Epigenetica comportamentală - Behavioral epigenetics

Epigenetica comportamentală este domeniul de studiu care examinează rolul epigeneticii în modelarea comportamentului animalului (inclusiv al omului ) . Se caută să explice modul în care hrana modelează natura, unde natura se referă la ereditatea biologică , iar hrana se referă practic la tot ceea ce se întâmplă în timpul vieții (de exemplu, experiența socială, dieta și nutriția și expunerea la toxine). Epigenetica comportamentală încearcă să ofere un cadru pentru înțelegerea modului în care expresia genelor este influențată de experiențe și mediu pentru a produce diferențe individuale în comportament , cogniție , personalitate și sănătate mintală .

Epigenetic genei regulament implică modificări , altele decât la secvența de ADN și include modificări histone (proteine pe care se înfășoară ADN) si de metilare ADN - ului . Aceste modificări epigenetice pot influența creșterea neuronilor din creierul în curs de dezvoltare, precum și modificarea activității neuronilor din creierul adult. Împreună, aceste modificări epigenetice în structura și funcția neuronilor pot avea o influență marcată asupra comportamentului unui organism.

fundal

În biologie și, în special , genetică , epigenetica este studiul modificărilor ereditare ale activității genelor care nu sunt cauzate de modificări ale secvenței ADN ; termenul poate fi folosit și pentru a descrie studiul unor modificări stabile, pe termen lung, în potențialul transcripțional al unei celule care nu sunt neapărat ereditare.

Exemple de mecanisme care produc astfel de modificări sunt metilarea ADN-ului și modificarea histonelor , fiecare dintre ele modificând modul în care genele sunt exprimate fără a modifica secvența de ADN subiacentă . Expresia genelor poate fi controlată prin acțiunea proteinelor represoare care se atașează la regiunile amortizoare ale ADN-ului.

Modificările epigenomului nu modifică ADN-ul.

Metilarea ADN-ului oprește o genă - are ca rezultat incapacitatea informațiilor genetice de a fi citite din ADN; îndepărtarea etichetei de metil poate readuce gena "pe".

Modificarea histonei modifică modul în care ADN-ul este ambalat în cromozomi. Aceste schimbări au impact asupra modului în care sunt exprimate genele.

Epigenetica are o influență puternică asupra dezvoltării unui organism și poate modifica expresia trăsăturilor individuale. Modificările epigenetice apar nu numai la fătul în curs de dezvoltare, ci și la indivizii de-a lungul vieții umane. Deoarece unele modificări epigenetice pot fi transmise de la o generație la alta, generațiile ulterioare pot fi afectate de modificările epigenetice care au avut loc la părinți.

Descoperire

Primul exemplu documentat de epigenetică care afectează comportamentul a fost furnizat de Michael Meaney și Moshe Szyf . În timp ce lucrau la Universitatea McGill din Montréal, în 2004, au descoperit că tipul și cantitatea de creștere a unui șobolan mamă oferă în primele săptămâni ale copilăriei șobolanului determină modul în care șobolanul acesta răspunde la stres mai târziu în viață. Această sensibilitate la stres a fost legată de o reglare descendentă a expresiei receptorului glucocorticoid din creier. La rândul său, această reglare descendentă sa dovedit a fi o consecință a gradului de metilare în regiunea promotor a genei receptorului glucocorticoid . Imediat după naștere, Meaney și Szyf au descoperit că grupările metil reprimă gena receptorului glucocorticoid la toți puii de șobolan, ceea ce face ca gena să nu se poată relaxa din histonă pentru a fi transcrisă, provocând un răspuns la stres scăzut. S-a constatat că comportamentele de hrănire de la șobolanul mamă stimulează activarea căilor de semnalizare a stresului care îndepărtează grupările metil din ADN. Aceasta eliberează gena înfășurată strâns, expunând-o pentru transcripție. Gena glucocorticoidului este activată, rezultând un răspuns scăzut la stres. Puii de șobolan care primesc o creștere mai puțin hrănitoare sunt mai sensibili la stres pe toată durata vieții.

Această lucrare de pionierat la rozătoare a fost dificil de reprodus la oameni din cauza lipsei generale a disponibilității țesutului cerebral uman pentru măsurarea modificărilor epigenetice.

Cercetări în epigenetică în psihologie

Anxietate și asumare de riscuri

Gemenii monozigoți sunt gemeni identici. Studiile gemene ajută la relevarea diferențelor epigenetice legate de diferite aspecte ale psihologiei.

Într-un mic studiu clinic la om, publicat în 2008, diferențele epigenetice au fost corelate cu diferențele de asumare a riscurilor și reacțiile la stres la gemenii monozigoți . Studiul a identificat gemeni cu căi de viață diferite, în care unul a prezentat comportamente de asumare a riscului, iar celălalt a prezentat comportamente de aversiune față de risc. Diferentele epigenetice in metilare ADN - ul a insulelor CpG proximal la DLX1 genei corelate cu comportamentul diferit. Autorii studiului gemene au remarcat faptul că, în ciuda asocierilor dintre markerii epigenetici și diferențele de trăsături ale personalității, epigenetica nu poate prezice procese complexe de luare a deciziilor, cum ar fi selecția carierei.

Stres

Studiile la animale și la om au găsit corelații între îngrijirea precară în timpul copilăriei și modificările epigenetice care se corelează cu afectările pe termen lung care rezultă din neglijare.

Studiile la șobolani au arătat corelații între îngrijirea maternă în ceea ce privește linsul părinților descendenților și modificările epigenetice. Un nivel ridicat de lins are ca rezultat o reducere pe termen lung a răspunsului la stres măsurat comportamental și biochimic în elementele axei hipotalamo-hipofizo-suprarenale (HPA). Mai mult, metilarea scăzută a ADN a genei receptorului glucocorticoid a fost găsită la descendenții care au prezentat un nivel ridicat de lins; receptorul glucorticoid joacă un rol cheie în reglarea HPA. Opusul se găsește la descendenții care au prezentat niveluri scăzute de lins și, atunci când puii sunt schimbați, schimbările epigenetice sunt inversate. Această cercetare oferă dovezi pentru un mecanism epigenetic subiacent. Suport suplimentar vine din experimente cu aceeași configurație, folosind medicamente care pot crește sau reduce metilarea. În cele din urmă, variațiile epigenetice în îngrijirea părintească pot fi transmise de la o generație la alta, de la mamă la descendenți de sex feminin. Femelele care au primit îngrijiri parentale crescute (adică linsul ridicat) au devenit mame care se angajează în linsul ridicat și descendenții care au primit lins mai puțin au devenit mame care s-au angajat în linsul mai puțin.

La om, un mic studiu de cercetare clinică a arătat relația dintre expunerea prenatală la starea de spirit maternă și expresia genetică, rezultând o reactivitate crescută la stres la descendenți. Au fost examinate trei grupe de sugari: cei născuți de mame medicamentoase pentru depresie cu inhibitori ai recaptării serotoninei ; cei născuți din mame depresive care nu sunt tratați pentru depresie; și cei născuți de mame nedipresate. Expunerea prenatală la starea de spirit depresivă / anxioasă a fost asociată cu o metilare crescută a ADN-ului la gena receptorului glucocorticoid și cu o reactivitate crescută la stresul axei HPA. Constatările au fost independente dacă mamele au fost tratate farmaceutic pentru depresie.

Cercetări recente au arătat, de asemenea, relația de metilare a receptorului glucocorticoid matern și activitatea neuronală maternă ca răspuns la interacțiunile mamă-copil pe video. Urmărirea longitudinală a acestor sugari va fi importantă pentru a înțelege impactul îngrijirii timpurii la această populație cu risc ridicat asupra epigeneticii și comportamentului copiilor.

Cunoaștere

Învățare și memorie

O revizuire din 2010 discută rolul metilării ADN-ului în formarea și stocarea memoriei, dar mecanismele precise care implică funcția neuronală, memoria și inversarea metilării rămân neclare.

Studiile efectuate pe rozătoare au constatat că mediul exercită o influență asupra modificărilor epigenetice legate de cunoaștere , în ceea ce privește învățarea și memoria; îmbogățirea mediului înconjurător corelată cu acetilarea histonei crescută și verificarea prin administrarea inhibitorilor de histon deacetilază au indus germinarea dendritelor, un număr crescut de sinapse și a restabilit comportamentul de învățare și accesul la amintirile pe termen lung. Cercetările au legat, de asemenea, învățarea și formarea memoriei pe termen lung de modificările epigenetice reversibile ale hipocampului și cortexului la animale cu creiere care nu funcționează normal, nedeteriorate. În studiile la om, creierele post-mortem de la pacienții cu Alzheimer prezintă niveluri crescute de histone de-acetilază.

Psihopatologie și sănătate mintală

Dependența de droguri

Cascadă de semnalizare în nucleul accumbens care duce la dependență psihostimulantă
Imaginea de mai sus conține linkuri care pot fi făcute clic
Această diagramă descrie evenimentele de semnalizare din centrul de recompensă al creierului, care sunt induse de expunerea cronică la doze mari la psihostimulanți care cresc concentrația de dopamină sinaptică, cum ar fi amfetamina , metamfetamina și fenetilamina . În urma eliberării co-eliberate de dopamină presinaptică și glutamat de către astfel de psihostimulanți, receptorii postsinaptici pentru acești neurotransmițători declanșează evenimente de semnalizare internă printr -o cale dependentă de AMPc și o cale dependentă de calciu care duc în cele din urmă la creșterea fosforilării CREB . CREB fosforilat crește nivelurile de ΔFosB, care la rândul său reprimă gena c-Fos cu ajutorul corepresorilor ; Represiunea c-Fos acționează ca un comutator molecular care permite acumularea de osFosB în neuron. O formă foarte stabilă (fosforilată) de osFosB, una care persistă în neuroni timp de 1-2  luni, se acumulează încet după expunerea repetată la doze mari la stimulanți prin acest proces. OsFosB funcționează ca „una dintre proteinele de control master” care produce modificări structurale legate de dependență în creier și, după o acumulare suficientă, cu ajutorul țintelor sale din aval (de exemplu, factorul nuclear kappa B ), induce o stare de dependență.

Influențele de mediu și epigenetice par să funcționeze împreună pentru a crește riscul de dependență . De exemplu, s-a demonstrat că stresul asupra mediului crește riscul abuzului de substanțe . În încercarea de a face față stresului, alcoolul și drogurile pot fi folosite ca evadare. Cu toate acestea, odată ce începe abuzul de substanțe, modificările epigenetice pot exacerba și mai mult modificările biologice și comportamentale asociate dependenței.

Chiar și abuzul de substanțe pe termen scurt poate produce modificări epigenetice de lungă durată în creierul rozătoarelor, prin metilarea ADN-ului și modificarea histonelor. Modificări epigenetice au fost observate în studii pe rozătoare care implică etanol , nicotină , cocaină , amfetamină , metamfetamină și opiacee . Mai exact, aceste modificări epigenetice modifică expresia genelor, ceea ce, la rândul său, crește vulnerabilitatea unei persoane de a se angaja în supradozaj de substanțe repetate în viitor. La rândul său, creșterea abuzului de substanțe are ca rezultat modificări epigenetice și mai mari în diferite componente ale sistemului de recompensă al rozătoarelor (de exemplu, în nucleul accumbens ). Prin urmare, apare un ciclu prin care schimbările din zonele sistemului de recompensă contribuie la schimbările neuronale și comportamentale de lungă durată asociate cu probabilitatea crescută de dependență, menținerea dependenței și recăderea . La om, s-a demonstrat că consumul de alcool produce modificări epigenetice care contribuie la pofta crescută de alcool. Ca atare, modificările epigenetice pot juca un rol în progresia de la aportul controlat la pierderea controlului consumului de alcool. Aceste modificări pot fi pe termen lung, după cum se dovedește la fumătorii care încă posedă modificări epigenetice legate de nicotină la zece ani de la încetare . Prin urmare, modificările epigenetice pot explica unele dintre modificările comportamentale asociate în general cu dependența. Acestea includ: obiceiuri repetitive care cresc riscul de boli și probleme personale și sociale; nevoie de satisfacție imediată ; rate ridicate de recidivă după tratament; și, sentimentul de pierdere a controlului.

Dovezi pentru modificările epigenetice asociate au provenit din studii la om care au implicat abuzul de alcool, nicotină și opiacee. Dovezile pentru modificările epigenetice rezultate din abuzul de amfetamină și cocaină provin din studii pe animale. La animale, s-a demonstrat că modificările epigenetice legate de droguri la tați afectează negativ descendenții în ceea ce privește memoria spațială de lucru mai slabă , atenția scăzută și volumul cerebral scăzut .

Tulburări de alimentație și obezitate

Modificările epigenetice pot ajuta la facilitarea dezvoltării și menținerii tulburărilor alimentare prin influențe în mediul timpuriu și pe tot parcursul vieții. Modificările epigenetice prenatale cauzate de stresul matern, comportamentul și dieta pot predispune ulterior descendenții la anxietate persistentă, crescută și tulburări de anxietate . Aceste probleme de anxietate pot precipita apariția tulburărilor alimentare și a obezității și persistă chiar și după recuperarea tulburărilor alimentare.

Diferențele epigenetice care se acumulează pe parcursul vieții pot explica diferențele incongruente în tulburările alimentare observate la gemenii monozigoți. La pubertate , hormonii sexuali pot exercita modificări epigenetice (prin metilarea ADN-ului) asupra expresiei genelor, reprezentând astfel rate mai mari de tulburări alimentare la bărbați în comparație cu femeile. În general, epigenetica contribuie la comportamente de autocontrol persistente, nereglementate, legate de dorința de binge .

Schizofrenie

Modificările epigenetice, inclusiv hipometilarea genelor glutamatergice (de exemplu, gena NRDA -subunitate a receptorului NR3B și promotorul genei subunității receptorului AMPA- GRIA2 ) în creierele umane post-mortem ale schizofrenicilor sunt asociate cu niveluri crescute ale glutamatului neurotransmițător . Deoarece glutamatul este cel mai răspândit, rapid, neurotransmițător excitator, nivelurile crescute pot duce la episoade psihotice legate de schizofrenie . Modificările epigenetice care afectează un număr mai mare de gene au fost detectate la bărbații cu schizofrenie în comparație cu femeile cu boală.

Studiile populației au stabilit o asociere puternică care leagă schizofrenia la copiii născuți de tați mai mari. Mai exact, copiii născuți de tați cu vârsta peste 35 de ani au șanse de până la trei ori mai mari să dezvolte schizofrenie. S-a dovedit că disfuncția epigenetică la celulele spermatozoide masculine umane , care afectează numeroase gene, crește odată cu înaintarea în vârstă. Aceasta oferă o posibilă explicație a ratei crescute a bolii la bărbați. În acest scop, sa demonstrat că toxinele (de exemplu, poluanții atmosferici ) cresc diferențierea epigenetică. Animalele expuse la aerul ambiant de la fabricile de oțel și autostrăzi prezintă modificări epigenetice drastice care persistă după îndepărtarea de la expunere. Prin urmare, sunt posibile modificări epigenetice similare la tații umani mai în vârstă. Studiile privind schizofrenia oferă dovezi că dezbaterea natură versus creștere din domeniul psihopatologiei ar trebui reevaluată pentru a se adapta conceptului că genele și mediul funcționează în tandem. Ca atare, mulți alți factori de mediu (de exemplu, deficiențe nutriționale și consumul de canabis ) au fost propuși pentru a crește susceptibilitatea tulburărilor psihotice, cum ar fi schizofrenia prin epigenetică.

Tulburare bipolara

Nu sunt clare dovezile modificărilor epigenetice pentru tulburarea bipolară . Un studiu a constatat hipometilarea unui promotor de gene al unei enzime a lobului prefrontal (adică, catecol-O-metil transferază legată de membrană sau COMT) în probe de creier post-mortem de la indivizi cu tulburare bipolară. COMT este o enzimă care metabolizează dopamina în sinapsă . Aceste descoperiri sugerează că hipometilarea promotorului are ca rezultat supraexprimarea enzimei. La rândul său, acest lucru duce la degradarea crescută a nivelurilor de dopamină din creier. Aceste descoperiri oferă dovezi că modificarea epigenetică în lobul prefrontal este un factor de risc pentru tulburarea bipolară. Cu toate acestea, un al doilea studiu nu a constatat diferențe epigenetice în creierele post-mortem de la indivizii bipolari.

Tulburare depresivă majoră

Cauzele tulburării depresive majore (MDD) sunt slab înțelese din perspectiva neuroștiinței . Modificările epigenetice care duc la modificări în expresia receptorilor glucocorticoizi și efectul său asupra sistemului de stres HPA discutat mai sus, au fost, de asemenea, aplicate încercărilor de a înțelege MDD.

O mare parte din lucrările la modelele animale s-au concentrat pe reglarea descendentă indirectă a factorului neurotrofic derivat din creier (BDNF) prin supraactivarea axei de stres. Studiile efectuate pe diferite modele de rozătoare ale depresiei, care implică adesea inducerea stresului, au descoperit și modularea epigenetică directă a BDNF.

Psihopatie

Epigenetica poate fi relevantă pentru aspectele comportamentului psihopatic prin metilare și modificarea histonelor. Aceste procese sunt ereditare, dar pot fi influențate și de factori de mediu precum fumatul și abuzul. Epigenetica poate fi unul dintre mecanismele prin care mediul poate avea impact asupra expresiei genomului. Studiile au legat, de asemenea, metilarea genelor asociate cu dependența de nicotină și alcool la femei, ADHD și abuzul de droguri. Este probabil ca reglarea epigenetică, precum și profilarea metilării să joace un rol din ce în ce mai important în studiul jocului dintre mediul înconjurător și genetica psihopaților.

Sinucidere

Un studiu al creierului a 24 de victime ale sinuciderii, dintre care 12 au avut antecedente de abuz asupra copiilor și 12 care nu, a constatat scăderea nivelului receptorilor de glucocorticoizi la victimele abuzului asupra copiilor și a modificărilor epigenetice asociate.

Insecte sociale

Mai multe studii au indicat metilarea citozinei ADN legată de comportamentul social al insectelor, cum ar fi albinele și furnicile. La albinele de miere, când albina asistentă a trecut de la sarcinile sale din stup la furajare, semnele de metilare a citozinei se schimbă. Când o albină furajeră a fost inversată pentru a îndeplini sarcinile de asistent medical, semnele de metilare a citozinei au fost, de asemenea, inversate. Dărâmarea DNMT3 în larve l-a schimbat pe muncitor în fenotip asemănător reginei. Regina și lucrătorul sunt două casti distincte cu morfologie, comportament și fiziologie diferite. Studiile privind reducerea la tăcere a DNMT3 au indicat, de asemenea, că metilarea ADN-ului poate regla splicarea alternativă a genelor și maturarea pre-ARNm.

Limitări și direcție viitoare

Mulți cercetători contribuie cu informații la Consorțiul Epigenomului Uman . Scopul cercetărilor viitoare este de a reprograma modificările epigenetice pentru a ajuta la dependență, boli mintale, modificări legate de vârstă, declinul memoriei și alte probleme. Cu toate acestea, volumul mare de date bazate pe consorțiu îngreunează analiza. Majoritatea studiilor se concentrează, de asemenea, pe o singură genă. În realitate, multe gene și interacțiuni între ele contribuie probabil la diferențe individuale în personalitate, comportament și sănătate. Deoarece oamenii de știință sociali lucrează adesea cu multe variabile, determinarea numărului de gene afectate pune, de asemenea, provocări metodologice. A fost susținută o mai mare colaborare între cercetători medicali, genetici și oameni de știință sociali pentru a spori cunoștințele în acest domeniu de studiu.

Accesul limitat la țesutul cerebral uman reprezintă o provocare pentru efectuarea cercetărilor umane. Știind încă dacă modificările epigenetice din sânge și țesuturile (non-cerebrale) modifică paralel creierul, se bazează și mai mult pe cercetarea creierului. Deși unele studii epigenetice au tradus descoperirile de la animale la oameni, unii cercetători avertizează cu privire la extrapolarea studiilor pe animale la oameni. Un punct de vedere observă că, atunci când studiile pe animale nu iau în considerare modul în care componentele subcelulare și celulare, organele și întregul individ interacționează cu influențele mediului, rezultatele sunt prea reductive pentru a explica comportamentul.

Unii cercetători observă că perspectivele epigenetice vor fi probabil încorporate în tratamentele farmacologice. Alții avertizează că sunt necesare mai multe cercetări, deoarece se știe că medicamentele modifică activitatea mai multor gene și, prin urmare, pot provoca reacții adverse grave. Cu toate acestea, scopul final este de a găsi modele de modificări epigenetice care pot fi vizate pentru tratarea bolilor mintale și inversarea efectelor factorilor de stres din copilărie, de exemplu. Dacă astfel de modele tratabile devin în cele din urmă bine stabilite, incapacitatea de a accesa creierele oamenilor vii pentru a le identifica reprezintă un obstacol în calea tratamentului farmacologic. Cercetările viitoare se pot concentra și asupra schimbărilor epigenetice care mediază impactul psihoterapiei asupra personalității și comportamentului.

Majoritatea cercetărilor epigenetice sunt corelaționale; el doar stabilește asociații. Sunt necesare mai multe cercetări experimentale pentru a ajuta la stabilirea cauzalității. Lipsa resurselor a limitat, de asemenea, numărul de studii intergeneraționale. Prin urmare, avansarea studiilor longitudinale și multigenerationale, dependente de experiență, va fi esențială pentru înțelegerea în continuare a rolului epigeneticii în psihologie.

Vezi si

Referințe

Legenda imaginii

Lecturi suplimentare

linkuri externe

  • McDonald B (2011). „Amprentele sărăciei” . Ciudățenii și quarcurile . Radio CBC . Interviul audio cu Moshe Szyf , profesor de farmacologie și terapie la Universitatea McGill, discută modul în care modificările epigenetice sunt legate de diferențele de statut socioeconomic.
  • Oz M (2011). „Controlează-ți sarcina” . Spectacolul Dr. Oz . Video care explică modul în care epigenetica poate afecta fătul nenăscut.
  • Paylor B (2010). „Peisaje epigenetice” . Arhivat din original în data de 15.12.2013. Acest videoclip abordează modul în care, în principiu, modificările epigenetice acumulate pot duce la diferențe de personalitate la gemenii identici. Acest videoclip a fost realizat de un doctorat. candidat la medicina experimentală și cineastul premiat Ben Paylor.
  • Rusting R (2011). „Epigenetica explicată (animație)” . American științific . O serie de diagrame care explică modul în care semnele epigenetice afectează expresia genetică.