Genómica cognitiva - Cognitive genomics

La genómica cognitiva (o genómica neurológica ) es el subcampo de la genómica perteneciente a la función cognitiva en el que se estudian los genes y las secuencias no codificantes del genoma de un organismo relacionadas con la salud y la actividad del cerebro . Al aplicar la genómica comparativa , se comparan los genomas de múltiples especies para identificar diferencias genéticas y fenotípicas entre especies. Las características fenotípicas observadas relacionadas con la función neurológica incluyen comportamiento , personalidad , neuroanatomía y neuropatología . La teoría detrás de la genómica cognitivas se basa en elementos de la genética , la biología evolutiva , la biología molecular , la psicología cognitiva , psicología conductual , y neurofisiología .

La inteligencia es el rasgo conductual más estudiado . En los seres humanos, aproximadamente el 70% de todos los genes se expresan en el cerebro. La variación genética representa el 40% de la variación fenotípica. Se han utilizado enfoques en genómica cognitiva para investigar las causas genéticas de muchos trastornos mentales y neurodegenerativos , incluido el síndrome de Down , el trastorno depresivo mayor , el autismo y la enfermedad de Alzheimer .

Prueba de genómica cognitiva

Enfoques

Evo-geno

El enfoque más comúnmente utilizado para la investigación del genoma es la biología genómica evolutiva, o evo-geno, en el que se comparan los genomas de dos especies que comparten un ancestro común. Un ejemplo común de evo-geno son las pruebas de genómica cognitiva comparativa entre humanos y chimpancés que compartieron un ancestro hace 6-7 millones de años. Se examinan los patrones en la expresión de genes locales y el empalme de genes para determinar la diferenciación genómica. Los análisis transcriptómicos comparativos realizados en cerebros de primates para medir los niveles de expresión génica han mostrado diferencias significativas entre los genomas humanos y de chimpancé. El enfoque evo-geno también se utilizó para verificar la teoría de que los primates humanos y no humanos comparten niveles de expresión similares en genes relacionados con el metabolismo energético que tienen implicaciones para el envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas.

Evo-devo

El enfoque de la biología del desarrollo evolutivo (evo-devo) compara los patrones de desarrollo cognitivo y neuroanatómico entre conjuntos de especies. Los estudios de cerebros de fetos humanos revelan que casi un tercio de los genes expresados ​​están diferenciados regionalmente, mucho más que las especies no humanas. Este hallazgo podría explicar potencialmente las variaciones en el desarrollo cognitivo entre individuos. Los estudios neuroanatómicos evo-devo han conectado el orden cerebral superior con la lateralización cerebral que, aunque está presente en otras especies, está muy ordenada en los seres humanos.

Evo-feno y evo-pato

El enfoque de biología del fenotipo evolutivo (evo-fenotipo) examina la expresión del fenotipo entre especies. El enfoque de la biología de la patología evolutiva (evo-pato) investiga la prevalencia de enfermedades entre especies.

Genómica de imágenes

Selección de genes candidatos

En genómica, un gen del que se obtienen imágenes y se analiza se denomina gen candidato. Los genes candidatos ideales para las pruebas genómicas comparativas son genes que albergan polimorfismos funcionales bien definidos con efectos conocidos sobre la función neuroanatómica y / o cognitiva. Sin embargo, los genes con polimorfismos de un solo nucleótido identificados o variaciones alélicas con posibles implicaciones funcionales en los sistemas neuroanatómicos son suficientes. Cuanto más débil sea la conexión entre el gen y el fenotipo, más difícil será establecer la causalidad mediante pruebas.

Control de factores no genéticos

Los factores no genéticos como la edad, la enfermedad, las lesiones o el abuso de sustancias pueden tener efectos significativos sobre la expresión génica y la variación fenotípica. La identificación y contribución de la variación genética a fenotipos específicos solo se puede realizar cuando otros factores contribuyentes potenciales se pueden emparejar entre grupos de genotipos. En el caso de la obtención de imágenes neurológicas durante la ejecución de una tarea, como en la resonancia magnética funcional, los grupos se emparejan por nivel de ejecución. Los factores no genéticos tienen un efecto potencial particularmente grande sobre el desarrollo cognitivo. En el caso del autismo, los factores no genéticos representan el 62% del riesgo de enfermedad.

Selección de tareas

Para estudiar la conexión entre un gen candidato y un fenotipo propuesto, a un sujeto a menudo se le asigna una tarea para realizar que provoca el fenotipo conductual mientras se somete a alguna forma de neuroimagen . Muchas tareas conductuales utilizadas para estudios genómicos son versiones modificadas de pruebas conductuales y neuropsicológicas clásicas diseñadas para investigar sistemas neuronales críticos para comportamientos particulares.

Especies utilizadas en genómica cognitiva comparada

Humanos

En 2003, el Proyecto Genoma Humano produjo el primer genoma humano completo. A pesar del éxito del proyecto, se sabe muy poco sobre la expresión genética cognitiva. Antes de 2003, cualquier evidencia sobre la conectividad del cerebro humano se basaba en observaciones post mortem . Debido a preocupaciones éticas, no se han realizado estudios de genómica in vivo invasivos en seres humanos vivos.

Primates no humanos

Como los parientes genéticos más cercanos a los humanos, los primates no humanos son los sujetos de imágenes genómicas más preferibles. En la mayoría de los casos, se toman imágenes de primates mientras están bajo anestesia . Debido al alto costo de criar y mantener poblaciones de primates, las pruebas genómicas en primates no humanos generalmente se realizan en instalaciones de investigación de primates.

Chimpancés

Los chimpancés ( Pan troglodytes ) son los parientes genéticos más cercanos a los humanos , y comparten un 93,6% de similitud genética. Se cree que los humanos y los chimpancés compartieron un ancestro genético común hace unos 7 millones de años. El movimiento para secuenciar el genoma del chimpancé comenzó en 1998 y los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (NIH) le dieron alta prioridad.

Actualmente, los humanos y los chimpancés tienen los únicos genomas secuenciados en la familia extendida de primates. Algunas comparaciones de segmentos de ADN no repetitivos intergénicos autosómicos sugieren tan solo un 1,24% de diferencia genética entre humanos y chimpancés a lo largo de ciertas secciones. A pesar de la similitud genética, el 80% de las proteínas entre las dos especies son diferentes, lo que subestima las claras diferencias fenotípicas.

Macacos rhesus

Los macacos Rhesus ( Macaca mulatta ) exhiben aproximadamente un 93% de similitud genética con los humanos. A menudo se utilizan como un grupo externo en estudios genómicos humanos / chimpancés. Los humanos y los macacos rhesus compartieron un ancestro común hace aproximadamente 25 millones de años.

Simios

Los orangutanes ( Pongo pygmaeus ) y los gorilas ( Gorilla gorilla ) se han utilizado en las pruebas genómicas, pero no son temas comunes debido al costo.

Trastornos neuroconductuales y cognitivos

A pesar de lo que a veces se informa, la mayoría de los fenotipos conductuales o patológicos no se deben a una sola mutación genética, sino a una base genética compleja. Sin embargo, existen algunas excepciones a esta regla, como la enfermedad de Huntington, que es causada por un único trastorno genético específico. La aparición de trastornos neuroconductuales está influenciada por una serie de factores, genéticos y no genéticos.

Síndrome de Down

El síndrome de Down es un síndrome genético caracterizado por discapacidad intelectual y rasgos cráneo-faciales distintivos y ocurre en aproximadamente 1 de cada 800 nacidos vivos. Los expertos creen que la causa genética del síndrome es la falta de genes en el cromosoma 21 . Sin embargo, el gen o genes responsables del fenotipo cognitivo aún no se han descubierto.

Síndrome X frágil

Síndrome X frágil es causado por una mutación del gen FRAXA situado en el cromosoma X . El síndrome se caracteriza por una discapacidad intelectual (moderada en los hombres, leve en las mujeres), deficiencia del lenguaje y algunos comportamientos del espectro autista .

Enfermedad de Alzheimer

La enfermedad de Alzheimer es un trastorno neurodegenerativo que causa un deterioro cognitivo progresivo relacionado con la edad. En modelo animal utilizando ratones se ha investigado la fisiopatología y se sugieren posibles tratamientos como la inmunización con beta amiloide y la administración periférica de anticuerpos frente a beta amiloide. Los estudios han relacionado el Alzheimer con alteraciones genéticas que causan anomalías en la proteína SAMP8 .

Autismo

El autismo es un trastorno generalizado del desarrollo que se caracteriza por un desarrollo social anormal, incapacidad para sentir empatía y comunicarse de manera eficaz y patrones de interés restringidos. Una posible causa neuroanatómica es la presencia de tubérculos en el lóbulo temporal. Como se mencionó anteriormente, los factores no genéticos representan el 62% del riesgo de desarrollo del autismo. El autismo es un trastorno específico de los seres humanos. Como tal, la causa genética se ha relacionado con la lateralización cerebral altamente ordenada exhibida por los humanos. Se han relacionado dos genes con el autismo y los trastornos del espectro autista (TEA): c3orf58 (también conocido como Deleted In Autism-1 o DIA1) y cXorf36 (también conocido como Eliminado en Autism-1 Related o DIA1R).

Trastorno depresivo mayor

El trastorno depresivo mayor es un trastorno del estado de ánimo común que se cree que es causado por la captación neuronal irregular de serotonina . Si bien se desconoce la causa genética, los estudios genómicos de cerebros con TDM post-mortem han descubierto anomalías en el sistema del factor de crecimiento de fibroblastos , lo que respalda la teoría de que los factores de crecimiento juegan un papel importante en los trastornos del estado de ánimo.

Otros

Otros trastornos neurodegenerativos incluyen el síndrome de Rett , síndrome de Prader-Willi , síndrome de Angelman , y el síndrome de Williams-Beuren .

Ver también

Referencias

enlaces externos