки могут оказаться полезными:
Существует множество генов и белков, которые способствуют формированию и развитию центральной нервной системы, многие из которых можно найти по вышеупомянутым ссылкам. Особое значение имеют те, которые кодируют BMP, ингибиторы BMP и SHH. При экспрессии во время раннего развития BMP ответственны за дифференцировку эпидермальных клеток из вентральной эктодермы. Ингибиторы BMP, такие как NOG и CHRD, способствуют дифференцировке клеток эктодермы в предполагаемую нервную ткань на дорсальной стороне. Если какой-либо из этих генов регулируется неправильно, правильного формирования и дифференциации не произойдет. BMP также играет очень важную роль в формировании паттерна, которое происходит после формирования нервной трубки. Благодаря дифференцированному ответу клеток нервной трубки на передачу сигналов BMP и Shh, эти пути конкурируют за определение судьбы преневральных клеток. BMP способствует дорсальной дифференцировке пре-нейральных клеток в сенсорные нейроны, а Shh способствует вентральной дифференцировке в двигательные нейроны. Существует множество других генов, которые помогают определить судьбу нервной системы и правильное развитие, включая, RELN, SOX9, WNT, Notch и Delta-кодирующие гены, HOX и различные гены, кодирующие кадгерин, такие как CDH1 и CDH2.
Некоторые недавние исследования показали, что уровень экспрессии генов в головном мозге резко меняется в разные периоды на протяжении всего жизненного цикла. Например, во время пренатального развития количество мРНК в головном мозге (индикатор экспрессии генов) исключительно велико и падает до значительно более низкого уровня вскоре после рождения. Единственная другая точка жизненного цикла, в течение которой экспрессия находится на таком высоком уровне, - это средний и поздний период жизни, в возрасте 50–70 лет. Хотя повышенная экспрессия в пренатальном периоде может быть объяснена быстрым ростом и формированием мозговой ткани, причина всплеска экспрессии в позднем возрасте остается темой текущих исследований.
Нейрогенетика - это область, которая быстро расширяется и растет. Текущие области исследований очень разнообразны по своей направленности. Одна из областей связана с молекулярными процессами и функцией определенных белков, часто в сочетании с передачей клеточных сигналов и высвобождением нейромедиаторов, развитием и восстановлением клеток или пластичностью нейронов. Поведенческие и когнитивные области исследований продолжают расширяться в попытке точно определить способствующие генетические факторы. В результате расширения области нейрогенетики возникло лучшее понимание конкретных неврологических расстройств и фенотипов, имеющих прямую корреляцию с генетическими мутациями. При тяжелых заболеваниях, таких как эпилепсия, пороки развития мозга или умственная отсталость, в 60% случаев выявляется единственный ген или причинное состояние; однако, чем мягче интеллектуальный недостаток, тем меньше вероятность того, что конкретная генетическая причина была выявлена. Аутизм, например, связан только с конкретным мутировавшим геном примерно в 15-20% случаев, в то время как самые легкие формы умственной отсталости объясняются генетически только менее чем в 5% случаев. Тем не менее, исследования в области нейрогенетики дали некоторые многообещающие результаты: мутации в определенных локусах генов были связаны с вредными фенотипами и возникающими в результате нарушениями. Например, мутация сдвига рамки или миссенс-мутация в месте гена DCX вызывает дефект миграции нейронов, также известный как лиссэнцефалия. Другим примером является ген ROBO3, в котором мутация изменяет длину аксона, негативно влияя на нейронные связи. Паралич горизонтального взгляда с прогрессирующим сколиозом (HGPPS) здесь сопровождает мутацию. Это всего лишь несколько примеров того, чего достигли текущие исследования в области нейрогенетики.
