신경유전학

Neurogenetics
인간핵도

신경유전학은 신경계의 발달과 기능에서 유전학의 역할을 연구한다.이는 신경 특성을 표현형(즉, 개인의 유전자 구성의 징후, 측정 가능 여부)으로 간주하며, 주로 같은 종에 속하는 사람이라도 개인의 신경계가 동일하지 않을 수 있다는 관찰에 기초한다.이름에서 알 수 있듯이, 그것은 신경과학과 유전학 연구 모두에서 특히 유기체가 가지고 있는 유전자 코드가 유기체의 표현된 특징에 어떻게 영향을 미치는지에 초점을 맞추고 있다.이 유전자 배열의 돌연변이는 개인의 삶의 질에 광범위한 영향을 미칠 수 있다.신경학적 질병, 행동, 성격은 모두 신경유전학의 맥락에서 연구된다.신경유전학 분야는 20세기 중후반 이용 가능한 기술의 진보를 따라 발달했다.현재 신경유전학은 최첨단 기술을 이용한 많은 연구의 중심이다.

역사

신경유전학 분야는 분자생물학, 유전학, 그리고 유전자, 행동, 뇌, 그리고 신경학적 장애와 질병 사이의 연관성을 이해하려는 욕구에서 생겨났다.이 분야는 1960년대에 신경유전학의 [1]아버지로 여겨지는 시모어 벤저의 연구를 통해 확장되기 시작했다.

1974년 Caltech 사무실에서 Drosophila의 대형 모델을 들고 시모어 벤저(Seymour Benzer)가

드로소필라와 함께 한 그의 선구적인 연구는 일주기 리듬과 유전자 사이의 관계를 밝히는 데 도움을 주었고, 이것은 다른 행동 특징에 대한 추가 조사를 이끌었다.그는 또한 인간의 신경질환을 억제하는 방법을 찾기 위해 초파리의 신경변성 연구를 시작했다.그가 사용한 많은 기술과 그가 도출한 결론은 이 분야를 [2]발전시킬 것이다.

초기 분석은 혈통의 LOD(오즈 대수) 점수와 표현형과 IBD(계통에 의한 동일성) 구성을 살펴보는 영향을 받는 형제 쌍과 같은 기타 관찰 방법과 같은 프로세스를 통한 통계 해석에 의존했다.알츠하이머, 헌팅턴, 근위축성 측삭경화증을 포함하여 초기에 연구된 많은 질환들은 [3]오늘날까지도 여전히 많은 연구의 중심에 있다.1980년대 후반까지 재조합 DNA 기술과 역유전학과 같은 유전학의 새로운 발전은 DNA와 유전자 결함 사이의 연관성을 테스트하기 위해 DNA 다형성을 더 폭넓게 사용할 수 있게 했다.이 프로세스를 연결 [4][5]분석이라고도 합니다.1990년대까지 진보한 기술은 유전자 분석을 더 실현 가능하고 이용할 수 있게 만들었다.지난 10년간 신경학적 장애와 관련된 특정 유전자의 식별이 현저하게 증가했다.연약한 X 증후군, 알츠하이머, 파킨슨병, 간질 및 [6]ALS에서 진전이 이루어졌지만 이에 국한되지 않았다. 뇌전증

신경 장애

단순한 질병과 장애의 유전적 근거는 정확하게 밝혀졌지만, 더 복잡한 신경학적 장애의 배후에 있는 유전학은 여전히 진행 중인 연구의 원천이다.GWAS(Genome Wide Association Studies)와 같은 새로운 개발은 방대한 새로운 자원을 손아귀에 넣었습니다.이 새로운 정보를 통해 인간 집단 내 유전적 다양성과 아마도 연관된 질병들을 더 쉽게 식별할 [7]수 있다.신경변성 질환은 알츠하이머병과 파킨슨병을 예로 들며 신경계 질환의 더 흔한 부분집합이다.현재 신경퇴행성 질환의 진행을 실제로 되돌리는 실행 가능한 치료법은 존재하지 않지만, 신경유전학이 원인연관성을 가질 수 있는 한 분야로 떠오르고 있다.결합의 발견은 치료약으로 이어질 수 있고, 이것은 뇌의 [8]퇴화를 되돌릴 수 있다.

유전자 염기서열

신경 유전학에 대한 추가 연구의 가장 주목할 만한 결과 중 하나는 신경 질환과의 연관성을 보여주는 유전자 위치에 대한 더 많은 지식이다.아래 표는 미국의 [9][10][11][12]유병률에 기초하여 선택된 신경 질환에서 역할을 하는 것으로 확인된 특정 유전자 위치의 표본을 나타냅니다.

유전자자리 신경 질환
APOE 44, PICALM[10] 알츠하이머병
DR15, DQ6[11] 다발성 경화증
LRRK2, PARK2, PARK7[9] 파킨슨병
HTT[12] 헌팅턴병

조사 방법

통계 분석

로그 오브 오즈(LOD)는 특성 간의 유전자 결합 확률을 추정하는 데 사용되는 통계 기법이다.LOD는 보다 정확한 추정을 위해 가족의 유전자 구성 지도인 혈통과 함께 종종 사용됩니다.이 기법의 주요 장점은 크고 작은 표본 크기 모두에서 신뢰할 수 있는 결과를 제공할 수 있다는 점이며, 이는 실험실 [13][14]연구에서 두드러진 이점이다.

정량적 특성 위치(QTL) 매핑은 주어진 특성을 담당하는 유전자 세트의 염색체 위치를 결정하기 위해 사용되는 또 다른 통계 방법이다.재조합 근친종의 관심 유전자에 대한 특정 유전자 마커를 동정함으로써 이들 유전자 간의 상호작용량과 관찰된 표현형과의 관계를 복잡한 통계 분석을 통해 결정할 수 있다.신경유전학 실험실에서 모델 유기체의 표현형은 얇은 [15]슬라이스를 통해 뇌의 형태를 평가함으로써 관찰된다.뇌 형태학은 뇌 슬라이스 대신 핵자기공명영상(MRI)을 이용해 검사되지만 QTL 매핑은 사람에게도 수행될 수 있다.인간은 QTL 분석에 더 큰 도전을 제기한다. 왜냐하면 유전자 집단은 근친재조합 집단만큼 신중하게 통제될 수 없고, 이는 통계적 [16]오류의 원인이 될 수 있기 때문이다.

재조합 DNA

재조합 DNA는 신경유전학을 포함한 많은 분야에서 중요한 연구방법이다.그것은 유기체의 게놈을 변화시키고, 보통 유기체가 관심 있는 특정 유전자를 과잉 또는 과소 발현하게 하거나, 유기체의 돌연변이 형태를 발현시키는 데 사용됩니다.이러한 실험의 결과는 그 유전자가 유기체의 몸에서 어떤 역할을 하는지, 그리고 생존과 적합성에 대한 중요성에 대한 정보를 제공할 수 있다.그런 다음 선택 가능한 마커가 내성을 갖는 독성 약물의 도움을 받아 숙주를 선별한다.재조합 DNA의 사용은 연구자들이 돌연변이 유전자형을 만들고 결과 표현형을 분석하는 역유전학의 한 예이다.전진유전학에서는 먼저 특정 표현형을 가진 유기체를 동정하고 그 유전자형을 [17][18]분석한다.

동물 연구

드로소필라속
제브라피시

모델 유기체는 신경 유전학 분야를 포함한 많은 연구 분야에서 중요한 도구이다.더 단순한 신경계와 더 작은 게놈을 가진 생명체를 연구함으로써, 과학자들은 그들의 생물학적 과정을 더 잘 이해하고 인간과 같은 더 복잡한 유기체에 적용할 수 있다.쥐, 드로소필라,[19] 그리고 엘레강스는[20] 유지관리가 적고 지도가 높은 게놈 때문에 매우 흔합니다.제브라피쉬와[21] 프레리 들쥐[22] 또한 특히 신경유전학의 사회적 행동적 범위에서 더 흔해졌다.

유전자 돌연변이가 뇌의 실제 구조에 어떻게 영향을 미치는지 조사하는 것 외에도, 신경유전학 연구자들은 이러한 돌연변이가 어떻게 인지 및 행동에 영향을 미치는지 조사한다.이를 검사하는 한 가지 방법은 특정 유전자의 돌연변이를 가진 모델 유기체를 의도적으로 엔지니어링하는 것이다.이 동물들은 보상을 얻기 위해 레버를 당기는 것과 같은 특정한 종류의 일을 수행하도록 고전적으로 조절된다.이들의 학습 속도, 학습된 행동의 유지, 그리고 다른 요소들을 건강한 유기체의 결과와 비교하고, 변이가 이러한 더 높은 과정에 어떤 영향을 미쳤는지를 판단합니다.이 연구의 결과는 인지 및 학습 [23]결핍과 관련된 조건과 관련이 있을 수 있는 유전자를 식별하는데 도움을 줄 수 있다.

인간 연구

많은 연구 시설은 연구에 참여할 특정 조건이나 질병을 가진 지원자를 찾습니다.모델 유기체는 중요하지만 인체의 복잡성을 완전히 모델화할 수 없기 때문에 자원자가 연구의 발전에 중요한 부분을 차지하게 된다.의료 이력과 증상 범위에 대한 몇 가지 기본적인 정보를 수집하는 것과 함께, 혈액, 뇌척수액 및/또는 근육 조직을 포함한 샘플이 참가자들로부터 채취된다.이 조직 샘플들은 유전적으로 배열되고 게놈은 현재 데이터베이스 컬렉션에 추가됩니다.이러한 데이터베이스의 성장은 결국 연구자들이 이러한 조건의 유전적 뉘앙스를 더 잘 이해하고 치료법을 현실에 더 가깝게 만들 수 있게 해줄 것이다.현재 이 분야의 관심 분야는 일주기 리듬의 유지, 신경변성 장애의 진행, 주기적 장애의 지속성, 그리고 [24]신진대사에 대한 미토콘드리아 붕괴의 영향 등 광범위하다.

행동신경유전학

주요 기사:행동유전학

분자생물학 기술의 진보와 전종 게놈 프로젝트는 개인의 전체 게놈을 계획하는 것을 가능하게 했다.유전적 요인이나 환경적 요인이 개인의 성격에 주된 영향을 미치는지는 오랫동안 [25][26]논쟁의 주제가 되어왔다.신경유전학 분야에서 이루어진 발전 덕분에, 연구원들은 유전자를 만들고 그것들을 다른 성격 특징과 [25]연관짓기 시작하면서 이 문제를 해결하기 시작했다.단일 유전자의 존재가 한 개인이 다른 사람에 대해 한 가지 행동 양식을 표현할 것이라는 것을 암시하는 증거는 거의 또는 전혀 없다; 오히려, 특정 유전자를 갖는 것은 한 사람이 이러한 유형의 행동을 보이는 경향이 더 많이 생기게 할 수 있다.대부분의 유전적으로 영향을 받는 행동들은 신경전달물질 수준과 같은 다른 신경학적 조절 요인들 외에도 많은 유전자 내의 많은 변형들의 영향 때문이라는 것이 분명해지기 시작하고 있다.많은 행동 특징들이 여러 세대에 걸쳐 보존되어 왔기 때문에, 연구원들은 생쥐와 쥐뿐만 아니라 초파리, 지렁이, [19][20]제브라피쉬와 같은 동물 실험 대상들을 행동과 관련이 있는 특정 유전자를 결정하고 인간 [27]유전자와 일치시키기 위해 사용할 수 있다.

이종간 유전자 보존

종 간의 변화가 두드러지는 것은 사실이지만, 가장 기본적인 것은 생존에 필요한 많은 유사한 행동 특성을 공유한다는 것입니다.그러한 특징들은 짝짓기, 공격성, 먹이 찾기, 사회적 행동과 수면 패턴을 포함한다.종에 걸친 이러한 행동 보존은 생물학자들이 이러한 특성들이 동일하지는 않더라도 유사한 유전적 원인과 경로를 가질 수 있다는 가설을 세우게 만들었다.많은 유기체의 게놈에 대해 수행된 연구는 많은 유기체가 상동 유전자를 가지고 있다는 것을 밝혀냈다. 이것은 어떤 유전 물질이 종들 사이에 보존되었다는 것을 의미한다.만약 이 유기체들이 공통의 진화적 조상을 공유한다면, 이것은 행동의 양상이 이전 세대로부터 물려받을 수 있다는 것을 의미하고,[26] 환경적 원인과는 대조적으로 행동의 유전적 원인에 대한 지지를 제공할 수 있다.같은 종의 개체들 사이에서 나타나는 성격과 행동 특성의 변화는 이러한 유전자와 그에 상응하는 [27]단백질의 다른 발현 수준으로 설명될 수 있다.

공격성

개인의 유전자가 어떻게 다양한 수준의 공격성과 공격성[citation needed] 조절을 일으킬 수 있는지에 대한 연구도 이루어지고 있다.

겉으로 드러나는 공격성은 대부분의 동물에게서 나타난다.

동물의 왕국에 걸쳐, 다양한 스타일, 종류, 그리고 공격성 수준이 관찰될 수 있으며, 과학자들은 이 특정한 행동 [28]특성을 보존한 유전적 기여가 있을 수 있다고 믿게 됩니다.몇몇 종들에게 다양한 공격성 수준은 다윈의 [29]적합성의 더 높은 수준과 직접적인 상관관계를 보여왔다.

발전

신경관의 Shh 및 BMP 구배

유전자의 영향과 뇌와 중추신경계의 형성에 대한 많은 연구가 이루어졌다.다음 Wiki 링크가 도움이 될 수 있습니다.

중추신경계의 형성 및 발달에 기여하는 많은 유전자와 단백질이 있으며, 이들 중 많은 것은 앞서 언급한 연결에서 찾을 수 있다.특히 중요한 것은 BMP, BMP 억제제 및 SHH를 코드화하는 것입니다.초기 발달 중에 발현될 때, BMP는 복부 외배엽에서 표피세포의 분화를 담당한다.NOG 및 CHRD와 같은 BMP의 억제제는 배면의 잠재 신경 조직으로의 외배엽 세포의 분화를 촉진한다.만약 이 유전자들 중 하나가 부적절하게 조절된다면, 적절한 형성과 분화가 일어나지 않을 것이다.BMP는 또한 신경관의 형성 후에 일어나는 패턴 형성에서 매우 중요한 역할을 한다.신경관의 세포가 BMP와 Shh 시그널링에 대해 갖는 단계적 반응으로 인해, 이러한 경로는 신경관 세포의 운명을 결정하기 위해 경쟁하고 있다.BMP는 신경세포가 감각뉴런으로, Shh는 운동뉴런으로 복부 분화를 촉진한다.신경 숙명과 적절한 발달을 결정하는 데 도움을 주는 다른 많은 유전자들이 있는데, RELN, SOX9, WNT, 노치 및 델타 코드 유전자, HOX, 그리고 CDH1과 [30]CDH2와 같은 다양한 카드헤린 코드 유전자 등이 있다.

최근 연구에 따르면 뇌에서 유전자 발현 수준이 일생 동안 서로 다른 시기에 급격하게 변화한다.예를 들어, 태아 발달 동안 뇌의 mRNA 양(유전자 발현 지표)은 예외적으로 높으며 태어난 지 얼마 되지 않아 현저히 낮은 수준으로 떨어집니다.라이프 사이클에서 발현이 이렇게 높은 유일한 포인트는 50-70세의 중후기 동안이다.태아기 발현 증가는 뇌조직의 빠른 성장과 형성에 의해 설명될 수 있지만, 만년의 발현 급증의 원인은 여전히 진행 [31]중인 연구 주제이다.

현재의 연구

신경유전학은 빠르게 성장하고 있는 분야이다.현재 연구 분야는 그 초점이 매우 다양하다.한 영역은 분자 과정과 특정 단백질의 기능을 다루며, 종종 세포 신호 전달과 신경 전달 물질 방출, 세포 발달과 복구, 또는 신경 가소성과 연계된다.행동의 영역과 인지적 영역은 유전적 요인을 정확히 파악하기 위한 노력으로 계속 확대되고 있다.신경유전학 분야가 확대됨에 따라 특정 신경학적 장애와 표현형에 대한 보다 나은 이해가 유전자 돌연변이와 직접적인 상관관계로 나타났다.간질, 뇌 기형, 정신지체와 같은 심각한 장애의 경우 단일 유전자 또는 원인 조건이 60% 확인되었지만 지적 장애가 경미할수록 낮은 csp 뇌전증enetic 원인을 정확히 파악했다.예를 들어 자폐증은 특정 돌연변이 유전자와 약 15-20%만 관련이 있는 반면, 가장 가벼운 형태의 정신 장애는 유전적으로 5% 미만으로 설명된다.그러나 신경유전학 연구는 특정 유전자 위치의 돌연변이가 해로운 표현형 및 그 결과 발생하는 장애와 관련이 있다는 점에서 몇 가지 유망한 결과를 얻었다.예를 들어 DCX 유전자 위치에서의 프레임시프트 돌연변이 또는 미센스 돌연변이는 리센스증으로도 알려진 신경 이동 결함을 일으킨다.또 다른 예는 돌연변이가 축삭 길이를 변화시켜 신경 연결에 부정적인 영향을 미치는 ROBO3 유전자이다.진행성 척추측만증(HGPS)을 동반하는 수평 시력 마비는 여기서 [32]돌연변이를 동반한다.이것들은 신경유전학 분야의 현재 연구가 [33]이룬 것의 몇 가지 예일 뿐이다.

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