La collaborazione scientifica mondiale svela l'architettura genetica della materia grigia

La corteccia cerebrale è lo strato di "materia grigia" esterna relativamente sottile, piegato, cruciale per il pensiero, l'elaborazione delle informazioni, la memoria e l'attenzione. Non è stato rivelato molto sulle basi genetiche che influenzano la dimensione della superficie della corteccia e il suo spessore, entrambi precedentemente associati a vari tratti psichiatrici, tra cui schizofrenia, disturbo bipolare, depressione, disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD), e autismo.

La collaborazione scientifica mondiale svela l'architettura genetica della materia grigia

La collaborazione scientifica mondiale svela l'architettura genetica della materia grigia

La corteccia cerebrale è lo strato di "materia grigia" esterna relativamente sottile, piegato, cruciale per il pensiero, l'elaborazione delle informazioni, la memoria e l'attenzione. Non è stato rivelato molto sulle basi genetiche che influenzano la dimensione della superficie della corteccia e il suo spessore, entrambi precedentemente associati a vari tratti psichiatrici, tra cui schizofrenia, disturbo bipolare, depressione, disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD), e autismo.

Ora, per la prima volta, più 360 scienziati di 184 diverse istituzioni - tra cui UNC-Chapel Hill - hanno contribuito a uno sforzo globale per trovare più di 200 regioni del genoma e più di 300 specifiche variazioni genetiche che influenzano la struttura di la corteccia cerebrale e probabilmente svolgono ruoli importanti in condizioni psichiatriche e neurologiche.

Lo studio, pubblicato su Science , è stato condotto da co-senior autori Jason Stein, PhD, assistente professore presso il Dipartimento di Genetica della UNC School of Medicine; Sarah Medland, PhD, ricercatrice presso il QIMR Berghofer Medical Research Institute in Australia; e Paul Thompson, PhD, direttore associato del Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute presso la University of Southern California. Dieci anni fa, questi scienziati hanno co-fondato il Consorzio ENIGMA, una rete di ricerca internazionale che ha riunito centinaia di ricercatori di genomica per immagini per comprendere la struttura, la funzione e la malattia del cervello basate sull'imaging del cervello e sui dati genetici.

"Questo studio è stato possibile solo grazie a un'enorme collaborazione scientifica di oltre 60 siti coinvolti nella scansione MRI e partecipanti alla genotipizzazione", ha detto Stein. "Finora questo studio è il gioiello della corona del consorzio ENIGMA."

I ricercatori hanno studiato le scansioni MRI e il DNA di oltre 50.000 persone per identificare 306 varianti genetiche che influenzano la struttura del cervello al fine di far luce su come la genetica contribuisca alle differenze nella corteccia cerebrale degli individui. Varianti o variazioni genetiche sono semplicemente le lievi differenze genetiche che ci rendono unici. In generale, alcune varianti contribuiscono a differenze come il colore dei capelli o il gruppo sanguigno. Alcuni sono coinvolti in malattie. La maggior parte dei milioni di varianti genetiche, tuttavia, non ha alcun significato noto. Questo è il motivo per cui individuare varianti genetiche associate alla dimensione e alla struttura della corteccia è un grosso problema. Stein e colleghi considerano la loro nuova tabella di marcia genetica del cervello una sorta di "pietra di Rosetta" che aiuterà a tradurre l'impatto di alcuni geni sulla struttura del cervello fisico e sulle conseguenze neurologiche per gli individui.

Tra i risultati della ricerca pubblicata su Science :

  • Alcune varianti genetiche sono associate al piegamento corticale, misurato come superficie, mentre altre varianti genetiche sono associate allo spessore della corteccia.
  • I geni che determinano la superficie sono correlati allo sviluppo molto precoce nella corteccia fetale, mentre lo spessore sembra essere guidato da geni attivi nella corteccia adulta.
  • Le persone a rischio genetico per la depressione o l'insonnia sono geneticamente inclini ad avere una superficie inferiore, mentre le persone con un rischio genetico per il morbo di Parkinson tendono ad avere una superficie superiore.
  • La vasta portata del progetto ha permesso la scoperta di geni specifici che guidano lo sviluppo e l'invecchiamento del cervello nelle persone di tutto il mondo.

"La maggior parte della nostra precedente comprensione dei geni che colpiscono il cervello proviene da sistemi modello, come i topi", ha detto Stein. "Con i topi, possiamo trovare geni, eliminarli o sopra i geni espressi per vedere come influenzano la struttura o la funzione del cervello. Ma ci sono un paio di problemi con questo."

Un problema è, semplicemente, che un topo non è un essere umano. Ci sono molte caratteristiche specifiche per l'uomo che gli scienziati possono studiare solo nel cervello umano.

"La base genetica di un topo è molto diversa da quella genetica per l'uomo", ha detto Stein, "specialmente nelle regioni non codificanti del genoma".

I geni contengono DNA, il codice umano di base che, quando tradotto in azione, crea proteine ​​che "fanno" cose, come aiutare i muscoli delle dita a digitare o il battito cardiaco o le tossine del processo epatico. Ma solo circa il 3 percento dei codici del genoma umano per le proteine. La stragrande maggioranza del genoma umano è chiamato genoma non codificante. Gran parte di questa regione non è condivisa tra topi e umani. Questo genoma non codificante è costituito da piccoli interruttori molecolari che possono modulare l'espressione di altri geni. Questi interruttori non alterano direttamente la funzione di una proteina, ma possono influenzare la quantità di una proteina che viene espressa. Si scopre che la maggior parte delle varianti genetiche associate a disturbi psichiatrici si trovano nella regione non codificante del genoma.

Questi risultati possono ora essere una risorsa per gli scienziati per aiutare a rispondere a domande importanti sulle influenze genetiche sul cervello e su come si collegano a numerose condizioni.

Aysenil Berger, PhD, direttore di Psychiatry Neuroimaging Research e direttore del Frank Porter Graham Child Development Institute dell'UNC-Chapel Hill, è coautore dello studio.

Lo studio è stato finanziato da agenzie di finanziamento pubbliche e private nazionali e internazionali, tra cui il National Institutes of Health, l'Australian National Health and Medical Research Council, la Michael J. Fox Foundation e la Kavli Foundation.


Fonte:

University of North Carolina Health Care


Riferimenti:

Katrina L. Grasby et al. L'architettura genetica della corteccia cerebrale umana . Science , 2020; 367 (6484): eaay6690 DOI: 10.1126 / science.aay6690