Неврогенетика

Неврогенетика ― наука која ја проучува улогата на генетиката во развојот и функцијата на нервниот систем. Таа ги смета нервните особини како фенотипови (т.е. манифестации, мерливи или не, на генетскиот состав на поединецот), и главно се заснова на набљудувањето дека нервните системи на поединците, дури и на оние кои припаѓаат на истиот вид, не да бидат идентични. Како што наведува името, таа црпи аспекти и од студиите за невронауката и генетиката, насочувајќи се особено на тоа како генетскиот код што го носи организмот влијае на неговите изразени особини. Мутациите во оваа генетска секвенца може да имаат широк спектар на ефекти врз квалитетот на животот на поединецот. Невролошките болести, однесувањето и личноста се изучуваат во контекст на неврогенетиката. Областа на неврогенетиката била појавена во средината до крајот на 20-тиот век со напредок кој внимателно го следел напредокот направен во достапната технологија. Во моментов, неврогенетиката е средиште на многу истражувања кои користат најсовремени техники.

 Историја 
Полето на неврогенетиката произлегло од напредокот направен во молекуларната биологија, генетиката и желбата да биде разбрана врската помеѓу гените, однесувањето, мозокот и невролошките нарушувања и болести. Областа започна да биде ширена во 1960-тите преку истражувањето на Сејмур Бензер, кој некои го сметаат за татко на неврогенетиката.
мини| Сејмур Бензер во неговата канцеларија во Caltech во 1974 година со голем модел Drosophila.
Неговата пионерска работа со родот Drosophila, помогнала да биде разјаснета врската помеѓу деноноќниот ритам и гените, што довело до понатамошни истражувања за други особини на однесување. Тој, исто така, започнал да спроведува истражување за невродегенерација кај овошните муви во обид да открие начини за сузбивање на невролошките болести кај луѓето. Многу од техниките што ги користел и заклучоците што ги извлекол ќе го поттикнат полето да оди напред.

Раната анализа била потпирана на статистичко толкување преку постапки како што се резултати на педигре преку „логаритмот на шансите“ и други методи на набљудување, како што се засегнатите парови-браќа, кои ги разгледуваат фенотипот и конфигурацијата на идентитетот по потекло. Многу од нарушувањата кои биле проучувани рано, вклучувајќи ги Алцхајмеровата, Хантингтоновата и амиотрофичната латерална склероза сè уште се во средиштето на многу истражувања до ден-денес. До крајот на 1980-тите, новите достигнувања во генетиката, како што се технологијата за рекомбинантна ДНК и обратната генетика, овозможиле поширока употреба на полиморфизми на ДНК за тестирање на поврзаноста помеѓу дефектите на ДНК и гените. Оваа постапка понекогаш е нарекувана анализа на поврзување. До 1990-тите, постојаното напредување на технологијата ја направила генетската анализа поизводлива и достапна. 2000-тите години забележале значително зголемување во идентификувањето на специфичната улога на гените во врска со невролошките нарушувања. Бил постигнат напредок, но не ограничувајќи се на: Кревкиот Х синдром, Алцхајмеровата болест, Паркинсоновата болест, епилепсијата и амиотрофичната латерална склероза.

 Невролошки нарушувања 
Додека генетската основа на едноставните болести и нарушувања е прецизно посочена, генетиката зад посложените, невролошки нарушувања сè уште е извор на тековни истражувања. Новите случувања како што се студиите за поврзување на целиот геном донеле огромни нови ресурси во дофат. Со оваа нова информација, генетската променливост во човечкото население и евентуално поврзаните болести може полесно да бидат согледани. Невродегенеративните болести се почеста подгрупа на невролошки нарушувања, со примери за Алцхајмерова болест и Паркинсонова болест. Во моментов не постојат остварливи третмани кои всушност го намалуваат напредокот на невродегенеративните болести; сепак, неврогенетиката се појавува како едно поле кое може да даде причинско-последична врска. Откривањето на врски потоа може да доведе до терапевтски лекови, кои би можеле да ја сменат дегенерацијата на мозокот.

 Секвенционирање гени 
Еден од најзабележителните резултати од понатамошното истражување на неврогенетиката е поголемото познавање на генските локуси кои покажуваат поврзаност со невролошки заболувања. Табелата подолу претставува примерок од специфични места на гени идентификувани дека играат улога во избраните невролошки заболувања врз основа на преваленцата во Соединетите Држави.
Генски локуси Невролошка болест APOE ε4, PICALM Алцхајмерова болест C9orf72, SOD1 Амиотрофична латерална склероза HTT Хантингтонова болест DR15, DQ6 Мултипла склероза LRRK2, PARK2, PARK7 Паркинсонова болест

 Методи на истражување 

 Статистичка анализа 
Логаритам на шансите е статистичка техника што е користена за да биде проценета веројатноста за поврзаност на гените помеѓу особините. Логаритмот често е користен во врска со педигре, карти на генетскиот состав на семејството, со цел да бидат дадени попрецизни проценки. Клучна придобивка од оваа техника е неговата способност да дава сигурни резултати и во големи и во мали големини на примероци, што е забележителна предност во лабораториските истражувања.

Мапирањето на квантитативните локуси со особини е уште еден статистички метод што е користен за одредување на хромозомските положби на збир на гени одговорни за дадена особина. Со идентификување на специфични генетски маркери за гените од интерес во рекомбинантен вроден сој, количината на меѓудејство помеѓу овие гени и нивната врска со набљудуваниот фенотип може да биде одреден преку сложена статистичка анализа. Во лабораторија за неврогенетика, фенотипот на моделни организми е набљудуван со проценка на морфологијата на нивниот мозок преку тенки исечени парчиња.R. W. Williams (1998) Neuroscience Meets Quantitative Genetics: Using Morphometric Data to Map Genes that Modulate CNS Architecture. Картирањето преку квантитативните локуси со особини може да биде извршено и кај луѓето, иако мозочните морфологии се испитувани со помош на јадрена магнетна резонанција наместо со исечени парчиња од мозокот. Човечките суштества претставуваат поголем предизвик за анализа на квантитативни локуси со особини бидејќи генетското население не може да биде внимателно контролирано како она на вроденото рекомбинантно население, што може да резултира со извори на статистичка грешка.

 Рекомбинантна ДНК 
Рекомбинантната ДНК е важен метод на истражување во многу области, вклучувајќи ја и неврогенетиката. Користена за да бидат направени измени на геномот на организмот, што обично предизвикува тој да претерано или недоволно изразува одреден ген од интерес или да изрази мутиран облик на организмот. Резултатите од овие опити можат да дадат информации за улогата на тој ген во телото на организмот и неговата важност за преживување и кондиција. Домаќините потоа се прегледувани со помош на токсичен лек на кој маркерот што може да се избере е отпорен. Употребата на рекомбинантна ДНК е пример за обратна генетика, каде што истражувачите создаваат мутантен генотип и го анализираат добиениот фенотип. Во напредната генетика, прво е идентификуван организам со одреден фенотип, а потоа е анализиран неговиот генотип.Ambrose, Victor (2011). Reverse Genetics .

 Истражување животни 
мини| Единка од родот Drosophila.
мини| Зебреста риба.
Моделните организми се важна алатка во многу области на истражување, вклучувајќи го и полето на неврогенетиката. Со проучување на суштества со поедноставен нервен систем и со помали геноми, научниците можат подобро да ги разберат нивните биолошки постапки и да ги применат на посложени организми, како што се луѓето. Поради нивните ниско одржување и високо картирани геноми, глувците, Drosophila, и C. elegans се многу чести. Зебрестите риби и Microtus ochrogaster исто така станале почести, особено во општествениот и однесувачкиот опсег на неврогенетиката.

Покрај испитувањето како генетските мутации влијаат на вистинската структура на мозокот, истражувачите во неврогенетиката исто така испитуваат како овие мутации влијаат на сознанието и однесувањето. Еден метод за испитување на ова вклучува намерно изменети моделни организми со мутации на одредени гени од интерес. Овие животни потоа се класично условувани да извршуваат одредени видови задачи, како што е влечење лост за да добијат награда. Брзината на нивното учење, задржувањето на наученото однесување и другите фактори потоа се споредувани со резултатите на здравите организми за да биде утврден каков вид ефект – доколку има – имала мутацијата врз овие повисоки постапки. Резултатите од ова истражување можат да помогнат да бидат идентификувани гените кои можат да бидат поврзани со состојби кои вклучуваат когнитивни недостатоци и недостатоци во учењето.Neurogenetics and Behavior Center. Johns Hopkins U, 2011. Web. 29 Oct. 2011.

 Истражување кај луѓето 
Многу истражувачки капацитети бараат доброволци со одредени состојби или болести за да учествуваат во студиите. Моделните организми, иако се важни, не можат целосно да ја моделираат сложеноста на човечкото тело, што ги прави доброволците клучен дел за напредокот на истражувањето. Заедно со собирање на некои основни информации за медицинската историја и степенот на нивните симптоми, се земани примероци од учесниците, вклучувајќи крв, ’рбетномозочна течност и/или мускулно ткиво. Овие примероци од ткиво потоа се генетски секвенцирани, а геномите се додаваат во тековните збирки на бази на податоци. Растот на овие бази на податоци на крајот ќе им овозможи на истражувачите подобро да ги разберат генетските нијанси на овие состојби и да ги доближат тераписките третмани до остварување. Тековните области на интерес во оваа област имаат широк опсег, опфаќајќи се насекаде од одржување на деноноќниот ритам, напредок на невродегенеративни нарушувања, упорност на периодични нарушувања и ефекти на митохондриското распаѓање врз метаболизмот.

 Студии за поврзување на ниво на геном 
Ваквите бази на податоци се користени во студиите за поврзување на ниво на геном. Примери на фенотипови истражувани од значајни неврогенетски студии се:

 мини|133x133пкс| Карактеристики, вештини на интелигенција и јазик Вештини поврзани со јазикот: мета-анализа на студијата објавила генетски фактори на досега единствено човечките способности поврзани со јазикот, особено фактори на разлики во нивоата на вештини на пет тестирани особини. Користела и податоци за невроанатомија/невровизуелизација.

 Неврогенетика на однесувањето 

Напредокот во техниките на молекуларната биологија и проектот за геном на ниво на видови овозможиле да биде картиран целиот геном на поединецот. Дали генетските фактори или факторите на животната средина се примарно одговорни за личноста на поединецот долго време е тема на дебата. Благодарение на напредокот направен во областа на неврогенетиката, истражувачите почнале да се справуваат со ова прашање почнувајќи да ги картираат гените и да ги поврзуваат со различните особини на личноста. Има малку до никакви докази кои наведуваат дека присуството на „еден“ ген покажува дека поединецот ќе изрази еден стил на однесување во однос на друг; Наместо тоа, имањето специфичен ген може да направи повеќе предиспонирани за прикажување на овој вид однесување. Почнува да станува јасно дека повеќето однесувања под генетско влијание се должат на ефектите на многу варијанти во „многу“ гени, покрај другите невролошки регулаторни фактори, како што се нивоата на невротрансмитери. Поради фактот што многу особини на однесувањето се зачувани кај видовите со генерации, истражувачите можат да користат животински субјекти како што се глувци и стаорци, но исто така и овошни муви, црви и зебрести риби, за да се обидат да утврдат специфични гени кои корелираат со однесувањето и се обидуваат да ги поврзат со човечките гени.

 Зачувување на гените на вкрстени видови 
Иако е точно дека варијациите помеѓу видовите може да изгледаат како изразени, тие во најосновните делат многу слични особини на однесување кои се неопходни за опстанок. Таквите особини вклучуваат парење, агресија, потрага по храна, општествено однесување и навики на спиење. Ова зачувување на однесувањето меѓу видовите ги навело биолозите да претпостават дека овие особини би можеле да имаат слични, ако не и исти, генетски причини и патишта. Студиите спроведени на геномите на плејада организми откриле дека многу организми имаат хомологни гени, што значи дека одреден генетски материјал е зачуван помеѓу видовите. Ако овие организми делеле заеднички еволутивен предок, тогаш ова може да значи дека аспектите на однесувањето може да бидат наследени од претходните генерации, давајќи им поддршка на генетските причини - наспроти причините на животната средина - на однесувањето. Варијациите во личностите и особините на однесувањето забележани кај поединци од истиот вид може да бидат објаснети со различни нивоа на изразување на овие гени и нивните соодветни белковини.

 Агресија 
Исто така, спроведувани се истражувања за тоа како гените на поединецот може да предизвикаат различни нивоа на агресија и контрола на агресијата
мини| Надворешните прикази на агресија се забележани кај повеќето животни.
Низ животинското царство, може да бидат забележани различни стилови, видови и нивоа на агресија што ги наведува научниците да веруваат дека можеби постои генетски придонес што ја зачувал оваа конкретна особина на однесување. За некои видови, различните нивоа на агресија навистина покажале директна корелација со повисоко ниво на дарвинска кондиција.

 Развој 
мини| Градиент на сонично ежовата белковина и коскено морфогенетска белковина во нервната цевка.
Направени се многу истражувања за ефектите на гените и образувањето на мозокот и средишниот нервен систем. Следниве статии може да се покажат како корисни:

 Нервен развој
 Неврогенеза
 Мозоко
 Нервна цевка

Постојат многу гени и белковини кои придонесуваат за создавање и развој на средишниот нервен систем. Од особена важност се оние кои кодирани за коскено морфогенетска белковина, инхибитори на коскена морфогенетска белковина и сонично ежовата белковина. Кога се изразувани за време на раниот развој, коскено морфогенетските белковини се одговорни за диференцијација на епидермалните клетки од вентралниот ектодерм. Инхибиторите на коскено морфогенетските белковини, како што се ногин и хордин, промовираат диференцијација на ектодермските клетки во потенцијално нервно ткиво на дорзалната страна. Ако некој од овие гени е неправилно регулиран, тогаш нема да дојде до соодветно создавање и диференцијација. Коскено морфогенетската белковина исто така игра многу важна улога во шаблонот што се јавува по создавањето на нервната цевка. Поради степенуваниот одговор што клетките на нервната цевка го имаат во сигнализацијата на коскено морфогенетската белковина и сонично ежовата белковина, овие патишта се во конкуренција да ја одредат судбината на преднервните клетки. Коскено морфогенетската белковина промовира дорзална диференцијација на пред-невронските клетки во сензорни нерви и сонично ежовата белковина промовира вентрална диференцијација во моторни нерви. Постојат многу други гени кои помагаат да се одреди нервната судбина и правилен развој, вклучуваат гени за кодирање рилин, SOX9, WNT, Notch и Delta, HOX и разни гени за кодирање на кадерин, како што се CDH1 и CDH2.

Некои неодамнешни истражувања покажале дека нивото на генско изразување драстично се менува во мозокот во различни периоди во текот на животниот циклус. На пример, за време на пренаталниот развој, количината на информациска РНК во мозокот (показател за генско изразување) е исклучително висока и паѓа на значително пониско ниво не долго по раѓањето. Единствената друга точка од животниот циклус за време на која изразувањето е толку високо е во периодот од средината до доцниот живот, во текот на 50-70-годишна возраст. Додека зголеменото изразување за време на пренаталниот период може да биде објаснето со брзиот раст и образување на мозочното ткиво, причината зад напливот на изразување во доцниот живот останува тема на тековно истражување.

 Тековно истражување 
Неврогенетиката е поле кое брзо се шири и расте. Тековните области на истражување се многу разновидни во нивните фокуси. Една област се занимава со молекуларните постапки и функцијата на одредени белковини, често во врска со клеточната сигнализација и ослободувањето на невротрансмитер, развојот и поправката на клетките или невронската пластичност. Однесувачките и когнитивните области на истражување продолжуваат да бидат проширувани во обид да бидат најдени генетските фактори кои придонесуваат. Како резултат на проширувањето на неврогенетското поле, било појавено подобро разбирање на специфичните невролошки нарушувања и фенотипови со директна корелација со генетските мутации. Со тешки нарушувања како што се епилепсија, разобличувања на мозокот или умствена назадност, еден ген или предизвикувачка состојба е идентификуван 60% од времето; сепак, колку е поблаг интелектуалниот инвалидитет, толку е помала шансата да биде утврдена одредена генетска причина. На пример, аутизмот е поврзан само со специфичен, мутиран ген околу 15-20% од случаите, додека најблагите облици на умствен инвалидитет се генетски земени само за помалку од 5% од случаите. Истражувањата во неврогенетиката дадоа некои ветувачки резултати, иако, со тоа што мутациите на специфичните генски локуси се поврзани со штетните фенотипови и нивните резултирачки нарушувања. На пример, мутација на поместување на рамката или лошо смислена мутација на местото на генот DCX предизвикува дефект на селење на невроните, исто така познат како лизенцефалија. Друг пример е генот ROBO3 каде што мутацијата ја менува должината на нервното влакно што негативно влијае на неврните врски. Пализата на хоризонталниот поглед со напредна сколиоза е придружена со мутација овде. Ова се само неколку примери за тоа што постигнале сегашните истражувања во областа на неврогенетиката."This Week In the Journal." The Journal of Neuroscience.

 Поврзано 

 Неврогеномика
 Невропсихологија
 Генетика на однесувањето
 Психијатриска генетика
 Когнитивна геномика

 Меѓународно друштво за однесувачка и невронска генетика

 Списанија

 Genes, Brain and Behavior
 Journal of Neurogenetics
 Neurogenetics

 Наводи 

Категорија:Невропсихологија
Категорија:Генетика
Категорија:Генетика на однесувањето
Категорија:Невроинформатика