遺伝子と人間の行動の間の点と点を結びつける研究

遺伝子と人間の行動の間の点と点を結びつける研究

国際共同研究により、ウィリアムズ症候群の人々の脳発達の遺伝マーカーがマッピングされる

カリフォルニア州ラホヤ—遺伝子、脳、人間の行動の間の関連性を確立することは、認知神経科学研究の中心課題だが、脳が小児期から成人期に発達するにつれて、遺伝子が認知能力や行動にどのような影響を与えるかを研究することは困難であることが判明している。

現在、国際科学者チームは、遺伝子が脳の構造や認知能力にどのような影響を与えるか、また神経回路がどのように言語を生成するかについての理解に前進しました。

研究チームは、として知られる稀な障害を持つ人々を研究しました。 ウィリアムズ症候群。 この症候群に典型的な独特の言語能力と顔認識能力に関連する脳の神経活動を測定することによって、彼らはウィリアムズ病が単一の遺伝子ではなく、遺伝子の異なるサブセットに起因することを示し、この症候群がより複雑であることを示唆した。当初考えていた。

「遺伝子、神経回路、行動の間の関係を理解するための解決策は、現在、遺伝学と神経科学の独自​​の結合から生まれつつあります」と、ユタ大学教授であり、ソーク研究所の非常勤教授であり、遺伝学の側面を主導したジュリー・コレンバーグ氏は言う。新しい研究。

この研究は、ウェールズのバンゴー大学の認知神経科学教授デブラ・ミルズ氏が主導した。 ウルスラ・ベルージラホーヤのソーク生物学研究所の教授もこの研究に全面的に関与した。

コーレンバーグ氏は、脳の電気的発火を直接測定するというミルズのアプローチにより、ウィリアムズ症候群における人間の顔に対するさまざまな反応の根底にある脳配線の構築にどの遺伝子が関与しているのかという謎を正確に解決できると確信した。

「また、ウィリアムズ症候群の人の脳は、幼児期から中年にかけて異常に言語を処理し、顔つきをしていることも発見しました」とミルズ氏は言う。 以前の研究では、ウィリアムズの脳の一部は成人期に正常に機能し、それがどのように発達するかについてはほとんど理解されていないことが示唆されていたため、これは驚きでした。」

研究結果は、12 年 2013 月 XNUMX 日に雑誌に発表されました。 発達神経心理学.

ウィリアムズ症候群は、第 25 染色体にある約 7 個の遺伝子の通常の 1 つのコピーのうち 10,000 つが欠失することによって引き起こされ、精神障害が生じます。 この症状を持つほぼ全員がこれらと同じ遺伝子を欠いているが、まれに、ウィリアムズ症候群のほとんどの人が失っている 20,000 つ以上の遺伝子を保持している人もいる。 コーレンバーグは、これらの遺伝子と遺伝子ネットワークの特定の機能に関する手がかりを収集する方法として、部分的な遺伝子欠失を持つこれらの個人を研究した初期の先駆者です。 この症候群は世界中で約 30,000 人に XNUMX 人が罹患しており、米国では推定 XNUMX ～ XNUMX 人がこの症候群に罹患しています。

ウィリアムズ症候群の人は発達の遅れや学習障害を経験していますが、非常に社交的であり、IQ が低いにもかかわらず、驚くべき言語能力と顔認識スキルを持っています。 ベルージは、社交性も言語を動かすようだと長い間観察しており、キャリアの多くをウィリアムズ症候群の患者の研究に費やしてきました。

「ウィリアムズは、脳がさまざまなレベルでどのように機能するかを知る窓を私たちに提供してくれます」とベルージは言います。 「私たちはこの症候群に関連するさまざまな認知能力を測定するツールを持っており、ジュリーとデビーのおかげで、これを根底にある遺伝的および神経学的側面の研究と組み合わせることができるようになりました。」

特定の遺伝子が脳の可塑性、つまり新しい知識や経験によって起こる脳の機能的変化の起源にあるのではないか、そしてこれらの遺伝子がウィリアムズの患者の異常な能力に関連しているのではないかと考え、研究チームはさまざまな年齢の個人を研究チームに登録した。彼らの勉強。 彼らは、ウィリアムズ症候群の完全な遺伝子欠失を持つ子供、青少年、成人から抽出し、罹患していない仲間と比較しました。 彼らの研究は、ウィリアムズ病の子供の脳の構造とその機能を最初に調べた研究者の一人であるという点でもさらに重要です。 そして、コーレンバーグが予測したように、パズルの重要なピースは、ウィリアムズの部分的な遺伝子欠失を持つ成人XNUMX人を研究に含めることから生まれました。

ミルズ氏率いる研究者らは、高感度センサーを使用して脳活動を測定し、見慣れない顔や話し言葉の形で視覚と聴覚の両方の刺激を研究参加者に提示した。 彼らは、これらの刺激に反応する脳の領域によって生成される電圧の小さな変化、つまり事象関連電位 (ERP) として知られるプロセスをグラフ化しました。 ミルズ氏は、ERP を使用したウィリアムズ症候群に関する研究を初めて発表し、この研究のための ERP マーカーを開発し、その設計と分析を監督しました。

ミルズは、さまざまな年齢と発達段階の子供と成人のウィリアムズ症候群における脳可塑性のERPマーカーを特定しました。 ウィリアムズ症候群の人の脳は、ウィリアムズ症候群のない人の脳とは構造が異なるため、これらの発見は重要です。 ウィリアムズの脳では、視覚と空間理解を制御するのに役立つ背側領域（背中と上部に沿った領域）が小さすぎます。 言語、顔認識、感情、社会的衝動に影響を与える腹部領域（前部と底部）は、比較的正常な大きさです。

以前は、ウィリアムズ病患者では脳の腹側部分が正常に機能していると考えられていました。 しかし、研究チームが発見したのは、脳のこの領域も、症候群のない領域とは異なる方法で情報を処理しており、小児期から成人期までの発達を通じて同様の処理を行っているということでした。 これは、脳が情報を分析するために代償を行っていたことを示唆しています。 言い換えれば、それは可塑性を示していたのです。 さらに重要なことは、ミルズ氏によって特定された独特のERPマーカーはウィリアムズのさまざまな脳組織に非常に特徴的であるため、ウィリアムズ症候群の患者を特定するために脳活動を分析する場合、この情報だけで約90パーセントの精度が得られることです。

研究の他の重要な発見は、完全なウィリアムズ欠失を持つ参加者のERPと部分的な遺伝子欠失を持つ参加者のERPを比較することから得られました。 顔認識に焦点を当てた心理テストではこれらのグループ間に差は見られませんでしたが、科学者らは神経活動を直接調べるERP測定でこれらの認識能力に差があることを発見しました。 このようにして科学者らは、非常にわずかな遺伝的差異が脳の活動にどのような影響を与えるかを確認することができ、これにより脳の発達や成人の顔認識能力におけるウィリアムズ遺伝子のサブセットの役割を特定できるようになるだろう。

これらXNUMX万人にXNUMX人の人々と脳の活動を直接測定できるツールを組み合わせることで、科学者たちは精神障害の遺伝的基盤を研究する前例のない機会を得ることができた。 この研究の結果は、遺伝子、脳、行動の関連性についての科学の理解を進めるだけでなく、自閉症、ダウン症候群、統合失調症などの障害についての新たな洞察につながる可能性があります。

「社会的障害に関与する特定の遺伝子を大幅に絞り込むことで、私たちの発見は治療のターゲットを明らかにし、自閉症、不安症、その他の障害の絶望的な状態を軽減する上でこれらの治療法やその他の治療法が成功するための手段を提供するのに役立ちます」とコーレンバーグ氏は言う。

この研究は、 国立小児保健人間発達研究所; ザ・ 国立神経研究所および脳卒中研究所; そしてその ユタ州科学技術研究イニシアチブ.

ソーク生物学研究所について：
ソーク生物学研究所は世界有数の基礎研究機関の XNUMX つであり、国際的に有名な教員がユニークで協力的かつ創造的な環境で生命科学の基礎的な疑問を研究しています。 ソークの科学者は、発見と次世代の研究者の指導の両方に重点を置き、神経科学、遺伝学、細胞生物学、植物生物学、および関連分野を研究することで、がん、老化、アルツハイマー病、糖尿病、感染症の理解に画期的な貢献をしています。

教員の功績は、ノーベル賞や全米科学アカデミーの会員など、数多くの栄誉によって認められています。 ポリオワクチンの先駆者であるジョナス・ソーク医学博士によって 1960 年に設立されたこの研究所は、独立した非営利団体であり、建築上のランドマークでもあります。