Исследователи из Института исследований мозга Аллена обнаружили, что одни и те же гены имеют разные паттерны активности в мозге у людей с разным генетическим прошлым. Эти результаты могут помочь объяснить индивидуальные различия в профилях эффективности и побочных эффектах терапевтических препаратов и, таким образом, иметь значение для персонализированной медицины. Исследование доступно в раннем онлайн-выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences на этой неделе.
В этом исследовании авторы сравнили, где в мозге каждый из 49 различных фармацевтически связанных генов экспрессируется или включается в семи генетически различных группах мышей с известными генеалогическими отношениями. Путем анализа 203 различных областей мозга на 15000 тонких срезах ткани они точно картировали, где эти гены активны, вплоть до уровня отдельных клеток. Все гены кодируют молекулярные мишени хорошо известных фармацевтических препаратов, таких как антидепрессанты, нейролептики и обезболивающие, включая прозак, имитрекс и арисепт.
Более половины исследованных генов показали поразительные, локализованные различия в паттернах экспрессии между разными генетическими группами или линиями мышей. Например, ген рецептора дофамина D2, который кодирует мишень действия зипрексы, препарата, используемого при шизофрении и биполярном расстройстве, активен в связанной с памятью области, называемой энторинальной корой, у одной линии мышей, но не в два других. Поскольку разные части мозга выполняют разные функции, вариации в локализации активности генов, вероятно, имеют функциональные последствия.
"Ясно, что для понимания того, как гены преобразуются в поведенческие и другие различия между людьми и видами, нам нужно выйти за рамки просто унаследованных последовательностей самих генов," сказал Аллан Джонс, главный исполнительный директор Института исследований мозга Аллена. "Наши результаты показывают, что генетический фон – конкретная смесь вариантов генов, составляющих индивидуальный геном – может влиять на то, как регулируется активность данного гена и где он выражается."
Взятые вместе, данные исследования демонстрируют, что более близкие генетические родственники демонстрируют меньше различий в паттернах экспрессии генов, тогда как более дальние родственники демонстрируют большую вариабельность. Интересно, что исследователи обнаружили, что вариации экспрессии между генетическими штаммами с большей вероятностью будут обнаружены в областях мозга, которые развились совсем недавно. Эти области чаще всего связаны с функциями более высокого порядка, такими как познание, социальное поведение, обучение и память.
"Это исследование показывает, как можно использовать крупномасштабные наборы данных для выявления фундаментальных биологических закономерностей, которые в противном случае были бы упущены," сказал Джонс. "Вероятно, что многие важные различия между людьми и видами могут быть результатом сочетания множества небольших, но явных различий в экспрессии генов."
Джонс добавил, "Наш текущий проект Allen Human Brain Atlas, который предоставит данные об экспрессии генов в головном мозге нескольких доноров, поможет исследователям перевести эти результаты с модели на животных в человеческую систему."