Estudo conecta pontos entre genes e comportamento humano

Estudo conecta pontos entre genes e comportamento humano

Uma colaboração internacional mapeia marcadores genéticos do desenvolvimento cerebral em pessoas com síndrome de Williams

LA JOLLA, CA—Estabelecer ligações entre os genes, o cérebro e o comportamento humano é uma questão central na pesquisa em neurociência cognitiva, mas estudar como os genes influenciam as habilidades cognitivas e o comportamento à medida que o cérebro se desenvolve desde a infância até a idade adulta tem se mostrado difícil.

Agora, uma equipe internacional de cientistas fez incursões para entender como os genes influenciam a estrutura do cérebro e as habilidades cognitivas e como os circuitos neurais produzem a linguagem.

A equipe estudou indivíduos com uma doença rara conhecida como Síndrome de Williams. Ao medir a atividade neural no cérebro associada às distintas habilidades de linguagem e habilidades de reconhecimento facial típicas da síndrome, eles mostraram que Williams não se deve a um único gene, mas a subconjuntos distintos de genes, sugerindo que a síndrome é mais complexa do que originalmente pensado.

“Soluções para entender as conexões entre genes, circuitos neurais e comportamento estão surgindo agora de uma união única de genética e neurociência”, diz Julie Korenberg, professora da Universidade de Utah e professora adjunta do Salk Institute, que liderou os aspectos genéticos em o novo estudo.

O estudo foi liderado por Debra Mills, professora de neurociência cognitiva na Universidade de Bangor, no País de Gales. Úrsula Bellugi, professor do Salk Institute for Biological Studies em La Jolla, também esteve integralmente envolvido na pesquisa.

Korenberg estava convencido de que, com a abordagem de Mills de medir diretamente o disparo elétrico do cérebro, eles poderiam resolver o enigma de quais genes eram precisamente responsáveis ​​pela construção da fiação cerebral subjacente à reação diferente a rostos humanos na síndrome de Williams.

“Também descobrimos”, diz Mills, “que naqueles com síndrome de Williams, o cérebro processa a linguagem e enfrenta de forma anormal desde a infância até a meia-idade. Isso foi uma surpresa porque estudos anteriores sugeriram que parte do cérebro de Williams funciona normalmente na idade adulta, com pouco entendimento sobre como se desenvolveu”.

Os resultados do estudo foram publicados em 12 de novembro de 2013 na Neuropsicologia do Desenvolvimento.

A síndrome de Williams é causada pela deleção de uma das duas cópias usuais de aproximadamente 25 genes do cromossomo 7, resultando em deficiência mental. Quase todas as pessoas com a doença não têm esses mesmos genes, embora alguns indivíduos raros retenham um ou mais genes que a maioria das pessoas com Williams perdeu. Korenberg foi o pioneiro no estudo desses indivíduos com deleções parciais de genes como forma de reunir pistas sobre a função específica desses genes e redes de genes. A síndrome afeta aproximadamente 1 em cada 10,000 pessoas em todo o mundo, incluindo cerca de 20,000 a 30,000 indivíduos nos Estados Unidos.

Embora os indivíduos com Williams experimentem atrasos no desenvolvimento e dificuldades de aprendizagem, eles são excepcionalmente sociáveis ​​e possuem notáveis ​​habilidades verbais e habilidades de reconhecimento facial em relação ao seu baixo QI. Bellugi observou há muito tempo que a sociabilidade também parece conduzir a linguagem e passou grande parte de sua carreira estudando pessoas com síndrome de Williams.

“Williams nos oferece uma visão de como o cérebro funciona em muitos níveis diferentes”, diz Bellugi. “Temos as ferramentas para medir as diferentes habilidades cognitivas associadas à síndrome e, graças a Julie e Debbie, agora podemos combinar isso com estudos dos aspectos genéticos e neurológicos subjacentes”.

Suspeitando que genes específicos possam estar na origem da plasticidade cerebral, mudanças funcionais no cérebro que ocorrem com novos conhecimentos ou experiências, e que esses genes possam estar ligados às proficiências incomuns daqueles com Williams, a equipe inscreveu indivíduos de várias idades em seu estudo. Eles usaram crianças, adolescentes e adultos que tinham a deleção genética completa para a síndrome de Williams e os compararam com seus pares não afetados. Seu estudo também é significativo por ser um dos primeiros a examinar a estrutura do cérebro e seu funcionamento em crianças com Williams. E, como previu Korenberg, uma peça crítica do quebra-cabeça veio de incluir em seu estudo dois adultos com deleções genéticas parciais para Williams.

Usando sensores altamente sensíveis para medir a atividade cerebral, os pesquisadores, liderados por Mills, apresentaram aos participantes do estudo estímulos visuais e auditivos na forma de rostos desconhecidos e frases faladas. Eles mapearam as pequenas mudanças na voltagem geradas pelas áreas do cérebro que respondem a esses estímulos, um processo conhecido como potenciais relacionados a eventos (ERPs). Mills foi o primeiro a publicar estudos sobre a síndrome de Williams usando ERPs, desenvolveu os marcadores ERP para este estudo e supervisionou seu projeto e análise.

Mills identificou marcadores ERP de plasticidade cerebral na síndrome de Williams em crianças e adultos de várias idades e estágios de desenvolvimento. Essas descobertas são importantes porque os cérebros das pessoas com Williams são estruturados de maneira diferente das pessoas sem a síndrome. No cérebro de Williams, as áreas dorsais (nas costas e no topo), que ajudam a controlar a visão e a compreensão espacial, são subdimensionadas. As áreas ventrais (na frente e na parte inferior), que influenciam a linguagem, o reconhecimento facial, a emoção e o impulso social, têm tamanho relativamente normal.

Anteriormente, acreditava-se que em indivíduos com Williams, a porção ventral do cérebro funcionava normalmente. O que a equipe descobriu, no entanto, foi que essa área do cérebro também processava informações de maneira diferente daquelas sem a síndrome, e o fazia ao longo do desenvolvimento, desde a infância até a idade adulta. Isso sugere que o cérebro estava compensando para analisar as informações; em outras palavras, estava exibindo plasticidade. De importância adicional, os distintos marcadores de ERP identificados por Mills são tão característicos da organização cerebral diferente em Williams que essa informação sozinha é aproximadamente 90% precisa ao analisar a atividade cerebral para identificar alguém com a síndrome de Williams.

Outras descobertas importantes do estudo resultaram da comparação dos ERPs dos participantes com deleção completa de Williams com aqueles com deleções genéticas parciais. Embora os testes psicológicos focados no reconhecimento facial não mostrem diferenças entre esses grupos, os cientistas encontraram diferenças nessas habilidades de reconhecimento nas medições do ERP, que analisam diretamente a atividade neural. Assim, os cientistas puderam ver como pequenas diferenças genéticas afetam a atividade cerebral, o que lhes permitirá identificar os papéis dos subconjuntos de genes de Williams no desenvolvimento do cérebro e nas habilidades de reconhecimento facial de adultos.

Ao combinar uma em um milhão de pessoas com ferramentas capazes de medir diretamente a atividade cerebral, os cientistas agora têm a oportunidade sem precedentes de estudar as bases genéticas dos transtornos mentais. Os resultados deste estudo não apenas avançam a compreensão da ciência sobre as ligações entre genes, cérebro e comportamento, mas também podem levar a uma nova visão sobre distúrbios como autismo, síndrome de Down e esquizofrenia.

“Ao estreitar bastante os genes específicos envolvidos em distúrbios sociais, nossas descobertas ajudarão a descobrir alvos para tratamento e fornecer medidas pelas quais esses e outros tratamentos são bem-sucedidos em aliviar o desespero do autismo, ansiedade e outros distúrbios”, diz Korenberg.

A pesquisa foi apoiada por doações da Instituto Nacional de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano; O Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame; e a Iniciativa de Ciência, Tecnologia e Pesquisa de Utah.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.