Jump to content

Когнитивная геномика

Когнитивная геномика (или нейронативная геномика ) — это раздел геномики, относящийся к когнитивным функциям, в котором гены и некодирующие последовательности организма , генома связанные со здоровьем и активностью мозга . изучаются Применяя сравнительную геномику , геномы нескольких видов сравниваются с целью выявления генетических и фенотипических различий между видами. Наблюдаемые фенотипические характеристики, связанные с неврологическими функциями, включают поведение , личность , нейроанатомию и невропатологию . Теория, лежащая в основе когнитивной геномики, основана на элементах генетики , эволюционной биологии , молекулярной биологии , когнитивной психологии , поведенческой психологии и нейрофизиологии .

Интеллект — наиболее широко изучаемая поведенческая черта . [1] У человека примерно 70% всех генов экспрессируются в мозге. [2] Генетические вариации составляют 40% фенотипических вариаций. [3] Подходы когнитивной геномики использовались для исследования генетических причин многих психических и нейродегенеративных расстройств, включая синдром Дауна , большое депрессивное расстройство , аутизм и болезнь Альцгеймера .

Когнитивное геномное тестирование

[ редактировать ]

Эво-гено

[ редактировать ]

Наиболее часто используемый подход к исследованию генома - это биологическая эволюционная геномика, или эво-гено, в которой сравниваются геномы двух видов, имеющих общего предка. [4] Типичным примером эво-гено является сравнительное тестирование когнитивной геномики между людьми и шимпанзе, у которых был общий предок 6-7 миллионов лет назад. [5] закономерности локальной экспрессии генов и сплайсинга генов Для определения геномной дифференциации исследуются . Сравнительный транскриптомный анализ, проведенный на мозге приматов для измерения уровней экспрессии генов, показал значительные различия между геномами человека и шимпанзе. [4] Эво-геноподход также использовался для проверки теории о том, что люди и приматы, кроме человека, имеют одинаковые уровни экспрессии генов, связанных с энергетическим метаболизмом, которые имеют значение для старения и нейродегенеративных заболеваний. [4]

Эво-дево

[ редактировать ]

Подход эволюционной биологии развития (эво-дево) сравнивает когнитивные и нейроанатомические модели развития между наборами видов. Исследования мозга плода человека показывают, что почти треть экспрессируемых генов являются регионально дифференцированными, что намного больше, чем у видов, не относящихся к человеку. [4] Это открытие потенциально может объяснить различия в когнитивном развитии между людьми. Нейроанатомические исследования эво-дево связали более высокий порядок мозга с латерализацией мозга , которая, хотя и присутствует у других видов, высоко упорядочена у людей.

Эво-фено и эво-пато

[ редактировать ]

Подход эволюционной фенотипической биологии (эво-фено) исследует проявление фенотипа между видами. Подход биологии эволюционной патологии (эво-пато) исследует распространенность болезней между видами.

Геномика изображений

[ редактировать ]

Выбор гена-кандидата

[ редактировать ]

В геномике ген, который визуализируется и анализируется, называется геном-кандидатом. Идеальными генами-кандидатами для сравнительного геномного тестирования являются гены, которые несут четко определенные функциональные полиморфизмы с известным влиянием на нейроанатомические и/или когнитивные функции. [2] Однако достаточно генов с выявленным однонуклеотидным полиморфизмом или аллельными вариациями с потенциальными функциональными последствиями для нейроанатомических систем. [2] Чем слабее связь между геном и фенотипом, тем сложнее установить причинно-следственную связь путем тестирования. [2]

Контроль негенетических факторов

[ редактировать ]

Негенетические факторы, такие как возраст, болезнь, травма или злоупотребление психоактивными веществами, могут оказывать существенное влияние на экспрессию генов и фенотипическую вариативность. [2] Идентификация и вклад генетических вариаций в конкретные фенотипы могут быть выполнены только тогда, когда другие потенциальные способствующие факторы могут быть сопоставлены между группами генотипов. [2] В случае нейровизуализации во время выполнения задания, например, при фМРТ, группы сопоставляются по уровню производительности. Негенетические факторы оказывают особенно большое потенциальное влияние на когнитивное развитие. В случае аутизма негенетические факторы составляют 62% риска заболевания. [6]

Выбор задачи

[ редактировать ]

Чтобы изучить связь между геном-кандидатом и предполагаемым фенотипом, субъекту часто дают задание, которое выявляет поведенческий фенотип, во время прохождения той или иной формы нейровизуализации . Многие поведенческие задачи, используемые в геномных исследованиях, представляют собой модифицированные версии классических поведенческих и нейропсихологических тестов, предназначенных для исследования нейронных систем, критически важных для определенного поведения. [2]

Виды, используемые в сравнительной когнитивной геномике

[ редактировать ]

В 2003 году в рамках проекта «Геном человека» был получен первый полный геном человека. [7] Несмотря на успех проекта, об экспрессии когнитивных генов известно очень мало. [8] До 2003 года любые доказательства связи человеческого мозга основывались на посмертных наблюдениях. [9] По этическим соображениям инвазивные исследования геномики in vivo на живых людях не проводились. [ нужна ссылка ]

Нечеловеческие приматы

[ редактировать ]

Будучи ближайшими генетическими родственниками человека, приматы, кроме человека, являются наиболее предпочтительными объектами геномной визуализации. В большинстве случаев приматов визуализируют под наркозом . [8] Из-за высокой стоимости выращивания и поддержания популяций приматов геномное тестирование на приматах, кроме человека, обычно проводится в исследовательских центрах по изучению приматов.

Шимпанзе

[ редактировать ]

Шимпанзе ( Pan troglodytes ) являются ближайшими генетическими родственниками человека , их генетическое сходство составляет 93,6%. [10] Считается, что люди и шимпанзе имели общего генетического предка около 7 миллионов лет назад. [8] Движение по секвенированию генома шимпанзе началось в 1998 году и получило высокий приоритет со стороны Национальных институтов здравоохранения США (NIH). [11]

В настоящее время у человека и шимпанзе есть единственные секвенированные геномы в расширенном семействе приматов. [12] Некоторые сравнения аутосомно-межгенных неповторяющихся сегментов ДНК позволяют предположить, что генетическая разница между людьми и шимпанзе на определенных участках составляет всего лишь 1,24%. [13] Несмотря на генетическое сходство, 80% белков у этих двух видов различны, что занижает явные фенотипические различия. [14]

Макаки-резусы

[ редактировать ]

Макаки-резусы ( Macaca mulatta ) демонстрируют генетическое сходство с человеком примерно на 93%. [15] Их часто используют в качестве сторонней группы в геномных исследованиях человека/шимпанзе. [8] Люди и макаки-резусы имели общего предка примерно 25 миллионов лет назад. [5]

Орангутаны ( Pongo pygmaeus ) и гориллы ( Gorilla gorilla ) использовались в геномных тестах, но не являются обычными объектами из-за стоимости. [8]

Нейроповеденческие и когнитивные расстройства

[ редактировать ]

Несмотря на то, что иногда сообщается, большинство поведенческих или патологических фенотипов обусловлены не мутацией одного гена , а скорее сложной генетической основой. [16] Однако из этого правила есть некоторые исключения, например болезнь Хантингтона , вызванная одним конкретным генетическим заболеванием. [16] На возникновение нейроповеденческих расстройств влияет ряд факторов, как генетических, так и негенетических.

Синдром Дауна

[ редактировать ]

Синдром Дауна — это генетический синдром, характеризующийся умственной отсталостью и отчетливыми черепно-лицевыми особенностями и встречающийся примерно у 1 из 800 живорождений. [17] Эксперты полагают, что генетической причиной синдрома является отсутствие генов в 21-й хромосоме . [17] Однако ген или гены, ответственные за когнитивный фенотип, еще не обнаружены.

Синдром ломкой Х-хромосомы

[ редактировать ]

Синдром ломкой Х-хромосомы вызван мутацией гена FRAXA, расположенного в Х-хромосоме . [17] Синдром характеризуется умственной отсталостью (умеренной у мужчин, легкой у женщин), языковой недостаточностью и некоторыми проявлениями аутистического спектра . [17]

болезнь Альцгеймера

[ редактировать ]

Болезнь Альцгеймера — нейродегенеративное заболевание, которое вызывает прогрессирующее снижение когнитивных функций, связанное с возрастом. [17] на животных моделях с использованием мышей исследовали патофизиологию и предложили возможные методы лечения, такие как иммунизация бета -амилоидом и периферическое введение антител против бета-амилоида. [17] Исследования связали болезнь Альцгеймера с изменениями генов, вызывающими аномалии белка SAMP8 . [18]

Аутизм — это распространенное расстройство развития, характеризующееся аномальным социальным развитием, неспособностью сопереживать и эффективно общаться, а также ограниченными интересами. [17] Возможная нейроанатомическая причина — наличие бугров в височной доле. [17] Как упоминалось ранее, негенетические факторы ответственны за 62% риска развития аутизма. [6] Аутизм – это специфическое для человека расстройство. Таким образом, генетическая причина связана с высокоупорядоченной латерализацией мозга, наблюдаемой у людей. [4] Два гена связаны с аутизмом и расстройствами аутистического спектра (РАС): c3orf58 (он же «удаленный при аутизме-1» или DIA1) и cXorf36 (он же «удаленный при аутизме-1» или DIA1R). [19]

Большое депрессивное расстройство

[ редактировать ]

Большое депрессивное расстройство — это распространенное расстройство настроения, которое, как полагают, вызвано нерегулярным нейрональным поглощением серотонина . Хотя генетическая причина неизвестна, геномные исследования посмертного мозга с БДР выявили аномалии в системе факторов роста фибробластов , что подтверждает теорию о том, что факторы роста играют важную роль в расстройствах настроения. [20]

Другие нейродегенеративные расстройства включают синдром Ретта , синдром Прадера-Вилли , синдром Ангельмана и синдром Вильямса-Бойрена .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Пломин, Роберт; Спинат, Фрэнк М. (январь 2004 г.). «Интеллект: генетика, гены и геномика». Журнал личности и социальной психологии . 86 (1): 112–129. CiteSeerX   10.1.1.525.3970 . дои : 10.1037/0022-3514.86.1.112 . ПМИД   14717631 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и ж г Харири, Ахмад Р.; Вайнбергер, Дэниел Р. (март 2003 г.). «Визуальная геномика» . Британский медицинский бюллетень . 65 (1): 259–270. дои : 10.1093/bmb/65.1.259 . ПМИД   12697630 .
  3. ^ Пломин, Роберт; Спинат, Фрэнк М. (январь 2004 г.). «Интеллект: генетика, гены и геномика» (PDF) . Журнал личности и социальной психологии . 86 (1): 112–129. дои : 10.1037/0022-3514.86.1.112 . ПМИД   14717631 . S2CID   5734393 . Архивировано из оригинала (PDF) 26 июля 2020 г.
  4. ^ Jump up to: а б с д и Конопка, Женевьева; Гешвинд, Дэниел Х. (21 октября 2010 г.). «Эволюция человеческого мозга: использование (R) эволюции геномики для связи генов, познания и поведения» . Нейрон . 68 (2): 231–244. дои : 10.1016/j.neuron.2010.10.012 . ПМЦ   2993319 . ПМИД   20955931 .
  5. ^ Jump up to: а б Касерес, Марио; Лашуэр, Джоэл; Запала, Мэтью А.; Редмонд, Джон К.; Кудо, Лили; Гешвинд, Дэниел Х.; Локхарт, Дэвид Дж.; Пройсс, Тодд М.; Барлоу, Кэрроли (28 октября 2003 г.). «Повышенные уровни экспрессии генов отличают мозг человека от мозга приматов» . Труды Национальной академии наук . 100 (22): 13030–13035. Бибкод : 2003PNAS..10013030C . дои : 10.1073/pnas.2135499100 . ПМК   240739 . ПМИД   14557539 .
  6. ^ Jump up to: а б Дигитале, Эрин (4 июля 2011 г.). «Негенетические факторы играют удивительно большую роль в определении аутизма, говорится в групповом исследовании» . Стэнфордская медицинская школа Стэнфордского университета.
  7. ^ «Часто задаваемые вопросы по проекту генома человека» . Национальный институт исследования генома человека .
  8. ^ Jump up to: а б с д и Интервью с Тоддом Пройссом, доктором философии, Национальный центр исследования приматов Йеркса [ ненадежный источник? ]
  9. ^ Беренс, TEJ; Йохансен-Берг, Х; Вулрич, Миссури; Смит, С.М.; Уиллер-Кингшотт, CAM; Булби, Пенсильвания; Баркер, Дж.Дж.; Силлери, Эль; Шихан, К; Сиссарелли, О; Томпсон, Эй Джей; Брэди, Дж. М.; Мэтьюз, премьер-министр (15 июня 2003 г.). «Неинвазивное картирование связей между таламусом и корой головного мозга человека с использованием диффузной визуализации». Природная неврология . 6 (7): 750–757. дои : 10.1038/nn1075 . ПМИД   12808459 . S2CID   827480 .
  10. ^ Коэн, Джон (7 июня 2007 г.). «Относительные различия: миф об 1%». Наука . 316 (5833): 1836. doi : 10.1126/science.316.5833.1836 . ПМИД   17600195 . S2CID   84106299 .
  11. ^ Олсон, Мейнард В.; Варки, Аджит (январь 2003 г.). «Секвенирование генома шимпанзе: понимание эволюции человека и болезней». Обзоры природы Генетика . 4 (1): 20–28. дои : 10.1038/nrg981 . ПМИД   12509750 . S2CID   205486561 .
  12. ^ Гудман, Моррис; Гроссман, Лоуренс И.; Уайлдман, Дерек Э. (сентябрь 2005 г.). «Выход геномики приматов за пределы генома шимпанзе». Тенденции в генетике . 21 (9): 511–517. дои : 10.1016/j.tig.2005.06.012 . ПМИД   16009448 .
  13. ^ Чен, Фэн-Чи; Ли, Вэнь-Сюн (2001). «Геномные различия между людьми и другими гоминоидами и эффективный размер популяции общего предка человека и шимпанзе» . Американский журнал генетики человека . 68 (2): 444–456. CiteSeerX   10.1.1.329.720 . дои : 10.1086/318206 . ПМЦ   1235277 . ПМИД   11170892 .
  14. ^ Глазко, Галина; Вирамачанени, Вамси; Нэй, Масатоши; Макаловский, Войцех (февраль 2005 г.). «Восемьдесят процентов белков у людей и шимпанзе различаются». Джин . 346 : 215–219. дои : 10.1016/j.gene.2004.11.003 . ПМИД   15716009 .
  15. ^ «Последовательность ДНК макаки-резуса имеет эволюционное и медицинское значение» (пресс-релиз). Медицинский колледж Бэйлора. 12 апреля 2007 г.
  16. ^ Jump up to: а б Макгаффин, Питер; Райли, Брайен; Пломин, Роберт (16 февраля 2001 г.). «На пути к поведенческой геномике». Наука . 291 (5507): 1232–1249. дои : 10.1126/science.1057264 . ПМИД   11233447 . S2CID   83900633 .
  17. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Фиш, Джин С. (2003). Генетика и геномика нейроповеденческих расстройств . Хумана Пресс. стр. 3–19. doi : 10.1007/978-1-59259-353-8_1 (неактивен 31 января 2024 г.). ISBN  978-1-59259-353-8 . {{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )
  18. ^ Баттерфилд, Д; Пун, Х. (октябрь 2005 г.). «Мышь, склонная к ускоренному старению (SAMP8): модель возрастного снижения когнитивных функций, имеющая отношение к изменениям экспрессии генов и белковым аномалиям при болезни Альцгеймера». Экспериментальная геронтология . 40 (10): 774–783. CiteSeerX   10.1.1.313.4638 . дои : 10.1016/j.exger.2005.05.007 . ПМИД   16026957 . S2CID   15860658 .
  19. ^ Азиз, Ажари; Харроп, Шон П.; Епископ, Наоми Э. (19 января 2011 г.). «Характеристика семейства удаленных при аутизме 1 белков: значение для изучения когнитивных расстройств» . ПЛОС ОДИН . 6 (1): e14547. Бибкод : 2011PLoSO...614547A . дои : 10.1371/journal.pone.0014547 . ПМК   3023760 . ПМИД   21283809 .
  20. ^ Никулеску, Александр Б (2005). «Геномные исследования расстройств настроения – мозг как мышца?» . Геномная биология . 6 (4): 215. doi : 10.1186/gb-2005-6-4-215 . ПМЦ   1088952 . ПМИД   15833130 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: af41b37c329cba5334eab5127b4b7c5f__1720737480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/af/5f/af41b37c329cba5334eab5127b4b7c5f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cognitive genomics - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)