nörogenetik - Neurogenetics
Nörogenetik , genetiğin sinir sisteminin gelişimi ve işlevindeki rolünü inceler . Nöral özellikleri fenotipler (yani, bir bireyin genetik yapısının ölçülebilir veya ölçülemeyen tezahürleri) olarak kabul eder ve temel olarak, bireylerin sinir sistemlerinin, hatta aynı türe ait olanların bile, sinir sistemlerine sahip olmayabileceği gözlemine dayanır. özdeş olmak. Adından da anlaşılacağı gibi, özellikle bir organizmanın taşıdığı genetik kodun ifade edilen özelliklerini nasıl etkilediğine odaklanarak , hem sinirbilim hem de genetik çalışmalarından yönler alır . Bu genetik dizilimdeki mutasyonlar , bireyin yaşam kalitesi üzerinde çok çeşitli etkilere sahip olabilir. Nörolojik hastalıklar, davranış ve kişilik, tümü nörogenetik bağlamında incelenir. Nörogenetik alanı, 1900'lerin ortalarından sonlarına kadar, mevcut teknolojideki gelişmeleri yakından takip eden gelişmelerle ortaya çıktı. Şu anda, nörogenetik, en son teknikleri kullanan birçok araştırmanın merkezidir.
Tarih
Nörogenetik alanı, moleküler biyoloji, genetik ve genler, davranış, beyin ve nörolojik bozukluklar ve hastalıklar arasındaki bağlantıyı anlama arzusundaki ilerlemelerden ortaya çıkmıştır. Alan, 1960'larda , bazıları tarafından nörogenetiğin babası olarak kabul edilen Seymour Benzer'in araştırması ile genişlemeye başladı .
Drosophila ile yaptığı öncü çalışma, sirkadiyen ritimler ve genler arasındaki bağlantıyı aydınlatmaya yardımcı oldu ve bu da diğer davranış özelliklerine ilişkin daha fazla araştırmaya yol açtı. Ayrıca insanlarda nörolojik hastalıkları bastırmanın yollarını keşfetmek amacıyla meyve sineklerinde nörodejenerasyon konusunda araştırmalar yapmaya başladı. Kullandığı tekniklerin çoğu ve çıkardığı sonuçlar, alanı ileriye götürecekti.
İlk analizler , soyağaçlarının LOD (olasılıkların logaritması) puanları ve fenotip ve IBD (inişe göre kimlik) konfigürasyonuna bakan etkilenen kardeş çiftleri gibi diğer gözlemsel yöntemler gibi süreçler aracılığıyla istatistiksel yorumlamaya dayanıyordu . Alzheimer , Huntington ve amyotrofik lateral skleroz (ALS) dahil olmak üzere erken çalışılan bozuklukların çoğu, bu güne kadar hala birçok araştırmanın merkezinde yer almaktadır. 1980'lerin sonlarında, rekombinant DNA teknolojisi ve ters genetik gibi genetikteki yeni gelişmeler, DNA ve gen kusurları arasındaki bağlantıyı test etmek için DNA polimorfizmlerinin daha geniş kullanımına izin verdi . Bu süreç bazen bağlantı analizi olarak adlandırılır. 1990'lara gelindiğinde sürekli gelişen teknoloji, genetik analizi daha uygulanabilir ve kullanılabilir hale getirdi. Bu on yılda, nörolojik bozukluklarla ilgili olarak oynanan spesifik rol genlerinin belirlenmesinde belirgin bir artış görüldü. Frajil X sendromu , Alzheimer, Parkinson , epilepsi ve ALS'de ilerlemeler yapılmıştır ancak bunlarla sınırlı değildir .
nörolojik bozukluklar
Basit hastalıkların ve bozuklukların genetik temeli kesin olarak belirlenmiş olsa da, daha karmaşık, nörolojik bozuklukların arkasındaki genetik hala devam eden bir araştırma kaynağıdır. Genom çapında ilişkilendirme çalışmaları (GWAS) gibi yeni gelişmeler, çok sayıda yeni kaynağın kavranmasını sağladı. Bu yeni bilgi ile insan popülasyonundaki genetik değişkenlik ve muhtemelen bağlantılı hastalıklar daha kolay ayırt edilebilir. Nörodejeneratif hastalıklar, örnekleri Alzheimer hastalığı ve Parkinson hastalığı olmak üzere nörolojik bozuklukların daha yaygın bir alt kümesidir . Şu anda, nörodejeneratif hastalıkların ilerlemesini gerçekten tersine çeviren hiçbir uygulanabilir tedavi mevcut değildir; bununla birlikte, nörogenetik, nedensel bir bağlantı sağlayabilecek bir alan olarak ortaya çıkmaktadır. Bağlantıların keşfi, beyin dejenerasyonunu tersine çevirebilecek terapötik ilaçlara yol açabilir.
gen dizilimi
Nörogenetikle ilgili daha fazla araştırmanın en göze çarpan sonuçlarından biri, nörolojik hastalıklarla bağlantı gösteren gen lokusları hakkında daha fazla bilgi sahibi olmaktır. Aşağıdaki tablo, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki yaygınlığa dayalı olarak seçilmiş nörolojik hastalıklarda rol oynadığı belirlenen belirli gen konumlarının bir örneğini temsil etmektedir .
| gen lokusları | nörolojik hastalık |
|---|---|
| APOE ε4 , PİKAL | Alzheimer hastalığı |
| DR15 , DQ6 | Çoklu skleroz |
| LRRK2 , PARK2 , PARK7 | Parkinson hastalığı |
| HTT | Huntington hastalığı |
araştırma yöntemleri
istatistiksel analiz
Olasılıkların logaritması (LOD) , özellikler arasındaki gen bağlantısı olasılığını tahmin etmek için kullanılan istatistiksel bir tekniktir. LOD, daha doğru tahminler elde etmek için genellikle bir ailenin genetik yapısının haritaları olan soyağacı ile birlikte kullanılır. Bu tekniğin önemli bir yararı, laboratuvar araştırmalarında belirgin bir avantaj olan hem büyük hem de küçük numune boyutlarında güvenilir sonuçlar verme yeteneğidir.
Nicel özellik lokusları (QTL) haritalaması, belirli bir özellikten sorumlu bir dizi genin kromozomal konumlarını belirlemek için kullanılan başka bir istatistiksel yöntemdir. Bir rekombinant kendi içinde yetiştirilmiş suşta ilgilenilen genler için spesifik genetik belirteçler tanımlanarak , bu genler arasındaki etkileşim miktarı ve bunların gözlenen fenotiple ilişkisi, karmaşık istatistiksel analiz yoluyla belirlenebilir. Bir nörogenetik laboratuvarında, model organizmaların fenotipi ince dilimler aracılığıyla beyinlerinin morfolojisi değerlendirilerek gözlemlenir. QTL haritalaması insanlarda da gerçekleştirilebilir, ancak beyin morfolojileri beyin dilimleri yerine nükleer manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kullanılarak incelenir . İnsanlar, QTL analizi için daha büyük bir zorluk teşkil eder, çünkü genetik popülasyon, doğal bir rekombinant popülasyonunki kadar dikkatli bir şekilde kontrol edilemez ve bu da istatistiksel hata kaynaklarına neden olabilir.
Rekombinant DNA
Rekombinant DNA , nörogenetik dahil birçok alanda önemli bir araştırma yöntemidir. Bir organizmanın genomunda değişiklikler yapmak için kullanılır, genellikle belirli bir ilgi alanını aşırı veya az ifade etmesine veya mutasyona uğramış bir formunu ifade etmesine neden olur. Bu deneylerin sonuçları, o genin organizmanın vücudundaki rolü ve hayatta kalma ve zindelikteki önemi hakkında bilgi sağlayabilir. Daha sonra konaklar, seçilebilir markörün dirençli olduğu toksik bir ilaç yardımıyla taranır. Rekombinant DNA kullanımı, araştırmacıların mutant bir genotip oluşturduğu ve ortaya çıkan fenotipi analiz ettiği bir ters genetiğe bir örnektir. Olarak ileri genetik , belirli bir fenotip ile bir organizma ilk tanımlanır, ve genotip daha sonra analiz edilir.
Hayvan araştırması
Model organizmalar, nörogenetik alanı da dahil olmak üzere birçok araştırma alanında önemli bir araçtır. Bilim adamları, daha basit sinir sistemlerine ve daha küçük genomlara sahip canlıları inceleyerek biyolojik süreçlerini daha iyi anlayabilir ve bunları insanlar gibi daha karmaşık organizmalara uygulayabilirler. Az bakım gerektiren ve yüksek oranda haritalanmış genomları nedeniyle fareler, Drosophila ve C. elegans çok yaygındır. Zebra balığı ve kır fareleri de özellikle nörogenetiğin sosyal ve davranışsal alanlarında daha yaygın hale geldi.
Nörogenetik alanındaki araştırmacılar, genetik mutasyonların beynin gerçek yapısını nasıl etkilediğini incelemenin yanı sıra, bu mutasyonların biliş ve davranışı nasıl etkilediğini de inceler. Bunu incelemenin bir yöntemi, belirli ilgili genlerin mutasyonlarına sahip model organizmaların kasıtlı olarak mühendisliğini içerir. Bu hayvanlar daha sonra, bir ödül kazanmak için bir kolu çekmek gibi belirli türden görevleri yerine getirmek üzere klasik olarak şartlandırılır. Öğrenme hızları, öğrenilen davranışların kalıcılığı ve diğer faktörler, daha sonra, mutasyonun bu yüksek süreçler üzerinde ne tür bir etkisi olduğunu - eğer varsa - belirlemek için sağlıklı organizmaların sonuçlarıyla karşılaştırılır. Bu araştırmanın sonuçları, bilişsel ve öğrenme yetersizliklerini içeren koşullarla ilişkili olabilecek genlerin belirlenmesine yardımcı olabilir.
İnsan araştırması
Birçok araştırma tesisi, çalışmalara katılmak için belirli koşullara veya hastalıklara sahip gönüllüler arar. Model organizmalar, önemli olmakla birlikte, insan vücudunun karmaşıklığını tam olarak modelleyemezler ve bu da gönüllüleri araştırmanın ilerlemesinde kilit bir rol oynar. Tıbbi geçmiş ve semptomlarının kapsamı hakkında bazı temel bilgilerin toplanmasının yanı sıra, kan, beyin omurilik sıvısı ve/veya kas dokusu dahil olmak üzere katılımcılardan örnekler alınır . Bu doku örnekleri daha sonra genetik olarak sıralanır ve genomlar mevcut veritabanı koleksiyonlarına eklenir. Bu veri tabanlarının büyümesi, sonunda araştırmacıların bu koşulların genetik nüanslarını daha iyi anlamalarına ve terapi tedavilerini gerçeğe daha yakın hale getirmelerine olanak sağlayacaktır. Bu alandaki güncel ilgi alanları, sirkadiyen ritimlerin korunmasından , nörodejeneratif bozuklukların ilerlemesine, periyodik bozuklukların kalıcılığına ve mitokondriyal bozulmanın metabolizma üzerindeki etkilerine kadar geniş bir yelpazeye sahiptir .
davranışsal nörogenetik
Moleküler biyoloji tekniklerindeki ilerlemeler ve tür çapındaki genom projesi , bir bireyin tüm genomunun haritasını çıkarmayı mümkün kıldı. Bir bireyin kişiliğinden öncelikle genetik mi yoksa çevresel faktörlerin mi sorumlu olduğu uzun zamandır tartışma konusu olmuştur. Nörogenetik alanında kaydedilen ilerlemeler sayesinde, araştırmacılar genlerin haritasını çıkarmaya ve onları farklı kişilik özellikleriyle ilişkilendirmeye başlayarak bu sorunun üstesinden gelmeye başladılar. Tek bir genin varlığının, bir bireyin bir davranış tarzını diğerine göre ifade edeceğini gösterdiğine dair çok az veya hiç kanıt yoktur ; bunun yerine, belirli bir gene sahip olmak, kişiyi bu tür davranışları sergilemeye daha yatkın hale getirebilir. Genetik olarak etkilenen davranışların çoğunun , nörotransmiter seviyeleri gibi diğer nörolojik düzenleyici faktörlerin yanı sıra birçok gen içindeki birçok varyantın etkilerinden kaynaklandığı netleşmeye başlıyor . Birçok davranışsal özelliğin nesiller boyunca türler arasında korunmuş olması nedeniyle, araştırmacılar, davranış ve girişimle ilişkili belirli genleri belirlemeye çalışmak için fareler ve sıçanlar gibi hayvan deneklerini, ayrıca meyve sineklerini, solucanları ve zebra balığını da kullanabilirler. Bunları insan genleriyle eşleştirmek için.
Türler arası gen koruma
Türler arasındaki çeşitliliğin belirgin olduğu doğru olsa da, en temelde, hayatta kalmak için gerekli olan birçok benzer davranış özelliğini paylaşırlar. Bu tür özellikler arasında çiftleşme, saldırganlık, yiyecek arama, sosyal davranış ve uyku düzenleri bulunur. Türler arasında davranışın bu şekilde korunması, biyologların bu özelliklerin aynı olmasa da benzer genetik nedenlere ve yolaklara sahip olabileceğini varsaymalarına yol açmıştır. Çok sayıda organizmanın genomları üzerinde yapılan çalışmalar, birçok organizmanın homolog genlere sahip olduğunu, yani türler arasında bazı genetik materyallerin korunduğunu ortaya koymuştur . Bu organizmalar ortak bir evrimsel atayı paylaştıysa, bu, davranışın bazı yönlerinin önceki nesillerden miras alınabileceği anlamına gelebilir ve davranışın çevresel nedenlere karşıt olarak genetik nedenlere destek verebilir. Aynı türün bireyleri arasında görülen kişilik ve davranış özelliklerindeki farklılıklar, bu genlerin ve bunlara karşılık gelen proteinlerin farklı ekspresyon seviyeleri ile açıklanabilir.
saldırganlık
Bireyin genlerinin nasıl farklı düzeylerde saldırganlık ve saldırganlık kontrolüne neden olabileceği üzerine yürütülen araştırmalar da vardır .
Hayvanlar aleminde, değişen tarzlar, türler ve saldırganlık seviyeleri gözlemlenebilir ve bilim adamlarını bu davranışsal özelliği koruyan genetik bir katkı olabileceğine inanmaya yönlendirir. Bazı türler için, değişen saldırganlık seviyeleri, gerçekten de, daha yüksek bir Darwinci uygunluk düzeyiyle doğrudan korelasyon sergilemiştir .
Gelişim
Genlerin etkileri, beyin ve merkezi sinir sisteminin oluşumu üzerine çok sayıda araştırma yapılmıştır. Aşağıdaki wiki bağlantıları yardımcı olabilir:
Merkezi sinir sisteminin oluşumuna ve gelişimine katkıda bulunan birçok gen ve protein vardır ve bunların birçoğu yukarıda belirtilen bağlantılarda bulunabilir. BMP'leri , BMP inhibitörlerini ve SHH'yi kodlayanlar özellikle önemlidir . Erken gelişim sırasında eksprese edildiğinde, BMP'ler epidermal hücrelerin ventral ektodermden farklılaşmasından sorumludur . NOG ve CHRD gibi BMP inhibitörleri , dorsal tarafta ektoderm hücrelerinin olası nöral dokuya farklılaşmasını destekler. Bu genlerden herhangi biri uygun olmayan şekilde düzenlenirse, uygun oluşum ve farklılaşma gerçekleşmeyecektir. BMP, nöral tüpün oluşumundan sonra meydana gelen modelde de çok önemli bir rol oynar . Nöral tüp hücrelerinin BMP ve Shh sinyaline verdiği dereceli yanıt nedeniyle, bu yollar prenöral hücrelerin kaderini belirlemek için rekabet halindedir. BMP, sinir öncesi hücrelerin duyusal nöronlara dorsal farklılaşmasını destekler ve Shh, motor nöronlara ventral farklılaşmayı destekler . Nöral kaderi ve uygun gelişimi belirlemeye yardımcı olan birçok başka gen vardır: RELN , SOX9 , WNT , Notch ve Delta kodlayan genler , HOX ve CDH1 ve CDH2 gibi çeşitli kadherin kodlayan genler .
Son zamanlarda yapılan bazı araştırmalar, yaşam döngüsü boyunca farklı dönemlerde beyinde gen ekspresyon seviyesinin büyük ölçüde değiştiğini göstermiştir. Örneğin, doğum öncesi gelişim sırasında beyindeki (gen ifadesinin bir göstergesi) mRNA miktarı son derece yüksektir ve doğumdan kısa bir süre sonra önemli ölçüde daha düşük bir düzeye düşer. Yaşam döngüsünün ifadenin bu kadar yüksek olduğu diğer tek nokta, 50-70 yaş arası orta ve geç yaşam dönemidir. Doğum öncesi dönemde artan ifade, beyin dokusunun hızlı büyümesi ve oluşumu ile açıklanabilirken, ileri yaşlardaki ifade artışının arkasındaki neden, devam eden bir araştırma konusu olmaya devam etmektedir.
Mevcut araştırma
Nörogenetik hızla genişleyen ve büyüyen bir alandır. Mevcut araştırma alanları, odaklarında çok çeşitlidir. Bir alan moleküler süreçler ve belirli proteinlerin işlevi, genellikle hücre sinyalizasyonu ve nörotransmitter salınımı, hücre gelişimi ve onarımı veya nöronal plastisite ile bağlantılı olarak ilgilenir. Davranışsal ve bilişsel araştırma alanları, katkıda bulunan genetik faktörleri saptamak amacıyla genişlemeye devam ediyor. Genişleyen nörogenetik alanının bir sonucu olarak, genetik mutasyonlarla doğrudan korelasyon ile spesifik nörolojik bozuklukların ve fenotiplerin daha iyi anlaşılması ortaya çıkmıştır . Epilepsi , beyin malformasyonları veya zeka geriliği gibi ciddi rahatsızlıklarda , zamanın %60'ında tek bir gen veya nedensel durum tespit edilmiştir; bununla birlikte, zihinsel engel ne kadar hafif olursa, belirli bir genetik nedenin tam olarak saptanma şansı o kadar düşük olur. Örneğin otizm , yalnızca zamanın yaklaşık %15-20'sinde belirli, mutasyona uğramış bir genle bağlantılıyken, zihinsel engellerin en hafif biçimleri yalnızca genetik olarak zamanın %5'inden daha azından sorumlu tutulmaktadır. Nörogenetik alanındaki araştırmalar, belirli gen lokuslarındaki mutasyonların zararlı fenotipler ve bunların sonucunda ortaya çıkan bozukluklarla bağlantılı olduğu konusunda umut verici bazı sonuçlar vermiştir. Örneğin , DCX gen konumunda bir çerçeve kayması mutasyonu veya bir yanlış anlamlı mutasyon , lisensefali olarak da bilinen bir nöronal göç kusuruna neden olur . Başka bir örnek, bir mutasyonun nöronal bağlantıları olumsuz yönde etkileyen akson uzunluğunu değiştirdiği ROBO3 genidir . Progresif skolyozlu (HGPPS) yatay bakış felci burada bir mutasyona eşlik eder. Bunlar, nörogenetik alanındaki mevcut araştırmaların neler başardığına dair sadece birkaç örnek.
Ayrıca bakınız
- davranışsal genetik
- bilişsel genomik
- Genler, Beyin ve Davranış
- Uluslararası Davranışsal ve Nöral Genetik Derneği
- Nörogenetik Dergisi
- nörogenetik