인지유전체학

Cognitive genomics

인지유전체학(또는 뉴런유전체학)은 뇌의 건강과 활동과 관련된 유기체 게놈의 유전자와 비코딩 시퀀스를 연구하는 인지기능에 관련된 유전체학의 하위 분야다. 비교유전체학을 적용함으로써 여러 종의 게놈을 비교해서 종들 간의 유전적, 표현적 차이를 식별한다. 신경 기능과 관련하여 관찰된 표현적 특징에는 행동, 성격, 신경병리학, 신경병리학 등이 있다. 인지유전체학의 이면에 있는 이론은 유전학, 진화생물학, 분자생물학, 인지심리학, 행동심리학, 신경생리학의 요소에 기초하고 있다.

지능은 가장 광범위하게 연구된 행동 특성이다.[1] 인간의 경우, 모든 유전자의 약 70%가 뇌에서 발현된다.[2] 유전적 변이가 표현적 변동의 40%를 차지한다.[3] 인지 유전체학에서의 접근법은 다운증후군, 주요 우울증, 자폐증, 알츠하이머병을 포함한 많은 정신 및 신경퇴행 장애의 유전적 원인을 조사하기 위해 사용되어 왔다.

인지유전체검사

접근

에보게노

게놈 조사에 가장 일반적으로 사용되는 접근법은 진화 유전체학 생물학, 즉 evo-geno인데, 여기서 공통 조상을 공유하는 두 종의 게놈을 비교한다.[4] evo-geno의 일반적인 예는 인간과 침팬지 사이의 비교 인지 유전체학 실험으로 6-7백만년 전 조상을 공유했다.[5] 국소 유전자 발현과 유전자 스플라이싱의 패턴을 조사하여 유전체 분화를 결정한다. 유전자 발현 수준을 측정하기 위해 영장류 뇌를 대상으로 실시한 비교 성적 분석은 인간과 침팬지 게놈 사이에 상당한 차이를 보였다.[4] 또한 evo-geno 접근법은 노화와 신경퇴행성 질환에 영향을 미치는 에너지 대사 관련 유전자에서 인간과 비인간 영장류가 유사한 표현 수준을 공유한다는 이론을 검증하는 데 사용되었다.[4]

에보데보

진화 발전 생물학(evo-devo) 접근법은 종들 사이의 인지적 발달 패턴과 신경원자 발달 패턴을 비교한다. 인간의 태아 뇌에 대한 연구는 표현된 유전자의 거의 3분의 1이 비인종보다 훨씬 많은 지역적으로 구별된다는 것을 보여준다.[4] 이 발견은 잠재적으로 개인들 간의 인지 발달의 변화를 설명할 수 있다. 신경원자성 evo-devo 연구는 다른 종에 존재하지만 인간에게 매우 질서 정연한 뇌 편중화와 더 높은 뇌 질서를 연관시켰다.

에보페노와 에보파토

진화적 표현형 생물학(evo-pheno) 접근법은 종 사이의 표현형 표현을 조사한다. 진화 병리학 생물학(evo-patho) 접근법은 종들 간의 질병 유행을 조사한다.

영상유전체학

후보유전자선택

유전체학에서는 이미징되어 분석되고 있는 유전자를 후보 유전자라고 한다. 비교 유전체 검사를 위한 이상적인 후보 유전자는 신경원자 및/또는 인지 기능에 대한 알려진 영향을 가진 잘 정의된 기능적 다형성을 가진 유전자다.[2] 그러나 단일 뉴클레오티드 다형성 또는 신경원자 시스템에 잠재적 기능적 영향을 미치는 알레 변형을 가진 유전자는 충분하다.[2] 유전자와 표현형의 연관성이 약할수록 검사를 통해 인과관계를 규명하기 어렵다.[2]

비유전적 요인에 대한 제어

나이, 질병, 부상 또는 약물 남용과 같은 비유전적 요인은 유전자 발현과 표현력 분산에 상당한 영향을 미칠 수 있다.[2] 특정 표현형식에 대한 유전적 변동의 확인과 기여는 유전자형 그룹에 걸쳐 다른 잠재적 기여 요인을 일치시킬 수 있을 때만 수행될 수 있다.[2] fMRI와 같은 작업 수행 중 신경영상화(Neuro Mimaging)의 경우, 성능 레벨에 따라 그룹이 일치한다. 비유전적 요인은 인지 발달에 특히 큰 잠재적 영향을 미친다. 자폐증의 경우 비유전적 요인이 질병 위험의 62%를 차지한다.[6]

작업 선택

후보 유전자와 제안된 표현형 사이의 연관성을 연구하기 위해, 어떤 형태의 신경영상화를 진행하면서 행동적 표현형을 도출하는 작업을 수행하는 경우가 많다. 게놈 연구에 사용되는 많은 행동적 과제는 특정한 행동에 중요한 신경계를 조사하기 위해 고안된 고전적 행동 및 신경심리학적 시험의 변형된 버전이다.[2]

비교인지유전체학에서 사용되는 종

인간

2003년에 인간 게놈 프로젝트는 최초의 완전한 인간 게놈을 생산했다.[7] 이 프로젝트의 성공에도 불구하고 인지 유전자 발현에 대해서는 거의 알려져 있지 않다.[8] 2003년 이전에는 인간의 뇌 연결성에 관한 모든 증거는 사후 관찰에 기초하였다.[9] 윤리적 우려 때문에 생체내 유전체학 연구는 살아있는 인간에 대해 수행되지 않았다.[citation needed]

비인간 영장류

인간과 가장 가까운 유전적 친족으로서 인간이 아닌 영장류가 가장 선호하는 유전체학 이미징 대상이다. 대부분의 경우, 영장류는 마취 상태에서 이미징된다.[8] 영장류 개체군을 사육하고 유지하는 비용이 많이 들기 때문에, 인간이 아닌 영장류 동물에 대한 유전체 검사는 영장류 연구 시설에서 주로 이루어진다.

침팬지

침팬지(판 트로글로이드)는 인간과 가장 가까운 유전적 친족으로 93.6%의 유전적 유사성을 공유하고 있다.[10] 인간과 침팬지는 약 700만년 전에 공통된 유전적 조상을 가졌다고 여겨진다.[8] 침팬지 게놈의 염기서열 분석은 1998년에 시작되었고 미국 국립보건원(NIH)에 의해 높은 우선순위를 부여받았다.[11]

현재 인간과 침팬지는 영장류 대가족에서 유일하게 염기서열화된 게놈을 갖고 있다.[12] 자가 유전자간 비복제적 DNA 세그먼트의 일부 비교는 인간과 침팬지 사이의 유전적 차이가 특정 구간을 따라 1.24%에 불과하다는 것을 시사한다.[13] 유전적 유사성에도 불구하고, 두 종 사이의 단백질의 80%는 다른데, 이것은 분명한 표현상의 차이를 강조한다.[14]

레수스 마카크

Rhesus macaque (Macacaca mulatta)는 대략적으로 인간과 93%의 유전적 유사성을 보인다.[15] 그들은 종종 인간/침팬지 유전학 연구에서 아웃그룹으로 사용된다.[8] 인간과 붉은털 마카크들은 약 2,500만년 전에 공통의 조상을 공유했다.[5]

유인원

오랑우탄(퐁고 피그마우스)과 고릴라(고릴라 고릴라)는 유전체 검사에서 사용됐지만 비용 문제로 일반과목이 아니다.[8]

신경행동 및 인지장애

때때로 보고되는 것에도 불구하고 대부분의 행동이나 병리학적 표현형태는 단일 유전자 돌연변이에 의한 것이 아니라 오히려 복잡한 유전적 기초에 기인한다.[16] 그러나 이 규칙에는 헌팅턴병처럼 특정한 단일 유전적 장애에 의해 발생하는 몇 가지 예외가 있다.[16] 신경행동장애의 발생은 유전적, 비유전적 등 여러 요인에 의해 영향을 받는다.

다운증후군

다운증후군은 지적 장애와 뚜렷한 두개골의 특징으로 특징지어지는 유전적 증후군으로 800명 중 1명꼴에서 발생한다.[17] 전문가들은 이 증후군의 유전적 원인이 21번째 염색체에 유전자가 부족하기 때문이라고 보고 있다.[17] 그러나 인지적 표현형을 담당하는 유전자나 유전자는 아직 발견되지 않았다.

연약한X증후군

연약한-X 증후군은 X염색체에 위치한 FRAXA 유전자의 돌연변이에 의해 발생한다.[17] 이 증후군은 지적 장애(남성에서는 중성, 여성에서는 온화함), 언어 결핍, 그리고 일부 자폐적 스펙트럼 행동에 의해 두드러진다.[17]

알츠하이머병

알츠하이머병은 신경퇴행성 질환으로 연령에 따른 진행성 인지저하를 유발한다.[17] 쥐를 이용한 동물 모델은 병태생리학을 연구하여 아밀로이드 베타(Amyloid Beta)에 대한 면역, 아밀로이드 베타(Amyloid Beta)에 대한 항체의 말초 투여와 같은 가능한 치료법을 제안하였다.[17] 연구들은 SAMP8 단백질 이상을 유발하는 유전자 변형과 알츠하이머를 연관시켰다.[18]

자폐증

자폐증은 비정상적인 사회발달, 공감과 효과적인 의사소통의 불능, 관심의 패턴의 제한 등이 특징인 만연한 발달장애다.[17] 신경학적으로 가능한 원인은 측두엽에 튜브가 있기 때문이다.[17] 앞서 언급했듯이 비유전적 요인은 자폐증 발병 위험의 62%를 차지한다.[6] 자폐증은 인간 특유의 장애다. 이처럼 유전적 원인은 인간에 의해 나타나는 고도로 질서 정연한 뇌 편중화에 관련되어 있다.[4] 두 유전자가 자폐증과 자폐증 스펙트럼 장애와 연관되어 있다: c3orf58 (a.k.a. 자폐-1 또는 DIA1) 및 cXorf36(a.a)에서 삭제됨.자폐-1 Related 또는 DIA1R)에서 삭제됨.[19]

주요 우울증

주요 우울증은 세로토닌의 불규칙한 신경 흡수 때문에 발생하는 것으로 여겨지는 일반적인 기분 장애다. 유전적 원인은 밝혀지지 않았지만, 사후의 MDD 뇌에 대한 유전학적 연구는 기분장애에서 중요한 역할을 하는 성장인자 이론을 뒷받침하는 섬유질 성장인자 시스템에서 이상을 발견했다.[20]

다른이들

다른 신경퇴행성 장애로는 레트 증후군, 프라더-윌리 증후군, 엔젤만 증후군, 윌리엄스-뷰렌 증후군이 있다.

참고 항목

참조

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  3. ^ Plomin, Robert; Spinath, Frank M. (January 2004). "Intelligence: Genetics, Genes, and Genomics" (PDF). Journal of Personality and Social Psychology. 86 (1): 112–129. doi:10.1037/0022-3514.86.1.112. PMID 14717631. S2CID 5734393. Archived from the original (PDF) on 2020-07-26.
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외부 링크