Казанцева А.В., Хуснутдинова Э.К. В чем причина наших различий в темпераменте и характере: роль генов и средовых факторов Монография подготовлена в рамках поддержанного РГНФ научного проекта №15-46-93051 1 Содержание Предисловие………………………………………………………………………… 4 1. Понятие личности. Темперамент и характер……………………………….. 6 2. Психобиологические модели личности………………………………………. Психобиологическая модель личности С.Р.Клонинджера…………………. «Большая пятерка» или пятифакторная модель личности………………. 7 7 11 3. Что могут «предсказать» свойства личности?………………………………. Личностные качества как предикторы развития психических расстройств и состояний………………………………………………………... Личностные качества как предикторы жизненного успеха и профессиональной деятельности……………………………………………….. Личностные качества как предикторы спортивных достижений и выбора спортивной деятельности……………………………………………... 12 4. Основные методы, используемые в психогенетических исследованиях… Метод приемных детей…………………………………………………………… Близнецовый метод………………………………………………………………… Популяционный метод…………………………………………………………….. Генеалогический метод…………………………………………………………… 16 16 16 16 17 5. Нейробиологические предпосылки различий в личностных свойствах… Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ)…………... Позитронно-эмиссионная томография……………………………………….. 19 6. Наследуемость темперамента и характера в ряду поколений……………. 6.1. Носитель наследственной информации – ДНК………………………... 6.2. Отличия в структуре ДНК между людьми и к чему они приводят. Мутации и полиморфные локусы………………………………………... 6.3. Роль эпигенетики (наследуемых изменений, не закодированных в ДНК) в изменении уровней синтезируемых белков……………………. 27 7. Роль генетических факторов в формировании индивидуальных различий в личностных качествах……………………………………………… 7.1. Подходы к изучению генетических факторов………………………….. 7.2. Вовлеченность генов в формирование различий в темпераменте и характере между людьми………………………………………………… 7.2.1. Гены серотониновой системы мозга…………………………………… 7.2.2. Гены дофаминовой системы мозга……………………………………... 7.2.3. Гены норадреналиновой системы мозга……………………………….. 7.2.4. Гены ГАМК-системы………………………………………………………. 7.2.5. Гены глутаматной системы……………………………………………... 7.2.6. Гены гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы………. 7.2.7. Гены половых гормонов и их рецепторов……………………………… 7.2.8. Гены системы нейротрофического фактора………………………… 7.2.9. Гены нейрексинов…………………………………………………………… 7.2.10. Гены циркадного ритма………………………………………………….. 7.2.11. Гены иммунной системы………………………………………………… 2 12 13 14 19 24 27 29 30 34 35 38 40 52 64 64 70 78 84 87 94 98 102 7.3. Результаты полногеномных анализов ассоциаций и ген-средовых взаимодействий……………………………………………………………. 7.4. Результаты полногеномных анализов сцепления……………………… 7.5. Эпигенетическое регулирование работы генов………………………… 7.6. Проблема потерянной наследуемости………………………………….. 8. Роль средовых факторов в формировании различий в темпераменте и характере…………………………………………………………………………….. 8.1. Гендерные различия в личностных чертах……………………………... 8.2. Культурные и популяционные различия в личностных чертах……… 8.3. Влияние статуса курения на вариации личностных черт…………… 8.4. Влияние стиля родительского воспитания на вариации черт личности…………………………………………………………………….. 8.5. Влияние сезона и порядка рождения на вариации черт личности…... 8.6. Влияние солнечной активности на вариации черт личности……….. 9. Межгенные и ген-средовые взаимодействия………………………………… 9.1. Роль ген-средовых взаимодействий в межиндивидуальных вариациях черт личности……………………………………………………………… 9.2. Роль межгенных взаимодействий в межиндивидуальных вариациях черт личности……………………………………………………………… 108 111 114 119 121 121 123 125 125 126 129 131 131 133 10. О чем говорят полученные данные? Генетический паспорт и предиктивная медицина………………………………………………………… 135 Заключение………………………………………………………………………….. 137 Приложение. Условные обозначения и сокращения………………………….. 139 3 Предисловие «...когда встречаются идеи с характером, то возникают явления, которые изумляют мир в течение тысячелетий.» В. Гёте «…Донор тоже не шиз — Раздавать свою жизнь. Жизнь одна — не бездонный парсек. Почему же он смог Дать ему костный мозг? Потому что он — человек…» А. Вознесенский Что делает нас людьми? Что такое личность? Как достичь зрелой личности? И что или кто руководит процессами, происходящими в нашем мозге? Сможет ли искусственный интеллект овладеть и использовать весь спектр эмоциональных состояний, которые способен переживать человек? Ответы на эти и другие вопросы мы постараемся раскрыть в этой монографии. Как часто мы слышим из средств массовой информации и сами используем в повседневной жизни выражения, подобные: «у него есть характер» или «этот человек с характером». Дело в том, что мы подсознательно выделяем людей с заданным набором психологических свойств, играющих в нашем восприятии важную роль, и нарекаем их как «люди с характером». На самом же деле, конечно, у каждого человека есть и темперамент и характер, только он у каждого свой, отличающийся от темперамента и характера других людей набором определенных свойств (которые мы будем называть свойства личности, а в англоязычной литературе их можно встретить под названием «personality traits»). В рамках данной монографии мы рассмотрим, в чем же состоят различия между темпераментом и характером, и как оба эти понятия соотносятся с понятием «личность». А для того, чтобы не субъективно, а объективно оценить, какой же характер и темперамент у того или иного человека, используют универсальные психологические опросники, которые сначала разрабатывают, а потом и апробируют на больших выборках, состоящих из людей из абсолютно разных стран. Поскольку на протяжении многих десятков лет прошлого столетия ученые старательно выясняли и продолжают выяснять предпосылки формирования наших с вами различий в свойствах личности, связанных с наследственными факторами, то основная часть этого научно-популярного труда будет посвящена именно генетическим аспектам (глава 6). Рассмотрим, что определяет индивидуальный набор генов, и можем ли мы както повлиять на нашу наследственность, чтобы скорректировать свой темперамент и 4 достигнуть определенного набора желаемых свойств. Конечно, мы нисколько не умаляем роль событий, происходящих с нами в течение всей жизни, и даже в пренатальном периоде (т.е. задолго до нашего рождения), в становлении нашего темперамента и характера (чему посвящена отдельная глава 7). И очень хотелось бы донести до читателя современные достижения и направления в области психогенетики, которые находятся на стыке взаимодействия двух основополагающих факторов в формировании различий в наших темпераментах: генетическом и средовом. Пойдем дальше и расскажем о тех молекулярных событиях, которые «запускаются» конкретными средовыми факторами задолго до нашего рождения или в первые месяцы нашей жизни и которые приводят к стабильным изменениям в функционировании генов, т.е. затронем механизмы эпигенетической регуляции, изучение которой приобрело особую популярность и значимость в последние годы. И, в заключение, расскажем о том, что дают нам полученные данные и какие «секреты» нашей индивидуальности они раскрывают. Данное исследование стало возможным благодаря гранту, поэтому публикация подготовлена в рамках поддержанных РГНФ научных проектов №15-46-93051 и 13-0600583. 5 1. Понятие личности. Темперамент и характер. Для того, чтобы охарактеризовать различия в эмоциональной, двигательной и когнитивной (т.е. связанной с познанием) активности, специалисты разных областей ввели понятие темперамент, который в соответствии с различными теориями можно разделить на несколько основополагающих свойств. Однако, свойства темперамента в чистом виде могут быть диагностированы только у младенцев, поскольку (как будет раскрыто далее) становление темперамента происходит под влиянием как наследственных, так и средовых факторов. Причем, последние, по понятным причинам, усложняют детекцию роли наследственного компонента в формировании темперамента с течением жизни индивида. В связи с этим, во взрослом возрасте психологи для характеристики динамических особенностей психической деятельности человека предпочитают использовать понятие личностных свойств. В данной монографии мы также будем придерживаться использования термина «свойства личности». Согласно психобиологическим моделям, индивидуальные свойства личности включают в себя свойства темперамента и характера 1. При этом темперамент определяют как совокупность наследственных свойств, рано проявляющихся в онтогенезе (т.е. в процессе индивидуального развития человека), в то время как свойства характера представляют ценности и цели, формирующиеся в процессе индивидуального развития и социокультурного обучения. Личность и темперамент связаны между собой таким образом, что темперамент выступает в качестве биологического фундамента, на котором формируется личность как социальная единица. Иными словами, темперамент – это качество личности, сформировавшееся за счет личного опыта человека на основе генетической обусловленности его типа нервной системы и в значительной мере определяющее стиль его деятельности2. К настоящему времени существует большое число различных теорий и концепций темперамента и личности, которые связывают личностные свойства с биологическими характеристиками человека, в частности, с особенностями функционирования центральной нервной системы, о чем речь пойдет в следующих главах этой монографии. 1 C. R. Cloninger, D. M. Svrakic, T. R. Przybeck. A psychobiological model of temperament and character // Arch. Gen. Psychiatry. – 1993. – V. 50. – P. 975-990. 2 Платонов К.К. Краткий словарь системы психологических понятий // М.: Высшая школа. – 1984. – С. 156. 6 2. Психобиологические модели личности Для того, чтобы каким-то образом оценить личность человека и разложить ее на составляющие компоненты, психобиологические модели. специалисты Несмотря в на области психогенетики большое количество используют различных психологических моделей (например, многие из нас еще в школе проходили психологическое тестирование с помощью опросника Г. Айзенка, позволяющего выявить уровень нейротизма/эмоциональной устойчивости и экстраверсии/интроверсии), не все из них одинаково популярны и применимы для использования в научных исследованиях. Наиболее часто используемыми в психогенетических исследованиях в настоящее время являются две модели: психобиологическая модель личности С.Р. Клонинджера3 и пятифакторная модель личности или так называемая «Большая пятерка»4. Основу первой модели представляют биологические механизмы, контролирующие определенный уровень белков – нейромедиаторов. Эти белки участвкуют в передаче нервных сигналов в головном мозге и контролируют протекание в нем различных процессов (в т.ч. и наше поведение). «Большая пятерка», наоборот, была создана на основании факторного анализа – статистического метода, позволяющего разложить какую-либо структуру на необходимо минимальное число компонентов, и изначально не предусматривала взаимосвязь с биологическими процессами, лежащими в основе становления нашего стиля поведения. Несмотря на различия в подходах, на основании которых обе модели были созданы, отдельные свойства, оцениваемые с помощью этих моделей, коррелируют друг с другом. К таким основным двум свойствам, выделяемым всеми моделями личности, относятся уровень тревожности (эмоциональной неустойчивости или нейротизма) и степень необходимости социальных контактов (экстраверсия). Стоит отметить, что свойства личности, оцененные обеими моделями, являются наследуемыми (40-60%), причем показатель наследуемости варьирует для каждого отдельного свойства личности в разной степени. Психобиологическая модель личности С.Р.Клонинджера По результатам лонгитюдных (т.е. проводившихся на протяжении заданного периода времени с повторным анализом) близнецовых и семейных исследований (об этих методах речь пойдет в главе 3), нейрофармакологических и нейрофизиологических 3 Cloninger C.R., Svrakic D.M., Przybeck T.R. A psychobiological model of temperament and character // Arch Gen Psychiatry. - 1993. – V. 50. – P. 975–990. 4 Costa P.T.,Jr. and McCrae R.R. Revised NEO Personality Inventory (NEO-PI-R) and NEO Five-Factor Inventory (NEO-FFI) manual. Odessa, FL: Psychological Assessment Resources, 1992. 7 данных С. Робертом Клонинджером была создана психобиологическая модель личности13. Теоретическая часть методики базируется на общей биосоциальной концепции личности. Теория общей биосоциальной модели личности развивалась по пути совместного изучения, с одной стороны, биологически заданных, а с другой, – социально обусловленных характерных черт личности. Для «измерения» свойств личности используют психологические опросники Tridimensional Personality Questionnaire (TPQ) и Temperament and Character Inventory (TCI). Первоначально предложенная модель (TPQ) позволяла оценить только три независимых друг от друга измерения темперамента, в то время как модифицированная модель (TCI) выделяет четыре его свойства. Согласно биосоциальной теории Клониджера, особенности личности могут быть оценены по двум направлениям: анализ врожденных особенностей темперамента и анализ социально обусловленных черт характера. Причем, эти четыре особенности темперамента не только генетически обусловлены, но еще и гомогенно независимы друг от друга. Другими словами, своеобразие любого из четырех факторов темперамента генетически обусловлено и независимо от трех других. При изучении ответных реакций на изменения среды сначала на животных, а потом и на человеке Роберт Клонинджер пришел к выводу, что функциональное взаимодействие этих факторов ведет к образованию различных моделей поведения в ответ на какое-либо внешнесредовое воздействие. Причем, что очень важно, комбинация крайне высоких или крайне низких показателей по этим четырем шкалам содержательно связана с описаниями личностных расстройств, а средние показатели – с описанием структурных особенностей темперамента здоровых людей. Несмотря на то, что каждое свойство личности имеет «говорящее о себе» название, остановимся на них более подробно. Итак, свойства темперамента, которые являются в большей степени, чем свойства характера, генетически детерминированными, включают: 1. Поиск новизны 2. Избегание ущерба 3. Зависимость от вознаграждения 4. Настойчивость «Поиск новизны» (от англ. Novelty seeking) отражает готовность к активизации исследовательского поведения в ответ на новизну стимулов. Испытуемые с высоким поиском новизны не терпимы к рутине и постоянно затевают какие-либо начинания. Однако их действия неупорядочены и не имеют четко выраженной целенаправленности. В общении с другими они легко возбудимы, часто конфликтуют, легко обижаются, но также быстро отходят от обиды. Общаясь, предпочитают говорить, а не слушать собеседника. 8 Свободное время проводят в экстравагантных приключениях, часто с криминальным уклоном и с риском для собственной жизни. И поскольку они неспособны сдерживать своих желаний, то часто и необоснованно тратятся, потакая своим прихотям. «Избегание ущерба» (от англ. Harm Avoidance) - унаследованное стремление к угнетению или полному прекращению ведущей деятельности из-за необоснованных опасений даже в самых обыденных обстоятельствах. В общении с чужими незнакомыми людьми испытывают повышенное излишнее беспокойство. В итоге это тормозит социальную активность, заставляя замыкаться на себе и своем внутреннем мире. Повышенная утомляемость приводит к тому, что они долго восстанавливают тонус, а плохая приспособляемость к изменениям и новшествам не способствует быстрому восстановлению из болезненного состояния и стресса. «Зависимость от вознаграждения» (от англ. Reward Dependence) - сохранение и дальнейшее поддержание избранного стиля поведения, характеризует открытость людям и зависимость от похвалы со стороны других. Повышенная потребность в похвале и одобрении со стороны окружающих ведет к чрезмерной тенденции соглашаться под давлением извне. Из-за повышенной чувствительности к общественному мнению, в случае отказа или негативной оценки своих действий, у таких людей развивается интенсивное и настойчивое поведение с целью во что бы то ни стало достичь одобрения со стороны окружающих. Подобное поведение может выражаться в чрезмерной работоспособности, в совершении покупок, излишних и не нужных для собственного использования. «Настойчивость» (от англ. Persistence) - степень деятельности для достижения поставленной цели. Филогенетическое изучение поведения животных позволило Роберту Клонинджеру предположить иерархическое формирование темперамента. С его точки зрения, темперамент начал свое формирование с системы угнетения или полного прекращения поведения («избегания ущерба») (что отмечено у всех видов животных), затем добавился активный компонент («поиск новизны») у более совершенных видов и, начиная с рептилий, возникла система поддержки подкрепляемого поведения («зависимость от вознаграждения»). На биологическом уровне было выдвинуто предположение, что различия между людьми в свойствах темперамента связаны с работой так называемых нейромедиаторных систем мозга, которые участвуют в передаче сигнала от одной нервной клетки (нейрона) к другой с помощью специфических белков-посредников, которых назвали нейромедиаторами. Самыми известными из них являются серотонин, дофамин и 9 норадреналин. В связи с этим, Клонинджер с коллегами предложили гипотезу, согласно которой различия между людьми по такому свойству темперамента как «избегание ущерба» в первую очередь связано с активностью серотониновой системы мозга, участвующей в ингибировании поведения. Различия в «поиске новизны» определяются генетически заданными параметрами функционирования дофаминовой системы мозга, основной функцией которой является передача возбуждающих импульсов. В свою очередь, различия по шкале «зависимость от вознаграждения» являются следствием «работы» норадреналиновой системы, вовлеченной в когнитивные процессы. Однако впоследствии все оказалось не так просто…Забегая вперед, скажем, что на основании проведенных многочисленных экспериментов ученые все чаще стали приходить к заключениям, что все три системы (а также много других, функционирующих в мозге человека) совместными действиями определяют формирование различий в свойствах темперамента между людьми, причем в этих сложных биологических процессах принимают участие одинаковые гены, но разные их формы (т.н. полиморфные варианты гена). Таким образом, для каждого конкретного свойства личности наличие тех или иных вариантов множества генов и является предпосылкой формирования определенного темперамента. Как будет показано дальше (см. главу 8.2), белковые продукты генов различных систем взаимодействуют друг с другом, что и определяет существование различий в свойствах темперамента друг от друга. Кроме свойств темперамента, личность включает также три свойства характера, которые, будучи также генетически детерменированными, формируются в процессе личного жизненного опыта и социокультурного обучения. Эти свойства характеризуют определение человека себя, как автономной индивидуальности, как части общества и как часть мира вообще, где все люди, вещи и явления взаимосвязаны между собой. Эти определения человека нашли свое отражение в каждой из трех шкал характера, к которым относят соответственно «самонаправленность», «сотрудничество» и «самотрансцендентность». «Самонаправленность» (от англ. Self-directedness) - самоопределение и сила воли, наличие способности к самоконтролю, саморегуляции своего поведения сообразно ситуации, в согласии с самостоятельно выбранными целями и ценностями. На позитивной стороне самонаправленности – зрелая личность, эффективный и хорошо организованный лидер, с достаточным самоуважением, не боящийся промахов и принимающий их. На другом полюсе шкалы «самонаправленность» – индивиды с низким самоуважением, обвиняющие всех и вся в своих проблемах, неуверенные в своей идентичности. 10 «Сотрудничество» (от англ. Cooperation) характеризует восприятие человеком себя как части общества и отражает социальную терпимость, эмпатию, желание быть полезным другим и способность выражать сострадание. Люди с высокими значениями по этой шкале с пониманием относятся к чувствам окружающих, готовы оказать помощь другим в достижении их целей, не имея при этом какого-либо своего эгоистичного доминирования. Сниженный показатель сотрудничества заметен в стремлении видеть лишь враждебность в окружающем мире и отчуждаться от него. «Самотрансцендентность» (от англ. Self-transcendence) связана с общей духовной жизнью человека и характеризует чувство неотъемлемости от всеобщего мироздания, а также степень религиозности и/или веры в существование высших сил. Хочется еще раз отметить, что именно свойства характера определяют степень «зрелости личности», а в случае ее отсутствия становится высоким риск развития психических расстройств. «Большая пятерка» или пятифакторная модель личности В результате факторного и кластерного анализов американскими психологами П. Коста и Р. МакКрэй в 1992 году была создана пятифакторная модель личности5 (или как ее называют иначе «Большая пятерка» от англ. Five factor model of personality), на основании которой был разработан личностный опросник NEO PI (аббревиатура в названии расшифровывается как «нейротизм», «экстраверсия», «открытость» - с англ. Neuroticism, Extraversion, Openness). Данная модель позволяет оценить пять основных черт: «нейротизм» (склонность человека к отрицательным эмоциям, депрессии), «экстраверсию» (черта, благодаря которой человек испытывает положительные эмоции, хорошо чувствует себя в социуме и думает об окружающих в позитивном свете), «доброжелательность» (способность уживаться с другими людьми, приятность в общении, сговорчивость), «добросовестность» дисциплинированности), «открытость (степень опыту» осторожности, (показывает, скрупулезности, насколько человек оригинален, открыт для всевозможных стимулов, насколько широк круг его интересов, и насколько он готов к риску). Черты «Большой пятерки» универсальны: их можно использовать для описания личности человека независимо от его возраста, пола, расы, этнической принадлежности, религии, социально-экономического уровня или страны проживания. 5 Costa P.T.,Jr. and McCrae R.R. Revised NEO Personality Inventory (NEO-PI-R) and NEO Five-Factor Inventory (NEO-FFI) manual. Odessa, FL: Psychological Assessment Resources, 1992. 11 3. Что могут «предсказать» свойства личности Личностные качества как предикторы развития психических расстройств и состояний В настоящее время изучение предпосылок формирования различий в психологических свойствах невозможно без обращения к данным, полученным у людей с крайне выраженными (акцентуированными) свойствами своей личности. Такие акцентуированные свойства характерны, в частности, для пациентов с психическими нарушениями. Интересно, что большое значение имеют именно социально обусловленные шкалы (черты характера), поскольку могут выявить существование определенных сложностей в адаптации к жизни в обществе и способность преодоления психического расстройства6. Многочисленные исследования черт личности у индивидов с психическими расстройствами выявили более-менее повторяющийся профиль личности, характерный для разных психопатологий, включая депрессию и шизофрению, суицидальное поведение и излишнюю агрессивность, алкогольную зависимость и много других. Основными предикторами большинства личностных расстройств являются повышенный «поиск новизны» (т.е. стремление к новым впечатлениям, к риску) и «избегание ущерба» (т.е. уровень излишней тревожности), пониженная «зависимость от вознаграждения» (т.е. необходимость одобрения со стороны общества или отдельных людей) в сочетании с «незрелым» типом характера (низкой «самонаправленностью», «сотрудничеством» и «самотрансцендентностью»)7. Согласно Г. Айзенку, высокие показатели по экстраверсии и нейротизму соответствуют психиатрическому диагнозу истерии, а высокие показатели по интроверсии и нейротизму – состоянию тревоги или реактивной депрессии8. Основные виды психических расстройств и характерный для них психологический профиль показаны в Таблице 1. 6 Malykh, S.B. Behavior Genetics in Context in Russian Psychology // In.: Psychology in Russia: State of the art. Eds. Y.Zinchenko, V.Petrenko. - Moscow: MSU. – 2011. – V. 4. – P.108-129. 7 C.R. Cloninger, N.M. Svrakic, D.M. Svrakic. Role of personality self-organization in development of mental order and disorder // Dev Psychopathol. – 1997. – V. 9. – P. 881-906. 8 H.J. Eysenck, S.B.C. Eysenck. Manual of the Eysenck Personality Questionnaire // London: Hodder and Stoughton, - 1975. 12 Психопатологии ПН ИУ ЗВ Н СН СТ С Алкогольная ↓ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ зависимость I типа Алкогольная ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↓ зависимость II типа Наркотическая ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ зависимость Никотиновая ↑ ↑ ↓ ↓ зависимость Шизофрения ↓ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ Суицидальное ↑ ↑ ↓ ↓ поведение СДВГ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ Депрессия ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ Аутизм ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ Биполярное ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ расстройство Таблица 1 – Психологический профиль личности для различных психопатологий Примечание. ПН - Поиск новизны, ИУ - Избегание ущерба, ЗВ - Зависимость от вознаграждения, Н - Настойчивость, СН - Самонаправленность, СТ – Самотрансцендентность, С -Сотрудничество. Стрелки обозначают повышение или понижение свойства личности (оцененное с помощью опросника Temperament and Character Inventory, TCI), характерное для лиц с данным психическим расстройством. Личностные качества как предикторы жизненного успеха и профессиональной деятельности Индивидуальные свойства личности отражаются в предпочтении различных сфер профессиональной деятельности, в академической успеваемости, эффективности когнитивных процессов, благополучии, рисковом поведении, семейной стабильности и удовлетворенностью жизнью9. Кроме того, индивидуальные свойства личности могут «предсказать» склонность к частой смене работы, карьерный рост, наличие лидерских качеств и возможности получать удовлетворение от выполняемой работы10. Какие же из личностных свойств могут определять склонность к определенному роду деятельности? Чтобы ответить на этот вопрос, были проведены исследования индивидов, занятых в различных сферах деятельности. Например, выбор будущего рода занятий в пользу такой узкой области медицины как хирургия определяется наличием выносливости и способности быстро принимать решения, а также низкой реактивностью эмоциональной 9 L.De Beaumont, A. J. Fiocco, G. Quesnel, S. Lupien, J.Poirier. Altered declarative memory in introverted middleaged adults carrying the BDNF val66met allele //Behavioural brain research. – 2013. – V. 253. – P. 152-156. 10 Nieß C., Zacher H. Openness to experience as a predictor and outcome of upward job changes into managerial and professional positions // PLoS One. – 2015. – V. 10(6). – P. e0131115. 13 сферы11. В то же время, желание проявить себя на руководящих должностях и в менеджменте часто наблюдается у людей с высокой «открытостью к опыту»7. Стремление связать свою будущую карьеру с военной службой и милицией характерна для людей гипертимного типа (т.е. обладающих повышенной психической активностью, оптимизмом, жизнерадостностью, инициативностью, предприимчивостью, лидерством) с минимальным уровнем депрессии и раздражительности12. Еще в 1991 году Barrick и Mount13 провели мета-анализ – особый статистический метод, основанный на результатах 117 работ, оценивающих личностные характеристики у людей различных профессий. В общем виде им удалось заключить, что люди с высокой экстраверсией (т.е. открытостью, стремлением к социальным контактам) хорошо зарекомендовали себя в областях, связанных с менеджментом, маркетингом и продажами. Однако, совсем неважным является, насколько человек экстравертирован или интровертирован, если в его работе главное - не общение с людьми, а приобретенные навыки и умения. В то же время, для профессиональной деятельности, требующей определенных умений, существенным выступает уровень эмоциональной неустойчивости (т.е. нейротизма), и, чем он выше, тем больших успехов в профессии можно достигнуть. Личностные качества как предикторы спортивных достижений и выбора спортивной деятельности Неудивительно, что свойства личности отражают успешность деятельности человека в разных сферах, включая и успехи в спорте. Успешность спортивной деятельности в значительной степени обусловлена тем, насколько выбранный человеком вид спорта соответствует его склонностям, интересам, способностям и психофизиологической структуре личности, в особенности14. Выбор вида спортивной деятельности происходит в соответствии с личностными характеристиками: например, лица с высокой активностью, избытком энергии, жизнерадостностью и оптимизмом чаще предпочитают игровые виды спортивной деятельности, лица же со склонностью к некоторой театральности в поведении – художественную гимнастику, акробатику и др. Как отмечает В.А. Сальников, существуют типологические особенности в проявлении свойств нервной системы для 11 Pawełczyk A.M., Kotlicka-Antczak M.Z., Chmielińska A., et al. Temperament traits and preference for surgical or nonsurgical specialties in year 6 medical students // Teach Learn Med. – 2014. – V. 26(4). – P. 387-392. 12 Maremmani I., Maremmani A.G., Leonardi A., et al. Temperamental traits and results of psychoaptitude tests in applicants to become a cadet officer in the Italian Navy // J Affect Disord. – 2013. – V. 150(2). – P. 634-638. 13 Barrick M. and Mount M. The Big Five Personality Dimensions and Job Performance: A Meta- Analysis // Personnel Psychology. – 1991. – V. 44. – P. 1- 26. 14 Сальников В.А. Индивидуальные различия в системе спортивной деятельности: Монография. – Омск: СибАДИ, 2003. – 262 с. 14 каждого вида спорта. Например, тяжелоатлеты характеризуются слабой нервной системой по возбуждению, устойчивостью к монотонной деятельности. Боксеров, фехтовальщиков и легкоатлетов-спринтеров характеризует средняя сила нервной системы, подвижность нервных процессов, преобладание возбуждения над торможением. Для мотогонщиков характерна решительность, склонность к риску; большая сила нервной системы и подвижность возбуждения. Занятие техническими видами спорта (гимнастикой, легкой атлетикой, прыжками в высоту и с шестом) предполагает инертность нервных процессов. Таким образом, типологические особенности нервной системы определяют психологический профиль личности, что сказывается на выборе и успешности в конкретной спортивной деятельности. 15 4. Основные методы, используемые в психогенетических исследованиях Метод приемных детей Одним из наиболее используемых в психогенетике методов является метод приемных детей. Дело в том, что все мы являемся носителями генетической информации, полученной от наших родителей, т.е. наша схожесть в поведении или склонности к развитию какой-либо психической патологии с нашими биологическими родителями определяется полученными «в наследство» генами. С другой стороны, случается, что ребенок воспитывается в приемной семье. Тогда его схожесть по психологическим и психическим признакам с приемными родителями будет являться результатам влияния одинаковых средовых факторов между ребенком и его приемными родителями. Интересующий признак изучается попарно (ребенок – биологический родитель, ребенок – приемный родитель). И, чем раньше ребенок отделен от своих биологических родителей и передан в приемную семью, тем больше вероятность выявить роль средовых факторов в развитии признака. И, наоборот, чем больше схожесть в проявлении определенных психических признаков между ребенком и его биологическими родителями при воспитании в приемной семье, тем более значимую роль играют в данном вопросе гены. Близнецовый метод В основе близнецового метода лежит полное генетическое сходство между монозиготными (однояйцевыми) близнецами, в то время как дизиготные (двуяйцевые) близнецы имеют различные генотипы (по своему генному набору аналогичны обычным братьям и сестрам с той только разницей, что родились одновременно). Ученые изучают психологические характеристики у монозиготных и дизиготных близнецов. Чем больше схожести в признаке между монозиготными близнецами по сравнению с дизиготными, тем больше конкордантность признака, т.е. развитие признака обусловлено генами. И наоборот, чем больше различий по определенному признаку у дизиготных близнецов, тем более существенную роль играют средовые факторы в его формировании (тогда говорят о дискордантности). Существенное ограничение этого метода состоит в том, что сходство психологических признаков у монозиготных близнецов может иметь и негенетическое происхождение. Популяционный метод С помощью популяционного метода возможно изучать распространение отдельных генов или хромосомных аномалий в человеческих популяциях. При этом выборка 16 испытуемых должны быть репрезентативной, т.е. достаточно большой, позволяющей использовать методы статистической обработки для «идеальной» популяции, чтобы экстраполировать полученные результаты на популяцию в целом. Однако, различия в психологических свойствах определяются не только различиями в частотах аллелей и генотипов по определенному набору полиморфных локусов (о чем пойдет речь в главе 5), но также и социальными обычаями, традициями, методами воспитания, культурными ценностями и другими важными факторами. Поэтому этот метод может быть применим только совместно с другими. Генеалогический метод Генеалогический метод – метод исследования семей, родословных, который использовался Ф. Гальтоном при написании книги «Наследственный гений». Этот подход позволяет исследовать сходство между родственниками в разных поколениях. В основе использования этого метода служит следующее положение: если некоторый признак является наследственным и кодируется в генах, то, чем ближе родство, тем выше сходство между людьми по этому признаку. Поэтому в генеалогическом методе обязательно используется информация о родственниках первой степени родства (родителей и сиблингов: братьев и сестер), поскольку считается, что они имеют в среднем 50% общих генов. Чем дальше отстоят друг от друга поколения, тем меньше сходства должно проявляться в изучаемых психологических признаках. Однако сходство поколений по психологическим признакам может объясняться не только генетической их передачей, но и социальной преемственностью. В генеалогическом методе составляются специальные схемы родословных, в которых используют особые обозначения (рис. 3.1.). Рис. 3.1. Условные обозначения, используемые в генеалогическом методе. 17 Одним из известных примеров передачи психического расстройства – шизофрении – в нескольких поколениях семьи из Швеции представлен на рис. 3.2. Рис. 3.2. Пример родословной, включающей восемь поколений жителей небольшой деревни в северной Швеции, с передаваемыми шизофренией и умственной отсталостью в ряду поколений. Источник: Book, Wettergren, Modrzewska (1978)15. Конечно, ни один из психогенетических методов не дает возможности получить полную информацию о генах и средовых факторах, детерминирующих формирование того или иного психического признака. Поэтому использование нескольких подходов представляется более выгодным для получения информации о роли наследственности и среды. 15 Book J.A., Wetterburg L. and Modrzewska K. Schizophrenia in a North Swedish geographic isolate, 1900–1977 // Clin Genet. – 1978. – V. 14. - P. 373–394. 18 5. Нейробиологические предпосылки различий в личностных свойствах В настоящее время наука и достижения в области компьютерной техники значительно шагнули вперед, позволив разработать и использовать методы нейровизуализации мозга для диагностики различных психических нарушений, включая шизофрению, деменции (ухудшение работы памяти), аутизм, эпилепсию, депрессию и многие другие. Неудивительно, что формирование психопатологий сопряжено с изменениями, затрагивающими обширные области головного мозга. Но можно ли какимлибо образом распознать изменения в поведении и свойствах личности психически здорового человека? Оказывается, да. На помощь ученым пришли современные методы диагностики изменений функционального состояния активности клеток головного мозга, к которым относятся функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), электроэнцефалография (ЭЭГ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и другие. Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) МРТ - это диагностическая процедура, в основе которой лежит эффект ядерномагнитного резонанса. Под действием магнитного поля протоны (положительно заряженные ядра водорода) в живых тканях способны переходить на более высокий энергетический уровень, а затем возвращаться в исходное состояние, что сопровождается выделением энергии. Эта измеренная энергия преобразуются в картинку, отображаемую на мониторе. Одной из разновидностей МРТ является функциональное МРТ (фМРТ), принцип которого основан на взаимосвязи интенсивности кровоснабжения мозга с его нейрональной активностью, т.е. чем более активна та или иная область мозга в ответ на нервную деятельность, тем больше кислорода она и потребляет. Причем, контрастность изображения определяется степенью насыщения крови кислородом16. Таким образом, фМРТ может быть использована для получения изображения об активных и неактивных регионах мозга, участвующих в тех или иных психических процессах. Большинство фМРТ томографов дают возможность производить действия типа нажатия кнопки или движения джойстиком, что позволяет исследовать активность головного мозга в ответ на определенные предъявляемые стимулы. Примером таких стимулов могут быть фотографии вкусной еды и приятные запахи. Такие стимулы были использованы для проведения фМРТ сканирования участков головного мозга у здоровых людей, у которых оценивали уровень «открытости к опыту» и остальных четырех черт 16 . S. Ogawa, T. M. Lee, A. R. Kay, and D. W. Tank. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation // Proc Natl Acad Sci U S A. – 1990. – V. 87(24). – P. 9868–9872. 19 личности согласно опроснику «Большая пятерка». Причиной того, что ученых заинтересовало именно такое свойство личности как «открытость опыту», является то, что оно отражает стремление индивида к новизне и творчеству, и даже может быть рассмотрено как движущая сила эволюции человека. В результате эксперимента оказалось, что чем больше у человека «открытость к опыту», тем сильнее происходит активация области вентральной покрышки, содержащей большое количество дофаминовых нейронов, и дорсолатеральной префронтальной коры17. Последняя является ключевым регионом, участвующим в кодировании, сохранении и обновлении информации, связанной с адаптивным поведением. Повышенная активность в том же регионе мозга – левой дорсолатеральной префронтальной коре – была также характерна для людей с излишним чувством одиночества, которое зачастую может привести к депрессии и даже суицидальным попыткам. Причем, уровень нейротизма и экстраверсии у человека также оказывают влияние на активацию дорсолатеральной префронтальной коры вследствие чувства одиночества18. Недавно объединенной группой ученых из Дании и Англии19 было проведено фМРТ исследование, в котором каждому испытуемому, находившемуся в кольцевом магните томографа, предъявлялись фотографии, изображающими лица счастливых или, наоборот, испуганных людей. Кроме того, испытуемые (13 пар близнецов, у одного из которых когда-либо была депрессия, и 17 пар близнецов, отрицающих это состояние в своей жизни) заполняли опросники, оценивающие настроение и черты личности. В результате эксперимента обнаружилось, что у пар близнецов, один из которых испытывал депрессивные мысли, в ответ на зрительное восприятие счастливых и испуганных лиц наблюдалась повышение активности передней поясной коры (лат. dorsal anterior cingulate cortex), переднемедиальной префронтальной коры (лат. dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC)), и затылочно-теменных регионов (лат. occipito-parietal regions) по сравнению с близнецами, отрицающими в своей жизни периоды депрессии (рис. 5.1.). Таким образом, фМРТ в передне-лимбических и затылочно-теменных регионах мозга может служить диагностическим маркером для выявления людей с риском развития депрессии. 17 Passamonti L., Terracciano A., Riccelli R. et al. Increased functional connectivity within mesocortical networks in open people // Neuroimage. – 2015. – V. 104. – P. 301-309. 18 Kong X., Wei D., Li W. et al. Neuroticism and extraversion mediate the association between loneliness and the dorsolateral prefrontal cortex // Exp Brain Res. – 2015. – V. 233(1). – P. 157-164. 19 Miskowiak K.W., Glerup L., Vestbo C. et al. Different neural and cognitive response to emotional faces in healthy monozygotic twins at risk of depression // Psychol Med. – 2015. – V. 45(7). – P. 1447-1458. 20 Рис.5.1. Результаты фМРТ: активация регионов мозга в ответ на предъявление счастливых и испуганных лиц у близнецов, не имеющих депрессии в течение жизни (показаны зеленым цветом), и тех, у которых один близнец из пары сообщил о периодах депрессии (показаны желтым цветом). Эти регионы - передняя поясная кора (лат. dorsal anterior cingulate cortex), переднемедиальная префронтальная кора (лат. dorsomedial prefrontal cortex (dmPFC)) и миндалевидный комплекс (лат. amygdala). Источник: Miskowiak et al. (2015). Около 20% населения земного шара являются чувствительными к обработке сенсорной информации, которая выражается в повышенной чувствительности к средовым и социальным воздействиям. Причем, зачастую такие люди испытывают сильную зависимость от настроения окружающих. Группа американских ученых 20 задалась целью выяснить, существуют ли изменения в активности головного мозга у таких людей, что было оценено с помощью предъявления испытуемым фотографий знакомых людей и незнакомцев, выражающих различные эмоциональные состояния: положительные, отрицательные и нейтральные. По результатам фМРТ эксперимента оказалось, что положительно-предъявляемые эмоции вызывали активацию регионов мозга, вовлеченных в интеграцию сенсорной информации, эмпатию и планирование действий (к этим регионам мозга относятся поясная извилина, кора «островка», нижняя фронтальная извилина, средняя темпоральная извилина). Что касается двух основных свойств личности – экстраверсии и нейротизма - то мировое научное сообщество заинтересовалось выяснением взаимосвязи между этими характеристиками поведения человека и количеством серого вещества в различных отделах мозга. В большинстве своем ученые пришли к выводам, что у экстравертов наблюдается больший объем медиальной орбитофронтальной коры и миндалевидного комплекса21 (см. рис. 5.2.). И наоборот, у людей с повышенным уровнем нейротизма 20 Acevedo B.P., Aron E.N., Aron A. et al. The highly sensitive brain: an fMRI study of sensory processing sensitivity and response to others' emotions // Brain Behav. – 2014. – V. 4(4). – P. 580-594. 21 Cremers H., van Tol M.J., Roelofs K. et al. Extraversion is linked to volume of the orbitofrontal cortex and amygdala // PLoS One. – 2011. – V. 6(12). – P. e28421. 21 объемы вышеперечисленных отделов мозга значительно ниже. В частности, такие результаты были получены при исследовании людей с паническим расстройством с помощью фМРТ22, демонстрирующих высокий уровень эмоциональной неустойчивости. Однако, недавно было предложено использовать в качестве диагностического критерия не объем серого вещества и коры головного мозга, а площадь поверхности и толщину коры23. Такой подход был применен в эксперименте, проведенном у 204 близнецовых пар, прошедших психологическое тестирование для определения уровня позитивных и негативных эмоций, а также фМРТ сканирование. При учете индивидуальных особенностей внутричерепного объема были подтверждены положительные корреляции объема левой части миндалевидного комплекса и экстраверсии. В то же время, учет средней толщины коры позволил выявить, что, чем больше толщина левой части медиальной орбитофронтальной коры, тем у человека будет выше уровень нейротизма (рис. 5.2.). Рис. 5.2. Анатомическая локализация левой части миндалевидного комплекса (лат. left amygdala) и левой части медиальной орбитофронтальной коры (лат. left medial orbital frontal cortex) в мозге человека. Источник: Lewis et al. (2014)23. Одной из важных психологических характеристик является уровень импульсивности, поскольку повышение этого показателя зачастую связано с развитием многих психических расстройств. Изучение этого свойства личности заинтересовало ученых из Центра Когнитивных Нейронаук в Австрии в свете его взаимосвязи с активацией орбитофронтальной коры мозга (играющей ключевую роль в контроле над импульсами, в поддержании психологической установки, наблюдении за текущим 22 Kotov R., Gamez W., Schmidt F., Watson D. Linking“big”personality traits to anxiety, depressive, and substance use disorders: a meta-analysis // Psychol. Bull. – 2010. – V. 136. – P. 768–821. 23 Lewis G.J., Panizzon M.S., Eyler L. et al. Heritable influences on amygdala and orbitofrontal cortex contribute to genetic variation in core dimensions of personality // Neuroimage. – 2014. – V. 103. – P. 309-315. 22 поведением и выработке социально приемлемого поведения) и полосатого тела (стриатума – отдела мозга, при повреждении которого наблюдается дефицит нейромедиатора дофамина). Для этого ученые просили испытуемых – психически здоровых людей поучаствовать в игре, в которой необходимо было сделать выбор в отношении денежного вознаграждения: получить 3 евро в настоящий момент, либо 10 евро через пять дней. После этого испытуемого помещали в МРТ-сканер и оценивали уровень активности кандидатных регионов мозга. В ходе эксперимента было выявлено, что люди, которые из двух предложенных вариантов склонялись к получению небольших денег, но в данный момент времени (что является в этом эксперименте мерой импульсивности), имели больший объем серого вещества в полосатом теле по сравнению с теми испытуемыми, которые предпочитали подождать, но получить больше24. Способность сопереживать другим людям и ощущать их эмоции является важным компонентом при социальных контактах. Эта способность также характерна для людей с высоким уровнем экстраверсии и доброжелательности по отношению к другим. Однако, существуют ли нейробиологические характеристики, с помощью которых можно идентифицировать таких людей? В 2015 году в журнале Plos One были опубликованы результаты исследования, проведенного на 50 здоровых людях25. Испытуемым предъявлялись фотографии, на которых была изображена определенная ситуация с участием двух людей, однако лицо одного из людей было скрыто. В эксперименте испытуемым необходимо было выбрать из двух предложенных вариантов лиц тот, который наиболее подходил по эмоциональному состоянию. При этом ученые обнаружили, что люди, умеющие сопереживать другому человеку, совершали меньше ошибок в этом эксперименте, чем те, которые не хотят или не могут испытывать эмоции других людей. Причем, у «сопереживающих» людей во время выполнения задания наблюдалась повышенная активация таких регионов мозга как височно-теменная область (лат. temporoparietal junction) и медиальная префронтальная кора (лат. medial prefrontal cortex). Кроме того, способность сопереживать и понимать чувства другого человека определяется наличием так называемых «зеркальных нейронов» - особых нервных клеток, найденных в лобной, теменной и височной долях мозга. 24 Tschernegg M., Pletzer B., Schwartenbeck P. et al. Impulsivity relates to striatal gray matter volumes in humans: evidence from a delay discounting paradigm // Front Hum Neurosci. – 2015. – V. 9. – P. 384. 25 Haas B.W., Brook M., Remillard L. et al. I know how you feel: the warm-altruistic personality profile and the empathic brain // PLoS One. – 2015. – V. 10(3). – P. e0120639. 23 Позитронно-эмиссионная томография Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) измеряет выброс радиоактивно меченых метаболически активных химических веществ (лигандов), введённых в кровеносное русло. разнообразных В лигандов настоящее для время нередко картирования используются различных целые аспектов группы активности нейромедиаторов (переносчиков сигналов от одной нервной клетки к другой). ПЭТ позволяет регистрировать радиоактивность при накоплении радиоактивного лиганда в разных структурах головного мозга, которое преобразуется ввиде 2-х и 3-х мерных изображений, отражающих распределение индикатора в мозге. Преимущество в использовании ПЭТ перед МРТ заключается в том, что ПЭТ позволяет выявить активность не просто отделов головного мозга, а конкретных веществ, к которым был подобран и с которыми связывается радиоактивно-меченый лиганд. Кроме того, ПЭТ позволяет диагностировать едва заметные нарушения в метаболизме головного мозга, что невозможно увидеть с помощью МРТ. Использование ПЭТ, как и фМРТ, не ограничивается только клиническими случаями диагностики и исследования психических нарушений, но и предполагает изучение взаимосвязи между психологическими особенностями поведения человека и активности определенных химических веществ. При этом используют такой параметр как «потенциал связывания» (с англ. binding potential (BPP)). Для диагностики одной из ключевых черт личности – нейротизма проводился эксперимент, в котором здоровым людям, прошедшим психологическое тестирование, в кровоток вводился определенный меченый лиганд, связывающий рецепторы серотонина типа 1А. Оказалось, что чем выше нейротизм у людей, тем меньше потенциал связывания этих рецепторов26. Потенциал связывания другого типа рецепторов серотонина (2А) изучался у людей в зависимости от наличия у них диагноза пограничное расстройство личности, которое характеризуется излишней импульсивностью и агрессией. В результате эксперимента были обнаружены различия в связывании меченого лиганда между мужчинами и женщинами. Например, высокий уровень связывания рецепторов 2А серотонина позволяет «предсказать» повышенную импульсивность и агрессию у женщин с пограничным личностным расстройством и у мужчин без психических патологий27. Другой известной характеристикой, отражающей уровень негативной эмоциональности, является 26 «избегание ущерба». Группой Hirvonen J., Tuominen L., Någren K., Hietala J. Neuroticism and serotonin 5-HT1A receptors in healthy subjects // Psychiatry Res. – 2015. pii: S0925-4927(15)00095-5. doi: 10.1016/j.pscychresns.2015.04.007. 27 Soloff P.H., Chiappetta L., Mason N.S. et al. Effects of serotonin-2A receptor binding and gender on personality traits and suicidal behavior in borderline personality disorder // Psychiatry Res. – 2014. – V. 222(3). – P. 140-148. 24 американских ученых в 2013 году28 была предпринята попытка связать различия в показателях по данной шкале личности с уровнем α4β2 никотинового ацетилхолинового рецептора (nAChR). При этом обнаружилось, что у людей с высокой тревожностью (высоким «избеганием ущерба») присутствовало большое количество этого рецептора по сравнению с малотревожными людьми (рис. 5.3). Рис. 5.3. ПЭТ сканы в трех проекциях для лиц с низким «избеганием ущерба» (ИУ) (верхний ряд), средним ИУ (средний ряд), высоким ИУ (второй снизу ряд). Внизу показано усредненное фМРТ изображение для всех испытуемых. Источник: Storage et al. (2013)28. К одному из наиболее изучаемых психологических свойств относится агрессия, причем генетически детерминированные ее проявления в первую очередь связывают с нарушениями работы гена моноаминоксидазы А (МАОА) (кодирующего одноименный фермент, участвующий в разрушении нейромедиаторов – серотонина и дофамина). Об этом свидетельствуют не только исследования, проведенные на человеке, но и на модельных животных. В частности, у крыс низкий уровень моноаминоксидазы А коррелировал с повышенной агрессивностью и пониженным исследовательским поведением. Вследствие того, что у человека представляется затруднительным получить ткани мозга, на помощь ученым пришел метод ПЭТ, результаты которого также подтвердили, что потенциал связывания моноаминоксидазы А у человека был тем выше, чем ниже у него агрессивность и враждебность и чем выше рассудительность29. 28 Storage S., Mandelkern M.A., Phuong J. et al. A positive relationship between harm avoidance and brain nicotinic acetylcholine receptor availability // Psychiatry Res. – 2013. – V. 214(3). – P. 415-421. 29 Soliman A., Bagby R.M., Wilson A.A. et al. Relationship of monoamine oxidase A binding to adaptive and maladaptive personality traits // Psychol Med. – 2011. – V. 41(5). – P. 1051-1060. 25 Таким образом, современные методы нейровизуализации позволяют не только локализовать регион мозга, отвечающий за проявление тех или иных психологических характеристик, но и оценить в этих регионах уровень определенных химических веществ, участвующих в передаче нервного импульса, а, значит, регулирующих формирование поведения и личностных свойств. 26 6. Наследуемость темперамента и характера в ряду поколений Близнецовые, семейные исследования и метод приемных детей указывают на важность генетического компонента в формировании свойств личности. Исследования 137 близнецовых пар показали, что для монозиготных близнецов (генотип которых полностью идентичен) средняя корреляция 11 свойств личности составляла 0,55, а для дизиготных (у которых одинаковым является около 50% генома) – 0,0730. Приведенные существенные различия между монозиготными и дизиготными близнецами были объяснены склонностью родителей, которые проводили оценку темперамента своих детей, преувеличивать различия между дизиготными близнецами. Невысокие значения корреляций свойств личности у дизиготных и монозиготных близнецов объясняются тем, что биологический механизм формирования свойств личности является комплексным и зависит от условий окружающей среды. В ряде исследований были получены данные, показывающие умеренную наследуемость для черт темперамента (40-60% в близнецовых и 30% в семейных исследованиях): в частности, показатели наследуемости для экстраверсии и нейротизма составляют 50% и 40%, соответственно31. Еще в 2006 году Giuseppe Pilia совместно с группой итальянских ученых провели широкомасштабное исследование 98 различных количественных свойств у более чем 6000 жителей Сардинии32, согласно которому показатели наследуемости для свойств личности составляют до 32% (самое высокое значение было получено для шкалы «открытость к опыту», оцениваемой с помощью опросника «Большая пятерка»). 6.1. Носитель наследственной информации – ДНК Все мы получаем одну половину генов от одного родителя, а другую половину – от второго родителя. Носительство такого набора генов и определяет сходство нашего темперамента с родительским. Однако, не все так просто и однозначно. Ученые до сих пор бьются над разгадкой того, какие гены отвечают за нашу «схожесть» в поведении и темпераменте с нашими предшественниками. Дело в том, что в процессе формирования нашего поведения и темперамента участвует большое число генов (более 500), и каждый 30 Gestel S.V., Broeckhoven C.V. Genetics of personality: are we making progress? // Molecular Psychiatry. - 2003. - V.8. - P.840-852. 31 Fullerton J., Cubin M., Tiwari H. et al. Linkage analysis of extremely discordant and concordant sibling pairs identifies quantitative-trait loci that influence variation in the human personality trait neuroticism // Am. J. Hum. Genet. - 2003. - V.72(4). - P.879-890. 32 Pilia G., Chen W.M., Scuteri A. et al. Heritability of cardiovascular and personality traits in 6,148 Sardinians // PLoS Genet. – 2006. – V. 2(8). – P. e132. 27 ген вносит свой вклад в размере не более 1%. У всех людей содержится примерно одинаковый набор генов (около 30 тысяч) в геноме, а различия в одном гене между людьми возникают примерно с частотой 1 на 1000 нуклеотидов. Конечно, есть участки гена, в которых встречается больше таких отличий, а где-то таких отличий еще меньше. Чтобы было понятнее, представим себе устройство гена. Что же представляет собой ген? Ген – это участок молекулы ДНК (носитель генетической информации), в котором закодирована в виде нуклеотидов (аденина, гуанина, тимина или цитозина или букв А, Г, Т, Ц) информация о синтезе РНК (рибонуклеиновой кислоты) или определенного белка, который выполняет свою функцию в клетке. С помощью белкового комплекса и ферментов (определенных белков, катализирующих химические реакции) происходит «считывание» информации с ДНК и синтез на основе этих данных РНК, а потом и белка. Процесс образования молекул РНК с последовательности ДНК носит название транскрипция, а синтез белка с последовательности матричной РНК (мРНК) – трансляция. В общем случае процессы транскрипции и трансляции объединяют под термином «экспрессия гена». Структурно в гене выделяют несколько участков: промоторный регион (находится в начале гена), затем следует чередование экзонов и интронов и 3’нетранслируемый регион (конец гена). Экзон представляет собой набор нуклеотидов, информация в которых передается в белок, закодированный геном. А данные, закодированные в интроне, после «считывания» вырезаются. Схематически строение гена представлено на рисунке 6.1. Ген ТФ1 ТФ2 микроРНК Начало гена (промоторный регион) SNP1 Экзон1 Интрон 1 SNP2 Экзон2 SNP3 Интрон 2 Экзон3 Конец гена (3’- регион) SNP4 Рис. 6.1. Схематическое строение гена. Связывание гена с микроРНК и транскрипционными факторами (ТФ1, ТФ2). Показаны полиморфные локусы (или SNP, от англ. single nucleotide polymorphism) в промоторном регионе, экзоне, интроне, конце гена. 28 6.2. Отличия в структуре ДНК между людьми и к чему они приводят. Мутации и полиморфные локусы. Ученые назвали участок гена, где выявляются различия между людьми в одном нуклеотиде (одной букве генетического кода) – полиморфным локусом или полиморфизмом. У одного человека может в одном участке полиморфного локуса находится два одинаковых нуклеотида (например, A/A), а может быть два разных (например, A/G). В первом случае человек получил от обоих родителей по одинаковому аллелю гена в этом локусе (аллель А от матери и аллель А от отца), а во втором случае – разные аллели (А – от одного родителя, G – от другого родителя). Интересно, что наличие такого полиморфного локуса в том участке гена, который несет в себе информацию, передающуюся в белок (экзоне), может приводить к синтезу белков с различной последовательностью и свойствами, а зачастую и активностью у разных людей. Например, наличие аллеля А приводит к синтезу более активного белка, в то время как наличие у индивида аллеля G – к синтезу менее активного. Если такие изменения нуклеотидов находятся в кодирующей последовательности ДНК, чаще всего в экзоне, то они являются редкими и приводят к существенным изменениям в структуре и функциях белка, и ученые говорят уже не о полиморфном локусе, а о мутации. В последние годы одним из важных открытий стало выявление класса небольших молекул РНК (названных микроРНК), которые могут связываться с определенными участками в конце гена и приводить к изменению пространственной организации ДНК. В свою очередь, эти молекулы микроРНК при связывании с ДНК выпячиваются таким образом, что «закрывают» последовательность ДНК от связывания с определенными молекулами (инициаторами трансляции), без участия которых невозможен полноценный синтез белка. Однако, и в этом процессе могут быть различия между людьми. Оказывается, полиморфные локусы, находящиеся в конце гена – в области связывания ДНК с определенной микроРНК (существует огромное количество разных микроРНК, соединяющихся с определенными участками в определенных генах) (рис. 6.1), имеют в данном процессе большое значение. Так, например, если у одного человека имеется концевой участок гена с аллелем A, то данная последовательность распознается молекулой микроРНК, которая, связываясь с геном, приводит к частичному или полному угнетению синтеза белка. Наоборот, у другого человека в этом же участке ДНК находится аллель G, и при этом молекула микроРНК не может соединиться с участком гена, поскольку последовательность изменилась, и в данном случае снижения количества синтезируемого белка не происходит. Эти случаи характерны для индивидов, у которых от обоих родителей передались одинаковые аллели (оба А или оба G), но бывают и 29 ситуации, когда родители передали нам разные аллели (например, аллель А – от матери, аллель G – от отца). Чего стоит ожидать в таком случае? В этом случае будет происходить промежуточная ситуация, когда с одной хромосомы будет нарабатываться нормальное количество белка, а с другой – будет синтезироваться меньше белка или вообще не будет. Такие различия в уровне белков и их активности в итоге и могут приводить к существованию различий в поведении и наших реакциях на разные ситуации. Известны случаи, когда полиморфный локус расположен не в середине и не в конце гена, а в его начале (так называемой промоторной области гена) (рис. 6.1). Данный участок гена интересен тем, что именно там находятся последовательности для узнавания особыми белковыми молекулами (или иначе - транскрипционными факторами). Данные молекулы запускают процесс «считывания» информации с молекулы ДНК (определенного гена), приводя в итоге к синтезу РНК и белка. Здесь происходит ситуация, аналогичная изменению нуклеотидной последовательности в случае связывания с микроРНК. Таким образом, если полиморфный локус расположен в начале гена, то наличие одного аллеля (условно, аллеля A) может приводить к тому, что транскрипционные факторы «узнают» свой участок и свяжутся с последовательностью ДНК. В противоположном же случае (например, аллель G) участок связывания будет отличаться одним нуклеотидом (одной буквой) от участка, «знакомого» транскрипционным факторам. Последние «пропустят» этот участок и не запустят процесс синтеза РНК и белка, что и приведет к появлению изменений в уровне белка у разных людей и в итоге к различиям в нашем поведении. 6.3. Роль эпигенетики (наследуемых изменений, не закодированных в ДНК) в изменении уровней синтезируемых белков В течение последних лет в науке произошел качественный скачок от изучения генетических предпосылок развития определенных психических свойств и заболеваний, да и вообще всех известных заболеваний с «наследственной» предрасположенностью, к выявлению наследуемых или возникающих изменений, которые не закодированы в структуре молекулы ДНК. Эта область изучения относится к эпигенетике (с греч. επί — над, выше, внешний). Еще в прошлом веке ученые заметили, что ключевым фактором, запускающим развитие каких-либо психических расстройств (а также онкологических и многих других заболеваний), является стресс, особенно агрессивная или стрессовая обстановка в детстве. Каким же образом этот фактор может «запускать» возникновение существенных изменений в поведении человека и животных, и чем могут быть вызваны такие изменения вне последовательности ДНК? Частичные ответы на эти и другие вопросы были получены (хотя до сих пор эта область остается не до конца изученной) в 30 ходе многочисленных исследований. Оказалось, что такие изменения как метилирование ДНК, ремоделирование хроматина, модификации гистонов, а также изменение уровней некодирующих молекул РНК являются теми изменениями в структуре ДНК, РНК и белков, которые могут приблизить к разгадке интересующих вопросов. Вкратце остановимся на этих процессах. Метилирование ДНК. Дело в том, что в промоторной области гена находится большое количество так называемых CpG-динуклеотидов. Метилирование ДНК как раз и происходит в этой области и представляет собой присоединение метильной группы (-СН3) к цитозину в составе CpG-динуклеотида. В итоге метилирование промоторных областей гена в основном приводит к его инактивации. В процессе метилирования ДНК участвуют три фермента, называемые ДНК-метилтрансферазами 1, 3a и 3b (обозначаются DNMT1, DNMT3a и DNMT3b). Ученые выяснили, что ДНК-метилтрансферазы 3a и 3b (DNMT3a и DNMT3b) катализируют метилирование новых, ранее не метилированных CpGдинуклеотидов, что часто осуществляется на ранних стадиях развития человека. В свою очередь, ДНК-метилтрансфераза 1 (DNMT1) вовлечена в процессы восстановления метилированных сайтов, когда в одной из цепей ДНК цитозин находится в метилированном состоянии, DNMT1 метилирует цитозин на второй нити в том же сайте (рис. 6.2). Таким образом, активность DNMT1 наблюдается на более поздних этапах жизни организма. Рис. 6.2. Метилирование ДНК с помощью ДНК-метилтрансфераз (DNMT1, DNMT3a и DNMT3b). 31 Модификации гистонов. Прежде чем перейти к модификациям гистонов, остановимся на том, что же представляют из себя и для чего нужны эти белки. Гистоны были обнаружены еще в 1884 году немецким биохимиком Альбрехтом Косселем. Они относятся к ядерным белкам (т.е. состоят из последовательности аминокислот), участвующим в упаковке нитей ДНК в ядре и в эпигенетической регуляции таких ядерных процессов, как транскрипция (процесс синтеза РНК с последовательности ДНК), репликация (удвоение одной из нитей ДНК по принципу комплиментарности) и репарация (восстановление поврежденной нити ДНК). Существует пять различных типов гистонов H1/Н5, H2A, H2B, H3, H4. Причем, по два гистона из H2A, H2B, H3, H4 (коровые гистоны – от англ. core) образуют нуклеосому, представляющую собой белковую глобулу-октамер, вокруг которой накручена нить ДНК (рис. 6.3). Гистоны в октамере имеют подвижный Nконцевой фрагмент («хвост») из 20 аминокислот, который выступает из нуклеосом и важен для поддержания структуры хроматина и контроля за генной экспрессией. В своем большинстве в состав гистонов входят аминокислоты лизин и аргинин, которые в основном и подвергаются химическим изменениям (модификациям). Такие модификации включают фосфорилирование, убиквитилирование, ацетилирование, метилирование, сумоилирование. Причем, существуют «общие» для различных генов модификации, которые приводят к активации или ингибированию транскрипции соответствующих генов, к которым присоединяются такие модифицированные гистоны. Например, фосфорилирование (перенос остатка фосфорной кислоты на молекулу субстрата) и ацетилирование (перенос ацетильной группы на молекулу субстрата) коррелирует с транскрипционной активностью в данном районе хромосомы. Рис. 6.3. Структура нуклеосомы. 32 Ремоделирование хроматина. Хроматин представляет собой комплекс ДНК с белками-гистонами, которые формируют нуклеосому. ДНК накручивается вокруг нуклеосомы, что обеспечивает её компактизацию в ядре. Ученые выяснили, что степень густоты расположения нуклеосом (ремоделирование хроматина) в экспрессирующихся участках генома и определяет активность экспрессии генов. 33 активно 7. Роль генетических факторов в формировании индивидуальных различий в личностных качествах Свойства личности высоко наследуемы и находятся под влиянием наследственных факторов. Различные методы и подходы, которые будут описаны далее в этой главе, позволили выявить многочисленные гены, относящиеся к разным системам, функционирующим в головном мозге (рис. 7.1). СДВГ Шизофрения Биполярное расстройство Аффективные расстройства Депрессия Рис. 7.1. Спектр некоторых «общих» генов, участвующих в развитии психических расстройств (синдрома гиперактивности с дефицитом внимания, аффективных расстройств, депрессии, шизофрении, биполярного расстройства) и свойств личности, и метаболические пути, вовлеченные в их формирование. СДВГ – синдром дефицита внимания с гиперактивностью. Источник: Gatt et al. (2015)33. Причем, на основании результатов экспериментов, проведенных в различных популяциях во всем мире и на различных выборках (включающих как здоровых индивидов, так и пациентов с психическими расстройствами), ученые пришли к выводу, что «обнаруженные» гены являются общими для многих психических расстройств и для формирования психологических признаков. Но существует одно «но»: гены оказались 33 Gatt J.M., Burton K.L., Williams L.M., Schofield P.R. Specific and common genes implicated across major mental disorders: a review of meta-analysis studies // J Psychiatr Res. – 2015. – V. 60. – P. 1-13. 34 общими, а направленность их участия в развитии разных заболеваний – различна. Т.е. к развитию одного заболевания может приводить один вариант гена, в то время как существенным для развития другого заболевания оказывается другой вариант гена. 7.1. Подходы к изучению генетических факторов К настоящему времени существует большое количество подходов для изучения генетических факторов, определяющих формирование различий в свойствах личности и развитие психических заболеваний. К таким подходам относятся выбор генов-кандидатов на основании их функциональной значимости, полногеномный анализ сцепления и ассоциаций, анализ экспрессии генов в крови и в мозге, мета-анализ и другие. Подход выбора генов-кандидатов Одним из методов поиска генов количественных признаков является выбор геновкандидатов на основании их функциональной значимости. Этот подход предполагает исследование ассоциации признака с аллелями гена, относительно продукта которого известно, что он вовлечен в метаболические пути, ведущие к признаку. Основным недостатком этого метода является невозможность получения принципиально новой информации о биологии признака, так как он существенно ограничен уже имеющимися знаниями. Более того, принятая в 1990-х - начале 2000-х годов методология анализа геновкандидатов зачастую давала ложноположительные результаты34. Существующие психобиологические модели предполагают, что формирование свойств личности и темперамента зависит от функционирования нейромедиаторных систем мозга (серотониновой, дофаминовой, норадреналиновой). Это определяет изучение генов-кандидатов, вовлеченных в нейромедиаторные метаболические пути (подробнее об этом расскажем в следующей главе 7.2.). Полногеномный анализ сцепления (с англ. genome-wide linkage ,GWL) Основной недостаток генно-кандидатного подхода — невозможность получения принципиально нового знания - устраняется при применении полногеномного картирования. При этом подходе для определения геномных районов, содержащих аллели, контролирующие признак, применяется большое количество маркеров, покрывающих весь геном. Исторически, первым широко применяемым методом полногеномного анализа стал анализ сцепления. При анализе сцепления выборка, состоящая из близких 34 Аульченко Ю.С. Разработка и применение методов полногеномного анализа генетических ассоциаций сложных признаков. Автореферат дис. на соиск. учен. степ. докт. биол. наук (03.02.07). - Новосибирск, 2010. – 35 с. 35 родственников с известными значениями исследуемого признака, генотипируется с применением панели из 200-10,000 полиморфных маркеров, покрывающих весь геном. Далее анализируется совместное наследование (сцепление) признака и маркерных генотипов. Значимое сцепление указывает регион (как правило, довольно большой - от двух до пятидесяти миллионов пар оснований), содержащий ген, аллели которого оказывают влияние на изучаемый признак. Метод анализа сцепления хорошо зарекомендовал себя при идентификации генов простых менделевских заболеваний, т.е. таких, развитие которых определяется наличием мутации в определенном гене. С начала 1990-х годов этот метод широко применялся для изучения сложных признаков человека, однако, результаты таких работ незначительны. Полногеномный анализ ассоциаций (с англ. genome-wide association, GWA) Одним из наиболее перспективных современных методов, применяемых для идентификации локусов сложных признаков, является метод полногеномного анализа ассоциаций (Genome-Wide Association, GWA). При полногеномном анализе ассоциаций сотни тысяч однонуклеотидных полиморфных локусов (SNP), покрывающих геном, генотипируются в группе людей с определенным признаком или заболеванием. В настоящее время существует возможность одновременной оценки более 1 млн. SNPs для каждого индивида (согласно консорциуму - International HapMap Consortium). При этом полиморфные локусы выбираются произвольно, без учета их возможного участия в развитии фенотипа (признака или заболевания). В ходе эксперимента производится статистическая обработка результатов, которая предполагает выявление различий в распределении частот аллелей и генотипов в каждом из изученных полиморфных локусов между больными и здоровыми людьми. В случае изучения количественных признаков (таких как свойства личности, рост, вес и т.п.) проводится сравнение средних значений этого признака между двумя группами, различающимися по генотипу. Подход полногеномного анализа ассоциаций позволяет идентифицировать полиморфные локусы, ранее не изучавшиеся на ассоциацию с определенным фенотипом. Причем, данный метод оценивает результаты как «статистически значимые» только в случае очень низкого уровня значимости (p≤5.0×10-8). Однако, минусом такого подхода является то, что зачастую ученые находят ассоциированные локусы в межгенных регионах, т.е. не принадлежащих к какому-либо конкретному гену. О том, что нахождение полиморфного локуса в той или иной межгенной области может совпадать с участками регуляции генной экспрессии (так называемыми участками связывания с энхансерами – белками, усиливающими экспрессию), можно только 36 предполагать. Поэтому выявление полиморфного локуса, ассоциированного с развитием фенотипа, несет в большей мере предварительную информацию. На следующем этапе полно-геномного анализа ассоциаций требуется проверка обнаруженных результатов на другой группе испытуемых (так называемые репликативные исследования), чтобы сделать заключение о правильности данных, полученных на первом этапе. Одной из разновидностей полногеномного анализа взаимодействий с ассоциаций фенотипом является на изучение полно-геномном ассоциаций уровне. Такие ген-средовых исследования приобретают все большую популярность. Анализ экспрессии генов в крови и в мозге В некоторых случаях в своих экспериментах ученые начинают изучение наследственных изменений, обуславливающих развитие заболевания или формирование различий в свойствах личности, не с исследования последовательности ДНК и изменений в ней, а с выявления изменений в уровне мРНК между группами испытуемых. Этот подход позволяет предположить и в дальнейшем проверить, какие именно изменения в уровне белка, синтезируемого с данной мРНК, могут приводить к проявлению различий в темпераменте и характере (и других признаках). Таким образом, этот подход предполагает изучение уровня мРНК, полученного с последовательности конкретного гена, в определенной ткани. Если речь касается процессов, происходящих в мозге, то желательным является оценка уровня мРНК именно в тканях головного мозга. Поскольку получение такого рода тканей у человека представляет довольно сложную задачу, то ученые зачастую прибегают к изучению уровня мРНК в периферических тканях у человека. Альтернативой этому является применение модельных животных (зачастую мышей и крыс), у которых с помощью определенных генетических и молекулярнобиологических манипуляций «выключают» ген, либо искусственно создают интересующую модель поведения. В дальнейшем уже используют ткани, взятые из определенных отделов головного мозга животного, и оценивают различия в уровне экспрессии (на основе количества мРНК) путем их сравнения между животными с различными типами поведения. Таким образом, данный метод позволяет сделать заключение о повышении (или понижении) уровня мРНК, полученной с конкретного гена, что стимулирует последовательности поиск ДНК причин или таких других изменений на наследственных эпигенетических). 37 уровне модификаций изменениях в (например, Мета-анализ На данном этапе исследования генов, ответственных за возникновение различий в темпераменте и характере, накоплено огромное количество похожих работ, которые, к своему сожалению, дают противоречивые результаты. Причем, имеются и такие, которые указывают на противоположный эффект от одного и того же аллеля. Что же делать в таком случае и результатам какой работы доверять? Для решения этой задачи было придумано использовать особый подход, который называется мета-анализ. С его помощью можно сделать вывод об обобщенном эффекте определенного аллеля в гене в формировании признака. На первом этапе учеными производится отбор результатов публикаций, изучавших конкретный полиморфный локус, на определенной выборке лиц. Второй этап включает статистическую обработку данных, отобранных из различных публикаций, позволяющую в итоге сделать общее заключение о том, вносит ли данный аллель полиморфного локуса вклад в формирование фенотипа (в нашем случае – в различия в темпераменте). Одним из наиболее изученных полиморфных локусов в отношении свойств личности, является инсерционно-делеционный локус в промоторном регионе гена переносчика серотона (5-НТТ). И результаты в отношении этого локуса крайне противоречивые. Подробнее о проведенных мета-анализах по данному локусу в гене 5-НТТ написано в главе 7.2. 7.2. Вовлеченность генов в формирование различий в темпераменте и характере между людьми Специалисты в области психогенетики во всем мире сходятся в том, что свой вклад в различия в нашем поведении и темпераменте вносят специфические белки- нейромедиаторы (серотонин, дофамин, норадреналин, глутамат, гамма-аминомасляная кислота и другие). Нейромедиаторы представляют собой особые химические вещества, участвующие в передаче нервного импульса от одной нервной клетки (нейрона) к другой. Нейромедиаторы участвуют в регуляции настроения, памяти, движения, обучения, и других процессах. Они связываются с определенными рецепторами на поверхности клеточной мембраны, изменяя ее проницаемость и свойства. Уровень нейромедиаторов в синаптической щели (пространстве между окончаниями двух нервных клеток, куда высвобождаются нейромедиаторы) контролируется белками-переносчиками, которые узнают и связывают только «свой» нейромедиатор и осуществляют его транспорт обратно в ту клетку, из которой он был выпущен (рис. 7.2.). Учеными было показано, что уровень нейромедиатора в клетке регулируется с помощью ферментов – особых белков, катализирующих (запускающих) химическую 38 реакцию синтеза или распада нейромедиатора. Необходимо отметить, что некоторые нейромедиаторы могут поступать в нервную клетку только из пищи, в то время как другие могут еще и синтезироваться в нервной клетке с помощью ферментов. Эти общие механизмы функционирования нейронов и передачи нервных импульсов и подтолкнули ученых к изучению генов, несущих информацию обо всех участниках нейромедиаторной системы, к которым относятся гены, кодирующие 1) рецепторы, связывающие нейромедиаторы, 2) их переносчики, 3) ферменты, участвующие в деградации или синтезе этих химических веществ. За этим предположением последовали первые научные эксперименты, проводимые в двух независимых лабораториях. Коллективом одной научной лаборатории под руководством проф. Леша К. в 1996 году было обнаружено, что полиморфные варианты в гене переносчика серотонина (5-НТТ) связаны с нашими различиями в уровне тревожности. Другая группа ученых из лаборатории клинической науки Национального института здоровья в США в этом же году получила данные о роли полиморфного локуса в гене рецептора Д4 дофамина (DRD4) в развитии стремления к новизне. Пресинаптический терминал Аминокислота Синтез нейромедиатора Переносчик нейромедиатора Ферменты синтеза Вторичные переносчики Рецепторы Ферменты деградации нейромедиаторов нейромедиатор Постсинаптический терминал Рис. 7.2. Механизм передачи нервного импульса и участники этого процесса. 39 Первые работы послужили катализаторами для проведения экспериментов с целью обнаружения связи генов с личностными качествами человека. В результате такого рода исследований было сделано множество предположений об участии того или иного гена в проявлении нашей индивидуальности в поведении и темпераменте. 7.2.1. Гены серотониновой системы мозга Центральная серотониновая система мозга функционирует как система ингибирования поведения и участвует в регуляции настроения, агрессии, моторной активности. Еще со школьной скамьи мы знаем, что серотонин является «гормоном радости», поэтому его нехватка остро ощущается, приводя к плохому настроению, тревожности и даже в некоторых крайних случаях к депрессии и суицидальному поведению. Для того, чтобы перейти к генам серотониновой системы и их полиморфным вариантам, необходимо остановится на принципах работы этой системы и на белках, отвечающих за передачу сигнала в серотониновых синапсах. Передача нервного импульса через синаптическую (серотониновой, механизму (рис. аминокислоты катализируемых щель в дофаминовой, 7.2). различных норадреналиновой) Серотонин триптофана нейромедиаторных путем ферментами происходит (5-гидрокситриптамин, последовательных системах по 5-НТ) одинаковому образуется химических 5-триптофангидроксилазой мозга из реакций, (ТРН1) и триптофандекарбоксилазой (ТН). Синтезированный серотонин поступает в везикулы и выводится в синаптическую щель. Часть его участвует в передаче нервного импульса, воздействуя на клеточные рецепторы постсинаптической мембраны (рецепторы 2А и 2С серотонина: HTR2A, HTR2C, соответственно), а часть возвращается в пресинаптический нейрон с помощью обратного захвата. Обратный захват производится специальным белком - переносчиком серотонина (5-НТТ). При поступлении в пресинаптический нейрон серотонин расщепляется с помощью фермента моноаминооксидазы (МАО) до 5гидроксилиндолилуксусной кислоты. К настоящему времени проведено большое количество работ по изучению роли генов серотониновой системы в развитии индивидуальных различий в свойствах личности, наибольший интерес из которых представляет ген переносчика серотонина (5HTT или SLC6A4) (рис. 7.3). Ген переносчика серотонина Одним из наиболее изучаемых генов-кандидатов для черт личности, в особенности тревожности и нейротизма является ген переносчика серотонина (5-HTT), кодирующего 40 белок, осуществляющий обратный захват нейромедиатора из синаптической щели. Этот ген состоит из 14 экзонов и, конечно, имеет промоторную область, имеющую важное значение для «управления» экспрессией гена. При изучении промоторной области гена 5НТТ ученых особенно заинтересовал участок длиной 44 пары нуклеотидов (далее - п.н.), который может либо присутствовать (инсерция), либо отсутствовать (делеция) в этой области гена (рис. 7.4)35. Такую вариативность в гене 5-НТТ назвали инсерционноделеционным полиморфизмом промоторной области и обозначили 5-HTTLPR, а аллели, которые связаны с наличием или отсутствием этого участка, обозначили как L (от англ. long) и S (от англ. short), соответственно. Рис. 7.3. Публикации в базе данных Pubmed за 2004-2014 гг., проведенные в отношении взаимосвязи генов серотониновой системы (указаны по оси у) со свойствами личности у людей. Около 1500 публикаций относится к изучению гена переносчика серотонина (SLC6A4). Источник: Paquette and Marsti (2014)36. 35 Nakamura M., Ueno S., Sano A., Tanabe H. The human serotonin transporter gene linked polymorphism (5HTTLPR) shows ten novel allelic variants // Mol Psychiatry. – 2000. – V. 5(1). – P. 32-38. 36 Paquette A.G., Marsit C.J. The developmental basis of epigenetic regulation of HTR2A and psychiatric outcomes // J Cell Biochem. – 2014. – V. 115(12). – P. 2065-2072. 41 В своих исследованиях ученые пошли дальше и попытались выяснить, каким образом наличие того или иного аллеля в промоторной области гена 5-НТТ определяет различия в уровне белка, синтезируемого с данной последовательности ДНК. С этой целью были использованы клеточные линии лимфобластов, которые, в дальнейшем «превращаются» (или, как говорят биологи, дифференцируются) в зрелые клетки лимфоциты. С помощью определенных молекулярно-биологических процедур (трансфекции) ученые ввели в клетки специально искуственно созданные генетические конструкции (плазмиды), которые представляют собой кольцевые молекулы ДНК, содержащие нужные ученым последовательности ДНК. Две различные плазмиды отличались наличием (т.е. аллель L) или отсутствием (т.е. аллель S) фрагмента длиной 44 пары нуклеотидов (т.е. «букв» А, Г, Т или Ц; в дальнейшем будем обозначать как п.н.) в промоторной области гена 5-НТТ. Таким образом, в ходе эксперимента обнаружилось, что уровень мРНК переносчика серотонина был в 3 раза выше при наличии в плазмиде аллеля L, чем в случае наличия аллеля S. Однако все оказалось не так просто: дело в том, что помимо инсерционно-делеционного полиморфизма в промоторной области существует однонуклеотидная замена аденина на гуанин (A/G или по-другому ее обозначают rs25531), которая присутствует исключительно в инсерционной форме, т.е. в случае аллеля L (рис. 7.4)35. При наличии аллеля А в локусе rs25531 в инсерционной форме образуется сайт связывания фактора, который способствует началу транскрипции (АР2)37. Причем, наличие гаплотипа 5-НТТLPR*LG (т.е. одновременное присутствие аллелей L и G) приводит к снижению уровня экспрессии мРНК гена 5-НТТ в клеточной линии лимфобластов, что примерно соответствует уровню экспрессии гена при наличии делеционной формы 5-HTTLPR*S38. Первое молекулярно-генетическое исследование промоторного полиморфизма в гене 5-НТТ39, опубликованное в журнале Science в 1996 году, выявило, что наличие «короткого» аллеля S объясняет на 3-4% склонность человека к нейротизму. Эти данные послужили точком к проведению бесчисленных попыток подтвердить полученную ассоциацию локуса 5-HTTLPR с чертами тревожного ряда. Однако, результаты разных групп ученых оказались противоречивыми: некоторые подтвердили наличие такой взаимосвязи, а другие - нет. Ученые сходятся в том, что объясняют противоречивость 37 De Luca V., Tharmalingam S., King N., et al. Association study of a novel functional polymorphism of the serotonin transporter gene in bipolar disorder and suicidal behaviour // Psychopharmacology (Berl). – 2005. – V. 182(1). – P. 128-131. 38 Hu X.Z., Lipsky R.H., Zhu G., et al. Serotonin transporter promoter gain-of-function genotypes are linked to obsessive-compulsive disorder // Am J Hum Genet. – 2006. – V. 78(5). – P. 815-826. 39 Lesch K.P., Bengel D., Heils A. et al. Association of anxiety-related traits with a polymorphism in the serotonin transporter gene regulatory region // Science. – 1996. – V. 274(5292). – P. 1527-1531. 42 полученных результатов различиями в используемых выборках. В одних выборках испытуемые имеют европейское происхождение, в других – являются выходцами из Африки или Азии; одни исследователи проводят эксперименты с участием психически здоровых людей, другие же, наоборот, исследуют свойства личности у людей с определенными психическими отклонениями. Важное значение также имеет половая принадлежность испытуемых, ведь известно, что женщины более подвержены различным стрессам и характеризуются большей эмоциональной неустойчивостью (нейротизмом) по сравнению с мужчинами. Рис. 7.4. Структура гена переносчика серотонина (5-НТТ) и влияние инсерционноделеционного полиморфизма в промоторной области гена на изменение количества мРНК и белка-переносчика. Источник: Gerretsen et al. (2009)40. А самое важное – количество испытуемых (генетики говорят о размере выборки), участвующих в эксперименте, поскольку с уменьшением количества индивидов повышается риск получения ложно-положительных (т.е. выявления ассоциации между геном и признаком там, где ее на самом деле нет) и ложно-отрицательных результатов (т.е. отсутствия ассоциации по результатам статистической обработки при реальном ее наличии). Ученые долго боролись с проблемой небольших выборок в одиночку, но в последнее десятилетие было принято совместное решение объединить усилия в поиске 40 Gerretsen P., Müller D.J., Tiwari A. et al. The intersection of pharmacology, imaging, and genetics in the development of personalized medicine // Dialogues Clin Neurosci. – 2009. – V. 11(4). – P. 363-376. 43 «генов свойств личности». С этой целью были созданы большие группы, т.н. консорциумы, которые включили ДНК от разных исследовательских групп, что позволило оперировать результатами, полученными на тысячных и десятитысячных выборках. Другим важным аспектом, обуславливающим противоречивость результатов, является учет наличия стрессовых ситуаций в детском возрасте или отсутствие такого учета. Дело в том, что стресс играет очень существенную роль в развитии предрасположенности к эмоциональной неустойчивости и тревожности, запуская особые механизмы эпигенетической регуляции, которые могут изменить наследственные установки развития определенного уровня тревожности даже в противоположную сторону (подробнее об этом расскажем в главе 7.5). Кроме коллаборативных исследований ученые-генетики используют специальный прием статистической обработки результатов, полученных от различных исследовательских групп – мета-анализ. Этот метод позволяет оценить, насколько различия эффекта гена в разных исследованиях определяются различием в выборках или в методах оценки черт личности. Один из самых последних мета-анализов, объединяющих результаты 18 ранее проведенных исследований по выяснению взаимосвязи между геном переносчика серотонина и чертами личности, был проведен американскими учеными Ficks и Waldman и опубликован в 2014 году41. Результаты этой работы подтвердили наличие ассоциации короткого аллеля S в промоторной области гена 5-НТТ с повышенным риском развития антисоциального поведения (соотношение шансов > 1,5) (рис. 7.5). Приведем еще один пример мета-анализа, основанного на результатах 50 исследований ассоциации короткого аллеля S в промоторном локусе гена 5-НТТ с вариациями по шкалам тревожного ряда, к которым относятся нейротизм (оценивается с помощью опросника «Большая пятерка») и «избегание ущерба» (оценивается с помощью опросника TCI)42. Как видно из «лесного» графика (рис. 7.6), при использовании результатов исследований, включивших только психически здоровых индивидов, не удается обнаружить эффекта короткого аллеля S в формирование различий в уровне тревожности. Однако, если включить результаты исследований, проведенных с использованием людей с психическими нарушениями (либо близкие родственники которых имели такие нарушения), то ассоциация короткого аллеля с повышенной тревожностью становится более очевидной. 41 Ficks C.A., Waldman I.D. Candidate genes for aggression and antisocial behavior: a meta-analysis of association studies of the 5HTTLPR and MAOA-uVNTR // Behav Genet. – 2014. – V. 44(5). – P. 427-444. 42 Minelli A., Bonvicini C., Scassellati C. et al. The influence of psychiatric screening in healthy populations selection: a new study and meta-analysis of functional 5-HTTLPR and rs25531 polymorphisms and anxiety-related personality traits // BMC Psychiatry. – 2011. – V. 11. – P. 50. 44 Рис. 7.5 «Лесная» диаграмма (Forest plot) эффекта полиморфного локуса 5-HTTLPR в развитии антисоциального поведения (АСП). По оси х – риск развития АСП (показано как соотношение шансов, odds ratio, с 95% доверительным интервалом) для каждого отдельного исследования. Площади квадратов соответствуют «весу» каждого исследования. Общий эффект наличия аллеля S в формировании риска АСП показан ввиде ромба. Источник: Ficks and Waldman (2014)41. Несмотря на большое количество работ, связывающих вариации в гене переносчика серотонина с различиями в чертах тревожного ряда, существуют данные о его роли в предрасположенности к исследовательскому поведению. Интересное сообщение было опубликовано в 2015 году в журнале Epigenetics43, основанное на изучении поведения синиц, различающихся обитанием в городской местности или в лесу. Проведенный у этих синиц профиль глобального метилирования показал, что городские птицы имели на 1-4% больше уровень метилированных генов по сравнению со своими собратьями, проживающими в лесу. Причем, была обнаружена корреляция уровня метилирования в CpG островке гена 5-НТТ с уровнем «поиска новизны», т.е. исследовательской активности, который был значимо выше у проживающих в городе птиц. 43 Riyahi S., Sánchez-Delgado M., Calafell F. et al. Combined epigenetic and intraspecific variation of the DRD4 and SERT genes influence novelty seeking behavior in great tit Parus major // Epigenetics. – 2015. – V. 10(6). – P. 516-525. 45 Рис. 7.6. Мета-анализ результатов ассоциативных исследований эффекта аллеля S по сравнению с генотипом L/L полиморфного локуса 5-HTTLPR в формирование повышенной тревожности в европейских популяциях. Источник: Minellei et al. (2011)42. Гены рецепторов серотонина Для того, чтобы осуществить передачу сигнала в серотониновых синапсах, необходимо наличие специфических белков – рецепторов серотонина, семейство которых включает 14 различных видов, относящихся к рецепторам первого (5НТ1), второго (5НТ2) и третьего типа (5НТ3). Рецептор 2А серотонина (кодируется геном HTR2A) располагается на мембране постсинаптического нейрона и вовлечен во многие функции как периферических систем, так и ЦНС: агрегацию тромбоцитов, мягкое мышечное сокращение, контроль за выпуском гормонов и нейромедиаторов, контроль сексуальной 46 активности, регуляцию сна, движения. Известно, что экспрессия рецепторов серотонина типа 2А находится под контролем уровня внеклеточного серотонина, определяемого активностью и концентрацией переносчика серотонина. Такие данные были получены при исследовании специально-созданных «мышей-нокаутов» по гену 5-НТТ (мышей, у которых ген 5-НТТ «выключен», что определяет у них накопление серотонина в синаптической щели). Оказалось, что у таких мышей плотность рецепторов серотонина типа 2А в некоторых отделах мозга на 30-40% ниже, чем у своих «нормальных» собратьев44. Группой исследователей из Университета Фармакологии в Оксфорде также был проведен эксперимент на модельных животных45, у которых, наоборот, ген переносчика серотонина (5-НТТ) экспрессировался излишне, что приводило к уменьшению количества серотонина, находящегося в синаптическом пространстве. Интересно, что у таких мышей была увеличена активность рецепторов серотонина типа 2А, связанная как раз со снижением уровня серотонина. Физиологические исследования, проведенные уже на людях, попытались выявить взаимосвязь между наличием тревожности и ассоциированных с ней психических расстройств с уровнем рецепторов серотонина типа 2А в префронтальной коре мозга и в тромбоцитах. Оказалось, что у лиц с депрессией и/или суицидальным поведением наблюдался более высокий уровень этих рецепторов46, а также у здоровых лиц, которые характеризовали стиль воспитания своих родителей как жестокий и авторитарный47. Наоборот, уменьшение концентрации рецепторов серотонина типа 2А было ассоциировано с пониженным уровнем тревожных и агрессивных черт. Ученые задались вопросом, какие же различия в последовательности гена рецептора серотонина типа 2А (HTR2A) определяют склонность того или иного человека к формированию повышенного нейротизма или других психологических свойств. Была исследована опять же регуляторная промоторная область гена HTR2A (рис. 7.7), в которой обнаружилась однонуклеотидная замена аденина на гуанин в -1438 положении от точки инициации транскрипции (-1438A>G или rs6311). Причем, эта замена оказывает прямой эффект на различия в «считывании» информации об мРНК с последовательности гена HTR2A в зависимости от того, какой аллель (A или G) находится в этом месте. При 44 Li Q., Wichems C.H., Ma L., et al. Brain region-specific alterations of 5-HT2A and 5-HT2C receptors in serotonin transporter knockout mice // J Neurochem. – 2003. – V. 84(6). – P. 1256-1265. 45 Jennings K.A., Sheward W.J., Harmar A.J., Sharp T. Evidence that genetic variation in 5-HT transporter expression is linked to changes in 5-HT2A receptor function // Neuropharmacology. – 2008. – V. 54(5). – P. 776783. 46 Arango V., Huang Y.Y., Underwood M.D., Mann J.J. Genetics of the serotonergic system in suicidal behavior // J Psychiatr Res. – 2003. – V. 37(5). – P. 375-386. 47 Pine D.S., Wasserman G.A., Coplan J. et al. Platelet serotonin 2A (5-HT2A) receptor characteristics and parenting factors for boys at risk for delinquency: a preliminary report // Am J Psychiatry. – 1996. – V. 153(4). – P. 538-544. 47 наличии у человека аллеля А в данном участке гена HTR2A будет образовываться больше мРНК, а, следовательно, и самих рецепторов 2А серотонина48. Такие результаты, полученные с помощью клеточных линий, подтолкнули исследователей к изучению взаимосвязи между наличием того или иного аллеля в локусе -1438A>G и склонностью к определенным психологическим свойствам. Рис. 7.7. Промоторный регион гена HTR2A с возможными сайтами CpG-островков (выделены незакрашенными кругами). Источник: Paquette and Marsti (2014)49. Было проведено множество молекулярно-генетических исследований, которые показали, что данный полиморфный локус (-1438A>G) или локус -102T>C (по-другому который rs6313), находится также в промоторном регионе гена HTR2A в непосредственной близости от первого, имеет значение как для различий в уровнях тревожности, так и в импульсивности. В 2007 году группой канадских ученых было проведено изучение ответа организма на стрессовые воздействия (который оценивался по уровню гормона кортизола - известного показателя стрессового состояния), а также уровня тревожности у людей в возрасте 50-65 лет в зависимости от их генотипа50. Оказалось, что те люди, в геноме которых присутствовал генотип G/G, характеризовались более высоким уровнем тревожности и даже депрессивных мыслей, а также уровнем кортизола в ответ на стрессовую ситуацию по сравнению с обладателями генотипа A/G в локусе -1438A>G. В итальянской популяции была также показана взаимосвязь между полиморфными вариантами локуса -102T>C и «поиском новизны» - чертой личности, которая указывает на стремление человека к новым впечатлениям51. Кроме двух наиболее изученных полиморфных локусов в гене HTR2A ученые смогли обнаружить эффект полиморфных маркеров rs2770296 и rs927544 (широкоиспользуемое обозначение полиморфных локусов, в котором указывается лишь порядковый номер аннотации этого локуса в Генбанке), находящихся в интронах 48 этого гена, в существовании Parsons M.J., D'Souza U.M., Arranz M.J. et al. The -1438A/G polymorphism in the 5-hydroxytryptamine type 2A receptor gene affects promoter activity // Biol Psychiatry. – 2004. – V. 56(6). – P. 406-410. 49 . Paquette A.G., Marsit C.J. The developmental basis of epigenetic regulation of HTR2A and psychiatric outcomes // J Cell Biochem. – 2014. – V. 115(12). – P. 2065-2072. 50 Fiocco A.J., Joober R., Poirier J., Lupien S. Polymorphism of the 5-HT(2A) receptor gene: association with stress-related indices in healthy middle-aged adults // Front Behav Neurosci. – 2007. – V. 1. – P. 3. 51 . Serretti A., Calati R., Giegling I. et al. 5-HT2A SNPs and the Temperament and Character Inventory // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. – 2007. – V. 31(6). – P. 1275-1281. 48 межиндивидуальных различий в стремлении к новым ощущениям 52. При этом было исследовано около 200 однонуклеотидных замен в 17 генах серотониновой и дофаминовой систем на достаточно большой выборке, причем статистическая значимость данного результата сохранилась и после репликации на независимой когорте испытуемых. Как было отмечено ранее, большое значение в направлении выявляемой ассоциации имеет влияние того или иного «средового» фактора. К такому же заключению пришли ученые из Медицинского Университета Нагоя (Япония), когда обнаружили, что уровень материнской опеки в детском возрасте определяет характер ассоциации гена HTR2A с определенной чертой тревожного ряда – «избеганием ущерба»53. Причем, данное наблюдение имело место только у женщин, в то время как у мужчин такой взаимосвязи обнаружено не было (рис. 7.8). Как видно из рисунка, в случае сильной материнской опеки обнаруживается более существенная разница в уровне тревожности, детерминируемая наличием того или иного генотипа в обоих генетических локусах. Если быть точнее, девочки-носительницы генотипов A/A (rs6311) и T/T (rs6313) имеют большую склонность стать более тревожными во взрослом возрасте по сравнению с теми представительницами прекрасного пола, которые обладают генотипами G/G и C/C в соответствующих локусах. Но данная зависимость верна лишь в случае существенной опеки таких девочек в детстве. Некоторыми авторами было показано значительное влияние социально- экономического статуса (СЭС) семьи и места проживания (городская/сельская местность) на формирование вариаций личностных черт: снижение «избегания ущерба» (и депрессивных симптомов) у индивидов, выросших в семье с высоким СЭС, было выявлено лишь при наличии аллеля Т в полиморфном локусе -102T>C54; в то время как низкий уровень депрессивных симптомов наблюдался у индивидов, проживающих в городских условиях, при наличии у них аллеля Т55. 52 Heck A., Lieb R., Ellgas A. et al. Investigation of 17 candidate genes for personality traits confirms effects of the HTR2A gene on novelty seeking // Genes Brain Behav. – 2009. – V. 8(4). – P. 464-472. 53 Nakamura Y., Ito Y., Aleksic B. et al. Influence of HTR2A polymorphisms and parental rearing on personality traits in healthy Japanese subjects // J Hum Genet. – 2010. – P. 55(12). – V. 838-841. 54 Jokela M., Lehtimäki T., Keltikangas-Järvinen L. The serotonin receptor 2A gene moderates the influence of parental socioeconomic status on adulthood harm avoidance // Behav Genet. – 2007c. – V. 37(4). – P. 567-574. 55 Jokela M., Lehtimäki T., Keltikangas-Järvinen L. The influence of urban/rural residency on depressive symptoms is moderated by the serotonin receptor 2A gene // Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. – 2007a. – V. 144B(7). – P. 918-922. 49 Рис. 7.8. Средние значения по шкале «избегание ущерба» (среднее±станд. отклонение) в зависимости от генотипа по локусам rs6311 (наверху) и rs6313 (внизу) в гене рецептора 2А серотонина (HTR2A), пола и уровня материнской опеки. HA – средние значения по шкале «Избегание ущерба» (с англ. harm avoidance). Источник: Nakamura et al. (2010)53. Гены триптофангидроксилазы Еще одним важным звеном, регулирующем уровень серотонина, является триптофангидроксилаза (ТРН) – фермент, лимитирующий скорость реакции биосинтеза серотонина из аминокислоты триптофана. Этот фермент участвует в превращении триптофана в 5-гидрокситриптофан с последующим декарбоксилированием в серотонин. Существует две разные формы фермента – триптофангидроксилаза 1 и 2, кодируемые генами ТРН1 и ТРН2. До недавнего времени большое число работ было сконцентрировано на изучении гена ТРН1 и его роли в развитии различных психологических и психиатрических фенотипов. Однако, позднее было обнаружено, что именно вторая форма этого фермента (кодируемая геном ТРН2) экспрессируется специфично в мозге, а, следовательно, может регулировать предрасположенность к тем фенотипам, которые определяются активностью серотониновой системы. Ученые предположили, что при высокой активности фермента триптофангидроксилазы должно синтезироваться большее количество серотонина, а, следовательно, в таком случае можно говорить о низком уровне тревожности и высоком уровне удовольствия. Но так ли это на самом деле? На помощь ученым пришли животные - крысы, у которых удалили яичники с целью создания модели с нулевым уровнем эстрогенов. В ходе эксперимента этим крысам 50 искусственно вводили эстрогены и оценивали уровень триптофангидроксилазы в некоторых отделах мозга. Оказалось, что эстроген оказывает стимулирующий эффект на повышение экспрессии гена ТРН2, что, в свою очередь, приводило к снижению тревожности у таких крыс в тесте «открытое поле» исследованния на человеке, использующие 56 . В дальнейшем были проведены молекулярно-генетические методы исследования. Группой ученых из Южной Кореи была выявлена взаимосвязь полиморфного варианта -703G>T в промоторном регионе гена ТРН2 с уровнем агрессивности и злости: люди с генотипом G/G обладали способностью лучше контролировать свой уровень агрессивности, чем люди с генотипами G/T и T/T57. Участие гена ТРН2 в развитие антисоциального поведения (алкоголизма) с попытками суицида было подтверждено учеными из Словении, которые указали на роль другого полиморфного локуса в гене ТРН2 - rs184380958. К настоящему времени широкомасштабных работ, демонстрирующих возможный эффект от наличия того или иного генотипа в гене ТРН2 в формирование психологических свойств проведено не было. Однако, в 2015 году в журнале Plos One группа ученых из Норвегии опубликовала результаты своих исследований, включавших полно-геномный анализ ассоциаций у детей с синдромом гиперактивности с дефицитом внимания59. Такие люди отличаются от большинства других тем, что испытывают сложности с концентрацией внимания, обладают гиперактивностью и импульсивностью. В ходе эксперимента было исследовано более 1000 человек, у которых проведено генотипировано более 600 тысяч однонуклеотидных замен по всему геному. Несмотря на то, что ни один локус не показал мажорного эффекта в развитии данного заболевания, полиморфный вариант rs17110690 в гене ТРН2 (12q21.1) в определенной степени определял риск развития данного синдрома (рис. 7.9). 56 Hiroi R., McDevitt R.A., Neumaier J.F. Estrogen selectively increases tryptophan hydroxylase-2 mRNA expression in distinct subregions of rat midbrain raphe nucleus: association between gene expression and anxiety behavior in the open field // Biol Psychiatry. – 2006. – V. 60(3). – P. 288-295. 57 Yoon H.K., Lee H.J., Kim L. et al. Impact of tryptophan hydroxylase 2 G-703T polymorphism on anger-related personality traits and orbitofrontal cortex // Behav Brain Res. – 2012. – V. 231(1). – P. 105-110. 58 Zupanc T., Pregelj P., Tomori M. et al. TPH2 polymorphisms and alcohol-related suicide // Neurosci Lett. – 2011. – V. 490(1). – P. 78-81. 59 Zayats T., Athanasiu L., Sonderby I. et al. Genome-wide analysis of attention deficit hyperactivity disorder in Norway // PLoS One. – 2015. – V. 10(4). – P. e0122501. 51 Рис. 7.9. Полно-геномный анализ ассоциаций с риском развития синдрома гиперактивности с дефицитом внимания в норвежской популяции. Красная линия обозначает уровень значимости 5.00E-08 (принятый в GWAS работах), в то время как синим отмечен уровень значимости 1.00E-05. Источник: Zayats et al. (2015)59. 7.2.2. Гены дофаминовой системы мозга Известно, что дофаминовая система мозга вовлечена в регуляцию моторных функций, настроения, вознаграждения и когнитивные способности. Принцип функционирования дофаминовой системы схож с таковым, описанным ранее для серотониновой системы. Дофамин образуется из аминокислоты L-тирозина (который, в свою очередь, синтезируется из аминокислоты фенилаланин) в реакции, катализируемой ферментом - тирозингидроксилазой. Синтезированный нейроном дофамин накапливается в дофаминовых пузырьках - везикулах, и выпускается в синаптическую щель. Часть дофамина участвует в передаче нервного импульса, воздействуя на клеточные Dрецепторы постсинаптической мембраны, а часть возвращается в пресинаптический нейрон с помощью обратного захвата переносчиком дофамина. Ауторегуляция выхода дофамина обеспечивается D2 и D3 рецепторами на мембране пресинаптического нейрона. Вернувшийся в клетку нейромедиатор расщепляется с помощью ферментов: моноаминооксидазы (МАО) и катехол-орто-метилтрансферазы (СОМТ). Таким образом, все звенья «кругооборота» дофамина, включая переносчик, рецепторы и ферменты, участвующие в его синтезе или деградации, и гены, их кодирующие, представляют интерес при изучении индивидуальных различий в свойствах личности. Ген рецептора D4 дофамина Наибольшее количество работ в области психогенетики, наряду с изучением роли полиморфного маркера 5-HTTLPR в гене переносчика серотонина в вариации черт тревожного ряда, принадлежит исследованию вопроса о вовлеченности полиморфного VNTR (с англ. Variable Number of Tandem Repeats, т.е. варьирующее число тандемных 52 повторов) маркера в 3 экзоне гена рецептора D4 дофамина в вариации «поиска новизны», впервые выявленной Benjamin с коллегами в 1996 году60. Этот маркер представляет собой гипервариабельный регион, состоящий из участка размером 48 п.н., повторяющегося от 2 до 11 раз, и кодирующего третью цитоплазматическую петлю рецептора (важный регион для связывания с G-белками) , состоящую из 32 – 176 аминокислот в зависимости от числа повторов в гене. Стоит отметить, что ортологичный (т.е. схожий по последовательности нуклеотидов) локус был также выявлен у различных видов приматов61 и собак62, что свидетельствует в пользу его эволюционной значимости в процессах экспрессии гена. При исследовании структуры гена с различным числом повторов было отмечено, что аллель с четырьмя повторами (будем обозначать как 4R - от анг. Repeats) является предковым по отношению к аллелям с двумя (2R) и шестью повторами (6R), в то время как аллель с семью повторами (7R) возник в результате редкой мутации 30,000–50,000 лет назад и распространился в популяции в результате позитивной селекции в верхнем палеолите (периоде обширной экспансии людей из Африки)63. Возможно, как раз такие черты как «поиск новизны» и «настойчивость» были повышены у переселенцев. В связи со всем многообразием существующих повторов в гене DRD4 ученые решили проверить, одинакова ли частота встречаемости различных вариантов гена в разных популяциях мира. Оказалось, что аллель 7R наиболее редко встречается в азиатских популяциях, поскольку его роль в этих популяциях выполняет аллель 2R63 (рис. 7.10). После громкого заявления об ассоциации аллеля с семью повторами с повышенным уровнем «поиска новизны», характеризующего исследовательскую активность у людей 60, группа американских ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего предприняла попытку исследовать эту взаимосвязь на функциональном уровне 64. С этой целью были отобраны мыши-нокауты по гену DRD4 (мыши с «выключенным» геном) и нормальные мыши, у которых уровень рецепторов Д4 дофамина был в норме. Обе группы мышей помещали в три разные парадигмы: тест «открытое поле», в экстренную обстановку и в тест «новый объект» для того, чтобы дифференцировать их поведение по уровню исследовательской активности и избегания (или тревожности). Что интересно, мыши60 Benjamin J., Li L., Patterson C. et al. Population and familial association between the D4 dopamine receptor gene and measures of Novelty Seeking // Nat Genet. – 1996. – V. 12(1). – P. 81-84. 61 Matsumoto M., Hidaka K., Tada S. et al. Polymorphic tandem repeats in dopamine D4 receptor are spread over primate species // Biochem Biophys Res Commun. – 1995. – V. 207(1). – P. 467-475. 62 Niimi Y., Inoue-Murayama M., Murayama Y. et al. Allelic variation of the D4 dopamine receptor polymorphic region in two dog breeds, Golden retriever and Shiba // J Vet Med Sci. – 1999. – V. 61(12). – P. 1281-1286. 63 Wang E., Ding Y.C., Flodman P. et al. The genetic architecture of selection at the human dopamine receptor D4 (DRD4) gene locus // Am J Hum Genet. – 2004. – V. 74(5). – P. 931-944. 64 Dulawa S.C., Grandy D.K., Low M.J. et al. Dopamine D4 receptor-knock-out mice exhibit reduced exploration of novel stimuli // J Neurosci. – 1999. – V. 19(21). – P. 9550-9556. 53 нокауты по гену DRD4 проявили меньшее исследовательское поведение именно в тесте на новый объект, что подтвердило эффект от большего количества или повышенной активности рецепторов Д4 дофамина, выражающийся в усиленном стремлении познавать все новое. Рис. 7.10. Структура гена DRD4, экзоны показаны прямоугольниками желтого и оранжевого цвета. Отмечены функциональные полиморфные локусы: дупликация (вставка) 120 п.н. в промоторной области гена, дупликация 12 п.н. в экзоне 1, полиморфизм варьирующей длины тандемных повторов (VNTR, с англ. - variable number of tandem repeats) в экзоне 3. Показаны частоты встречаемости аллелей с различным числом варьирующих повторов в экзоне 3 в европейских популяциях. Источник: Ding et al. (2002)65. Исследования, вовлекающие ген DRD4 в формирование личностных черт, показали ассоциацию «длинного» аллеля 7R с повышенным «поиском новизны» и экстраверсией 67 66 . Другие результаты были получены с использованием несколько иного подхода, в результате которого из более 4,5 тысяч добровольцев, заполнивших опросник Temperament and Character Inventory, было отобрано 190 человек с крайне высокими и крайне низкими значениями по шкале «поиск новизны»68. Причем, ассоциации аллеля с семью повторами с высокой исследовательской активностью выявлено не было; наоборот, повышение значений по шкале «поиск новизны» было обнаружено у носителей аллелей 65 Ding Y.C., Chi H.C., Grady D.L. et al. Evidence of positive selection acting at the human dopamine receptor D4 gene locus // Proc Natl Acad Sci U S A. – 2002. – V. 99(1). – P. 309-314. 66 Becker K., Laucht M., El-Faddagh M., Schmidt M.H. The dopamine D4 receptor gene exon III polymorphism is associated with novelty seeking in 15-year-old males from a high-risk community sample // J Neural Transm. – 2005. – V. 112(6). – P. 847-858. 67 Ebstein R.P., Nemanov L., Klotz I. et al. Additional evidence for an association between the dopamine D4 receptor (D4DR) exon III repeat polymorphism and the human personality trait of Novelty Seeking // Mol Psychiatry. – 1997. – V. 2(6). – P. 472-477. 68 Ekelund J., Lichtermann D., Järvelin M.R., Peltonen L. Association between novelty seeking and the type 4 dopamine receptor gene in a large Finnish cohort sample // Am J Psychiatry. – 1999. – V. 156(9). – P. 1453-1455. 54 2R и 5R. Споры о том, какой аллель в гене DRD4 можно считать маркером развития повышенного социально-активного и исследовательского поведения, ведутся до сих пор. Неудивительно, что и в этом случае ученые ссылаются на роль «третьей силы» - тех или иных событий в нашей жизни, определяющих все разнообразие формируемых фенотипов, несмотря на наличие «длинного» аллеля в гене DRD4. Для примера можно привести данные, опубликованные в 2011 году в журнале Neuropsychobiology69, в соответствии с которыми эффект «длинного» аллеля обнаруживается только при наличии значительного количества негативных жизненных событий. Более того, наличие длинного аллеля (7R) у людей, отметивших много негативных событий именно в детском возрасте, определяет «способность» человека в дальнейшем справляться с трудностями с большей легкостью70. Лонгитюдные исследования, проводимые на протяжении шести лет у студентов ВУЗов (в возрасте 18-24 лет) показали, что наличие насилия сексуального характера в детском возрасте определяло взаимосвязь между генотипом в гене DRD4 и поиском новых впечатлений71. Интересные результаты были получены при исследовании поведения новорожденных детей в возрасте от двух недель до двухмесячного возраста72. Дети, генотип которых содержал «длинный» аллель в гене DRD4, демонстрировали меньше негативных эмоций и дистресса (оцененных с помощью опросника младенческого поведения Ротбарта) по сравнению с младенцами, имеющими «короткий» аллель (4R). Ученые из Института психологии в Венгрии решили изучить другие поведенческие характеристики детей в возрасте 1 года – уровень тревожности и реакцию на незнакомого человека73. В ходе эксперимента было выяснено, что наличие в геноме ребенка хотя бы одного «длинного» аллеля (7R) определяло его склонность к лучшей адаптации к незнакомцу и к снижению общего уровня тревожности. Помимо варьирующего числа тандемных повторов в экзоне 3, в гене DRD4 известно существование большого числа полиморфных локусов (рис. 7.10). Причем, дупликация участка размером 120 п.н., находящегося в промоторном регионе гена и содержащего сайты связывания различных транскрипционных факторов, имеет важное значение в 69 Reiner I., Spangler G. Dopamine D4 receptor exon III polymorphism, adverse life events and personality traits in a nonclinical German adult sample // Neuropsychobiology. – 2011. – V. 63(1). – P. 52-58. 70 Das D., Cherbuin N., Tan X. et al. DRD4-exonIII-VNTR moderates the effect of childhood adversities on emotional resilience in young-adults // PLoS One. – 2011. – V. 6(5). – P. e20177. 71 Harden K.P., Carlson M.D., Kretsch N. et al. Childhood Sexual Abuse and Impulsive Personality Traits: Mixed Evidence for Moderation by DRD4 Genotype // J Res Pers. – 2015. – V. 55. – P. 30-40. 72 Auerbach J., Geller V., Lezer S. et al. Dopamine D4 receptor (D4DR) and serotonin transporter promoter (5HTTLPR) polymorphisms in the determination of temperament in 2-month-old infants // Mol Psychiatry. – 1999. – V. 4(4). – P. 369-373. 73 Lakatos K., Nemoda Z., Birkas E. et al. Association of D4 dopamine receptor gene and serotonin transporter promoter polymorphisms with infants' response to novelty // Mol Psychiatry. – 2003. – V. 8(1). – P. 90-97. 55 регуляции экспрессии гена. Поскольку аллель с дупликацией не был выявлен у нечеловекообразных приматов, ученые предположили, что аллель, содержащий только участок длиной 120 п.н. (т.е. один повтор), является предковым. Существуют ли различия в уровне экспрессии гена DRD4 в зависимости от числа «вставок» региона длиной 120 п.н.? Ответ на данный вопрос оказался положительным. Но чтобы это доказать, ученые создали специальные плазмидные конструкции, содержащие различное число «вставок» фрагмента длиной 120 п.н. (одну, две или четыре). Затем эти конструкции «заставили» работать в клетках человека в искуственно-созданных лабораторных условиях и оценивали уровень экспрессии в каждом конкретном случае. Этот эксперимент позволил сделать заключение, что, чем длинее вставка изучаемого фрагмента, тем меньше образуется мРНК, т.е. был обнаружен дозо-зависимый эффект: уменьшение экспрессии гена в ряду 1 повтор>2повтора>4 повтора74. Несмотря на выявленную функциональную роль полиморфного локуса в промоторном регионе гена, число молекулярно-генетических работ в отношении свойств личности невелико. Одно из первых исследований было проведено на выборках пациентов с различными психическими заболеваниями, включая биполярные расстройства личности, алкогольную зависимость и депрессию, у которых детектировался вариант гена в зависимости от дупликации участка в 120 п.н. («длинный» аллелль) или же ее отсутствия («короткий» аллель)75. Оказалось, что среди людей с биполярным расстройством и тех, кто страдает от алкоголизма, носительство «короткого» аллеля в гомозиготном состоянии (т.е. от обоих родителей получен ген с «коротким» аллелем) определяло их склонность к более высокому уровню «поиска новизны» по сравнению с теми, кто обладал другими генотипами в данном локусе. По сравнению со своими коллегами, ученые из Университета Британской Колумбии (Канада) изучали поведение психически здоровых людей, которые занимались зимними видами спорта – катанием на горных лыжах и сноуборде. Поскольку людей, занимающихся данными видами спорта, характеризует высокий уровень поиска новых экстремальных ощущений, то ученые предположили существование взаимосвязи между наличием генетических различий в локусах: -1106T/C, -906T/C, -809G/A, -291C/T, дупликации 120 п.н. (расположенных в промоторном регионе гена DRD4, на что указывает знак «минус» перед числовым значением, указывающим позицию от точки начала транскрипции гена), - и уровнем 74 D'Souza U.M., Russ C., Tahir E. et al. Functional effects of a tandem duplication polymorphism in the 5'flanking region of the DRD4 gene // Biol Psychiatry. – 2004. – V. 56(9). – P. 691-697. 75 Rogers G., Joyce P., Mulder R. et al. Association of a duplicated repeat polymorphism in the 5'-untranslated region of the DRD4 gene with novelty seeking // Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. – 2004. – P. 126B(1). – P. 95-98. 56 «поиска новизны»76. Однако, несмотря на очевидную ассоциацию, изученные полиморфные локусы не подтвердили первоначальной гипотезы ученых. Ген рецептора D2 дофамина Рецептор D2 дофамина (DRD2) также участвует в регуляции передачи сигнала в дофаминовых синапсах. Одни из первых молекулярно-генетических работ в области психогенетики выявили роль этих рецепторов в формировании разного типа аддиктивного поведения и их вовлеченность в регуляцию так называемой системы награды мозга. Чтобы оценить эффект от введения рецепторов Д2 дофамина на различия в поведении, группой ученых из Медицинского Института в Нью-Йорке (США) в 2004 году был проведен эксперимент у двух инбредных линий крыс: одна группа крыс предпочитала прием алкоголя (10% этанол), другая – воду в парадигме выбора из двух бутылок с разным содержимым. Первой группе крыс вводили рецепторы Д2 дофамина в прилежащее ядро мозга, что привело к сдвигу в выборе бутылки с алкоголем в меньшую сторону77. Кроме того, у крыс оценивали уровень Д2 рецепторов в определенном регионе мозга - полосатом теле (стриатуме) с помощью позитронно-эмиссионной томографии. Оказалось, что у крыс, предпочитающих алкоголь, на 16% меньше мест связывания этих рецепторов по сравнению со своими «здоровыми» собратьями. Поскольку алькогольная зависимость очень часто коррелирует с такими свойствами нашей личности как стремление к новым впечатлениям, зависимость от похвалы со стороны других, импульсивность, агрессивность, то изучение полиморфных локусов в гене DRD2 в отношении «зависимостей» послужило толчком для исследования этого гена у здоровых лиц с разными психологическими характеристиками. Наиболее изученным в гене DRD2 является полиморфный локус Taq1A (его назвали по имени фермента, который используется при его детекции, а в настоящее время можно также встретить другие его обозначения: rs1800497 или 32806C>T). Ранее считалось, что этот полиморфизм расположен в нетранслируемом участке гена в 3’-области. Однако, недавно было показано, что этот локус находится в кодирующей области другого гена, который называется ген, содержащий анкириновые повторы и киназный домен 1 (ANKK1 или с англ. ankyrin repeat and kinase domain containing 1 gene) (рис. 7.11). Причем, данная однонуклеотидная замена приводит к возникновению аминокислотной замены глутамата 76 Thomson C.J., Rajala A.K., Carlson S.R., Rupert J.L. Variants in the dopamine-4-receptor gene promoter are not associated with sensation seeking in skiers // PLoS One. – 2014. – V. 9(4). – P. e93521. 77 Thanos P.K., Taintor N.B., Rivera S.N. et al. DRD2 gene transfer into the nucleus accumbens core of the alcohol preferring and nonpreferring rats attenuates alcohol drinking // Alcohol Clin Exp Res. – 2004. – V. 28(5). – P. 720728. 57 на лизин в 713 положении гена ANKK1 (Glu713Lys), что, возможно, влияет на специфичность связывания с субстратом или процессы передачи сигналов78. Ученые договорились использовать следующие обозначения аллелей: A1 и A2, причем снижение дофаминовой активности, ассоциированное с аллелем A1, было отмечено в многочисленных работах. Поскольку у носителей аллеля A1 в гене DRD2 отмечается дефицит дофамина, то можно предположить, что у таких людей будет наблюдаться повышенная склонность к расстройствам, характеризующимся стремлением к награде: к зависимости от психоактивных веществ и курению. Рис. 7.11. Структура генов DRD2 и ANKK1, расстояния между часто изучаемыми полиморфными локусами. Поскольку у носителей аллеля A1 отмечен дефицит дофамина79, то можно предположить, что у таких индивидов будет наблюдаться повышенная «зависимость от вознаграждения» и «поиск новизны» - черт личности, характерных для лиц с аддиктивными расстройствами, для которых ранее была показана ассоциация с аллелем A1. В подтверждение этой гипотезы в 2007 году в журнале Progress in Neuropsychopharmacology and Biological Psychiatry была опубликована работа, в которой сообщалось о том, что среди людей, страдающих алкогольной зависимостью с депрессивными симптомами, повышенный «поиск новизны» наблюдался чаще у тех, кто имел хотя бы один аллель А1 в гене DRD280. Однако, все эти результаты были получены при исследовании людей с «зависимостями». Ученые задались вопросом: может ли наличие определенного варианта в гене DRD2 «предсказать» стремление, например, к «поиску новизны» или другим свойствам личности, у здоровых людей, или же все выявленные закономерности справедливы лишь 78 Neville M.J., Johnstone E.C., Walton R.T. Identification and characterization of ANKK1: a novel kinase gene closely linked to DRD2 on chromosome band 11q23.1 // Hum Mutat. – 2004. – V. 23(6). – P. 540-545. 79 Ritchie T., Noble E.P. Association of seven polymorphisms of the D2 dopamine receptor gene with brain receptor-binding characteristics // Neurochem Res. – 2003. – V. 28(1). – P. 73-82. 80 Lin S.C., Wu P.L., Ko H.C. et al. Specific personality traits and dopamine, serotonin genes in anxiety-depressive alcoholism among Han Chinese in Taiwan // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. – 2007. – V. 31(7). – P. 1526-1534. 58 для лиц с алкогольной и другими типами зависимостей? Чтобы это выяснить, параллельно в нескольких популяциях проводились научные исследования с участием психически здоровых индивидов. Полученные данные оказались многообещающими: при изучении японцев – студентов Медицинских университетов и их преподавателей – существенная значимость принадлежала не часто изучаемому локусу Taq1A, а другому (-141C Ins/Del), представляющему собой выпадение (делецию) или вставку (инсерцию) одного единственного нуклеотида С в позиции минус 141 от точки начала транскрипции гена. Причем, данный полиморфный локус находится в диаметрально противоположной области гена DRD2 – в промоторном регионе. Исходя из полученных данных, у мужчин с гетерозиготным генотипом (т.е. Ins/Del) значимо чаще выявлялся повышенный уровень «cамонаправленности» по сравнению с носителями других генотипов81. Группа ученых во главе с Christian Montag из Германии решила оценить совместный (эпистатический) эффект двух полиморфных локусов (Taq1A в гене DRD2 и Val66Met в гене нейротрофического фактора головного мозга (BDNF), о чем речь пойдет далее в главе 9.2) в формирование определенного уровня «поиска новизны» и «избегания ущерба» у психически здоровых людей82. С этой целью было отобрано более 700 добровольцев, у которых было проведено психологическое тестирование по интересующим психологическим характеристикам. Интересно, что ни один из изученных локусов не был ассоциирован ни с «поиском новизны», ни с «избеганием ущерба» по-отдельности, зато было обнаружено их совместное влияние. Так, более низкое стремление к исследовательской активности и высокая тревожность чаще наблюдались у людей, имеющих одновременно аллель А1 в локусе Taq1A и аллель Met (кодирующий метионин в белке) в локусе Val66Met, что указывает на модулирующую роль нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) в регуляции передачи сигнала в дофаминовых синапсах. Нашей исследовательской группой также проводились исследования вовлеченности полиморфного локуса Taq1A в формирование различий в чертах темперамента у здоровых людей – студентов ВУЗов в возрасте 17-26 лет. Однако, наоборот, мы обнаружили, что более высокий уровень «поиска новизны» наблюдался среди тех студентов, которые имели в своем геноме генотип A2/A2, в то время как носители аллеля А1 81 Tsuchimine S., Yasui-Furukori N., Sasaki K. et al. Association between the dopamine D2 receptor (DRD2) polymorphism and the personality traits of healthy Japanese participants // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. – 2012. – V. 38(2). – P. 190-193. 82 Montag C., Markett S., Basten U. et al. Epistasis of the DRD2/ANKK1 Taq Ia and the BDNF Val66Met polymorphism impacts novelty seeking and harm avoidance // Neuropsychopharmacology. – 2010. – V. 35(9). – P. 1860-1867. 59 характеризовались более низким стремлением к поиску новых впечатлений83. Возможно, что противоположный результат может быть следствием различий в исследованных выборках: в нашем случае были включены индивиды раннего взрослого возраста, причем ассоциация подтвердилась только среди мужчин. Ген переносчика дофамина Переносчик дофамина играет ключевую роль в процессе регуляции передачи дофаминовых сигналов посредством обратного захвата дофамина из синапса и доставке его в пресинаптический терминал. Какое же влияние на поведение человека и млекопитающих оказывает увеличение или снижение уровня переносчика дофамина в мозге, решили проверить ученые из Нидерландов и США с помощью специальной компьютерной задачи, которая называется Iowa gambling task (IGT)84. В процессе игры испытуемому демонстрируют четыре карты на мониторе, а выбор каждой карты может вести как к выигрышу, так и к проигрышу. Цель этой игры состоит в том, чтобы получить как можно больше денег, поэтому человеку приходится просчитывать величину и вероятность выигрыша и проигрыша и, в соответствии в этим, выбирать оптимальную стратегию. В случае же с подопытными животными (крысами) необходимо натренировать крыс игровой задаче, которую обычно используют в экспериментах с людьми. Первая часть исследования была проведена с людьми, страдающими биполярным расстройством личности – заболеванием, при котором человек не может принимать решения – и здоровыми добровольцами. Вторая часть работы оценивала влияние сниженного уровня переносчика дофамина на способность принимать решения у крыс в трех случаях: у крыснокдаунов по гену переносчика серотонина (SLC6A3) (у них хронически низкий уровень этого белка), у крыс «дикого типа» и у особей с разовым снижением уровня переносчика дофамина засчет введения им ингибитора этого транспортного белка. Таким образом, в обеих частях эксперимента было подтверждено, что снижение уровня переносчика дофамина приводит к нарушениям в способностях принимать решения. Таким образом, поскольку уровень переносчика дофамина определяет особенности поведенческих реакций, то ученые-генетики занялись выяснением наличия каких-либо функциональных локусов в первую очередь в регуляторных областях этого гена (SLC6A3). Особый интерес привлек полиморфный локус в 3’-нетранслируемом регионе гена, 83 Kazantseva A., Gaysina D., Malykh S., Khusnutdinova E. The role of dopamine transporter (SLC6A3) and dopamine D2 receptor/ankyrin repeat and kinase domain containing 1 (DRD2/ANKK1) gene polymorphisms in personality traits // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. – 2011. – V. 35(4). – P. 1033-1040. 84 van Enkhuizen J., Henry B.L., Minassian A. et al. Reduced dopamine transporter functioning induces high-reward risk-preference consistent with bipolar disorder // Neuropsychopharmacology. – 2014. – V. 39(13). – P. 3112-3122. 60 который представляет собой варьирующее число тандемных повторов, т.е. определенная последовательность ДНК длиной в 40 п.н. может встречаться в этой области от 3 до 11 раз. Несмотря на большое число возможных комбинаций аллелей, наиболее частыми являются аллель с девятью повторами (9R) и аллель с десятью повторами (10R). Причем, до сих пор остается непонятным, какой именно аллель связан с увеличением экспрессии гена переносчика дофамина и с синтезом большего количества кодируемого им белка. Существуют противоречивые данные, указывающие как на повышение экспрессии гена, ассоциированное с наличием аллеля 10R85 или аллеля 9R86. Хотя функциональная значимость этого полиморфного маркера неоднозначна, вероятно, что изменение нуклеотидной последовательности в 3’-регионе может влиять на эффективность транскрипции и стабильность полученной мРНК, а также на изменение регуляции гена под действием специфических микроРНК87. Тем не менее, ученые задались целью оценить вовлеченность этого полиморфного маркера в формирование различий в темпераменте между людьми. Такие различия были обнаружены в польской популяции двумя учеными – Oniszczenko и Dragan – которые оценивали уровень сенсорной чувствительности (способности отвечать на незначительные сенсорные стимулы) – свойства личности, которое коррелирует с «поиском новизны»88. Оказалось, что если сгруппировать добровольцев по наличию и отсутствию аллеля с девятью повторами в гене переносчика дофамина, то в группе лиц с аллелем 9R реже встречается сенсорная чувствительность по сравнению с теми, кто обладает другими генотипами в данном локусе. Более ранние работы также подтверждают, что пониженные значения «поиска новизны» значимо чаще встречаются у людей с аллелем 9R89. Интересное исследование было опубликовано группой ученых в журнале Genes Brain Behavior в 2012 году90, в котором изучалось влияние этого же полиморфного локуса в гене SLC6A3 на время реакции человека на предъявляемые ему приятные и неприятные лица. Оказалось, что люди, имеющие в своем геноме аллель с девятью повторами, характеризовались более быстрым ответом на предъявляемый им стимул, т.е. быстрее распознавали социальное поведение. 85 VanNess S.H., Owens M.J., Kilts C.D. The variable number of tandem repeats element in DAT1 regulates in vitro dopamine transporter density // BMC Genet. – 2005. – V. 6. – P. 5. 86 Miller G.M., Madras B.K. Polymorphisms in the 3'-untranslated region of human and monkey dopamine transporter genes affect reporter gene expression // Mol Psychiatry. – 2002. – V. 7(1). – P. 44-55. 87 Presutti C., Rosati J., Vincenti S., Nasi S. Non coding RNA and brain // BMC Neurosci. – 2006. – V. 7. Suppl 1. – P. S5. 88 Oniszczenko W., Dragan W.Ł. Association between temperament in terms of the Regulative Theory of Temperament and DRD4 and DAT1 gene polymorphisms // Compr Psychiatry. – 2012. – V. 53(6). – P. 789-796. 89 Van Gestel S., Forsgren T., Claes S. et al. Epistatic effect of genes from the dopamine and serotonin systems on the temperament traits of novelty seeking and harm avoidance // Mol Psychiatry. – 2002. – V. 7(5). – P. 448-450. 90 Enter D., Colzato L.S., Roelofs K. Dopamine transporter polymorphisms affect social approach-avoidance tendencies // Genes Brain Behav. – 2012. – V. 11(6). – P. 671-676. 61 В непосредственной близости от выше описанного полиморфного локуса находится однонуклеотидная замена гуанина на аденин в 2319 положении (2319G>A или rs27072), которая расположена на расстоянии 425 п.н. от полиморфного VNTR маркера в гене SLC6A3. К настоящему времени нет данных, свидетельствующих об ассоциации этого локуса в гене SLC6A3 с чертами личности; однако показана ассоциация аллеля А полиморфного маркера 2319G>A у мужчин китайской этнической принадлежности с никотиновой зависимостью91, характеризующейся повышенным «поиском новизны». При исследовании индивидов из Израиля и Канады с расстройством гиперактивности и дефицита внимания, наоборот, была показана предпочтительная передача аллеля G детям с этим заболеванием92, имеющим повышенный «поиск новизны». Ген катехол-орто-метилтрансферазы Катехол-Ο-метилтрансфераза (COMT) катализирует первую стадию деградации катехоламинов (нейромедиаторов - дофамина, адреналина, норадреналина) путем переноса метильной группы с S-аденозилметионина на гидроксильную катехоламинов. Ген СОМТ содержит функциональный полиморфный группу локус, представляющий собой замену валина на метионин в 158 положении белка (обозначается Val158Met, или 472A>G, или rs4680), который влияет на температурную чувствительность кодируемого им фермента (рис. 7.12). В частности, фермент, содержащий метионин (аллель A в гене СОМТ) в гомозиготном состоянии (когда у человека от обоих родителей передались аллели А), обладает в 4 раза меньшей активностью93, что приводит к замедлению «разрушения» дофамина в передней коре мозга. Аллели являются кодоминантными, т.е. индивиды, обладающие генотипом Val/Met, имеют промежуточный уровень активности фермента по сравнению с генотипами Met/Met и Val/Val. Результаты исследований влияния функционального полиморфизма гена COMT на свойства личности неоднозначны. Одни из них указывают на ассоциацию аллеля Met и/или генотипа Met/Met в гене СОМТ с повышенными значениями черт тревожного ряда94, в то время как другие, наоборот, продемонстрировали снижение нейротизма у мужчин- 91 Ling D., Niu T., Feng Y. et al. Association between polymorphism of the dopamine transporter gene and early smoking onset: an interaction risk on nicotine dependence // J Hum Genet. – 2004. – V. 49(1). – P. 35-39. 92 Galili-Weisstub E., Levy S., Frisch A. et al. Dopamine transporter haplotype and attention-deficit hyperactivity disorder // Mol Psychiatry. – 2005. – V. 10(7). – P. 617-618. 93 Chen J., Lipska B.K., Halim N. et al. Functional analysis of genetic variation in catechol-O-methyltransferase (COMT): effects on mRNA, protein, and enzyme activity in postmortem human brain // Am J Hum Genet. – 2004. – V. 75(5). – P. 807-821. 94 Hashimoto R., Noguchi H., Hori H. et al. A possible association between the Val158Met polymorphism of the catechol-O-methyl transferase gene and the personality trait of harm avoidance in Japanese healthy subjects // Neurosci Lett. – 2007. – V. 428(1). – P. 17-20. 62 носителей данного генотипа в другой популяции95. При исследовании темперамента пожилых людей было обнаружено, что высокоактивный генотип (Val/Val), приводящий в итоге к пониженному уровню дофамина в синапсе, ассоциирован с более низким нейротизмом и более высоким уровнем согласия и добросовестности, чем другие генотипы в гене СОМТ96. В противоположность результатам, выявленным в выборке пожилых людей, группа ученых из Эстонского центра по изучению поведения и здоровья при исследовании молодежи в возрасте 25 лет обнаружила, что при наличии генотипа Val/Val у девушек проявлялась большая склонность быть более тревожными и эмоционально неустойчивыми97. Рис. 7.12. Структура гена СОМТ, состоящего из шести экзонов, позволяющих синтезировать два транскрипта S-COMT и MB-COMT. Показаны наиболее изученные полиморфные локусы. Источник: Craddock et al. (2006)98. В определенной степени неоднозначность результатов исследований может быть связана с необходимостью совместного анализа как генетических вариантов, так и определенных факторов, оказывающих влияние на становление нашей личности. Одним из таких важных «факторов» является половая принадлежность, которая определяет выявление взаимосвязи либо только у женщин, либо в группе мужчин. В подтверждение этому две исследовательские группы, проводившие научные эксперименты с разницей в четыре года99 100 , при изучении «негативной эмоциональности» у здоровых людей 95 Pełka-Wysiecka J., Ziętek J., Grzywacz A. et al. Association of genetic polymorphisms with personality profile in individuals without psychiatric disorders // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. – 2012. – V. 39(1). – P. 40-46. 96 Kotyuk E., Duchek J., Head D. et al. A Genetic Variant (COMT) Coding Dopaminergic Activity Predicts Personality Traits in Healthy Elderly // Pers Individ Dif. – 2015. – V. 82. – P. 61-66. 97 Lehto K., Akkermann K., Parik J. et al. Effect of COMT Val158Met polymorphism on personality traits and educational attainment in a longitudinal population representative study // Eur Psychiatry. – 2013. – V. 28(8). – P. 492-498. 98 Craddock N., Owen M.J., O'Donovan M.C. The catechol-O-methyl transferase (COMT) gene as a candidate for psychiatric phenotypes: evidence and lessons // Mol Psychiatry. – 2006. – V. 11(5). – P. 446-458. 99 Chen C., Chen C., Moyzis R. et al. Sex modulates the associations between the COMT gene and personality traits // Neuropsychopharmacology. – 2011. – V. 36(8). – P. 1593-1598. 100 de Castro-Catala M., Barrantes-Vidal N., Sheinbaum T. et al. COMT-by-sex interaction effect on psychosis proneness // Biomed Res Int. – 2015. V. 2015. – P. 829237. 63 обнаружили, что повышенный ее уровень значимо чаще был характерен для мужчин – носителей генотипа Val/Val в локусе Val158Met. 7.2.3. Гены норадреналиновой системы мозга Известно, что дисфункции в норадреналиновой системе мозга приводят к раздражительности, враждебности, тревожности, депрессии и зависимости от психоактивных веществ. Переносчик норэпинэфрина (по-другому, норадреналина, обозначается NET или SLC6A2) играет важную роль в регуляции нейротрансмиссии катехоламинов (норэпинэфрина, дофамина) и процессов сигнальной трансдукции. Снижение уровня норэпинэфрина и повышение вследствие этого концентрации эпинэфрина и его метаболита 4-метокси-4-гидроксифенилгликоля (MHPG) отмечено у индивидов с повышенной тревожностью, дефицитом внимания, «поиском новизны», «зависимостью от вознаграждения». Наиболее изученными в отношении личностных черт и психических расстройств являются полиморфные локусы, представляющие собой замену тимина на цитозин в – 182 положении от точки инициации транскрипции (182T>C) и замену аденина на гуанин в 1287 положении гена (1287A>G), расположенные в промоторном регионе и 9 экзоне гена переносчика норэпинэфрина, соответственно. Было показано, что концентрация метаболита норэпинэфрина (MHPG) в спинномозговой жидкости повышена у здоровых людей, которые имеют в своем геноме генотип G/G в локусе 1287A>G 101 , что свидетельствует об увеличении активности гена переносчика норэпинэфрина, связанной с аллелем А. Дальнейшие работы подтвердили ожидания ученых: было выявлено, что люди - носители аллеля A в локусе 1287А>G102 и аллеля Т в локусе -182T>C103 в этом гене характеризовались большей необходимостью социального одобрения своих поступков со стороны окружающих, т.е. «зависимостью от вознаграждения». 7.2.4. Гены ГАМК-системы Гамма-амино-масляная кислота (ГАМК) является одним из основных «тормозящих» нейромедиаторов в мозге человека и млекопитающих. Передача сигналов в ГАМКсистеме осуществляется посредством связывания 101 с ионотропным (GABAA) и Jönsson E.G., Nöthen M.M., Gustavsson J.P., et al. Polymorphisms in the dopamine, serotonin, and norepinephrine transporter genes and their relationships to monoamine metabolite concentrations in CSF of healthy volunteers // Psychiatry Res. – 1998. – V. 79(1). – P. 1-9. 102 Samochowiec J., Kucharska-Mazur J., Rybakowski F., et al. Norepinephrine transporter polymorphism and personality trait of reward dependence in male alcoholics // Pharmacopsychiatry. – 2002. – V. 35(5). – P. 195-196. 103 Ham B.J., Choi M.J., Lee H.J., et al. Reward dependence is related to norepinephrine transporter T-182C gene polymorphism in a Korean population // Psychiatr Genet. – 2005. – V. 15(2). – P. 145-147. 64 метаботропным (GABAB) рецепторами. Рецепторы GABAA представляют собой комбинации пентамерного количества семи классов гомологичных субъединиц (α1-6, β13, γ1-3, δ, ε, θ, π, ρ1-3) (кодируемых 19 различными генами), что и предполагает существование различных изоформ рецептора, различающихся по функциям и свойствам. Стоит отметить, что на поверхности субъединиц рецептора находятся определенные участки (т.н. сайты связывания), узнаваемые специфическими молекулами веществ, в частности, применяемых в лекарственных целях, например, бензодиазепином, барбитуратами и нейростероидами. Более полувека учеными проводились исследования бензодиазепина, который при связывании с GABAA рецепторами способствует усилению передачи ГАМК-сигналов104, что широко используется при лечении тревожных состояний. Однако, применение бензодиазепина для лечения таких состояний используется только в краткосрочной перспективе вследствие таких побочных эффектов, как седативное действие, формирование зависимости от данного вещества и ряда других. Анксиолитический (т.е. «успокаивающий») эффект бензодиазепинов, возможно, проявляется вследствие снижения высвобождения некоторых медиаторов (в частности, норадреналина) и гормонов стресса (например, глюкокортикоидов). Около 15-20% из всех ГАМК рецепторов занимает рецептор GABAA, содержащий α2-субъединицу и обладающий анксиолитическими свойствами, участвует в регуляции эмоций и хронической боли. Наличие различных полиморфизмов в гене GABRA2, кодирующем данный тип рецептора, и определяет риск развития алкогольной зависимости, возникновения тревожных состояний и депрессии. Однако, результаты исследований, проведенных к настоящему времени, были получены довольно противоречивые. Группа ученых во главе с Elliot Nelson в 2009 году105 обнаружила, что наличие определенного варианта гена GABRA2 являлось предрасполагающим к развитию посттравматического стрессового расстройства, но только у лиц, которые имели психологические травмы в детстве. Интересно, что и другие авторы указывают на существование какого-либо негенетического фактора (в данном случае, тревожности), который позволяет выявить взаимосвязь между существованием определенного варианта гена GABRA2 и склонностью к развитию алкоголизма106. Причем, ассоциация полиморфных локусов в гене GABRA2 с алкоголизмом зависит и от семейного положения 104 Singewald N., Schmuckermair C., Whittle N. et al. Pharmacology of cognitive enhancers for exposure-based therapy of fear, anxiety and trauma-related disorders // Pharmacol Ther. – 2015. – V. 149. – P. 150-190. 105 Nelson E. C., Agrawal A., Pergadia M. L. et al. Association of childhood trauma exposure and GABRA2 polymorphisms with risk of posttraumatic stress disorder in adults // Mol Psychiatry. – 2009. – V. 14. – P. 234–235. 106 Enoch M. A., Schwartz L., Albaugh B. et al. Dimensional anxiety mediates linkage of GABRA2 haplotypes with alcoholism // Am J Med Genet. – 2006. – V. 141B. – P. 599–607. 65 (т.е. женат человек или нет)107, и от наличия определенного темперамента108. Изучение взаимосвязи полиморфных локусов в гене GABRA2 проводилось не только с предрасположенностью к алкоголизму, но и с развитием других видов зависимости, включая никотиновую и наркотическую (к героину, кокаину). Интересная работа была опубликована группой американских ученых, исследовавших экстернализованное поведение подростков в возрасте 12 лет и в 22 года, т.е. поведение, которое характеризуется негативным отношением к окружающим (например, проявление физической агрессивности по отношению к другим людям)108. Ученые подразделили испытуемых на две группы: людей с высоким уровнем экстернализованного поведения и с умеренным его уровнем. Конечно, у испытуемых проводили генетический анализ, который показал, что у подростков с высокоагрессивным поведением намного чаще, чем в среднем в популяции, встречался определенный вариант гена GABRA2, ранее ассоциированный с риском развития алкоголизма. Стоит отметить, что в случае же усиленного контроля таких детей своими родителями на протяжении возраста 11-22 года, ассоциация изученного полиморфного локуса в гене GABRA2 с развитием экстернализованного поведения снижалась. Недавнее исследование также указывает на роль этого гена в склонности к излишней импульсивности – свойству темперамента, зачастую наблюдаемого у людей с какого-либо рода зависимостями109. Дальнейшие же исследования в этой области позволили конкретизировать, у кого конкретно возникает такая ассоциация гена GABRA2 с развитием импульсивности и экстернализованного поведения. Такого рода широкомасштабное исследование требовало включения в анализ большой выборки, состоящей из подростков (12-17 лет) и «юных взрослых» (18-26 лет)110. Данные были получены на основе большого консорциума, названного «Коллаборативное исследование генетических аспектов алкогольной зависимости» и включающего в исследование более 2000 индивидов. В этот раз ученые решили дифференцировать выборку на две возрастные группы (выше упомянутые), а также оценить, оказывает ли какой-либо эффект «клиническая» принадлежность испытуемого (т.е. есть ли у него самого алкогольная или иные виды зависимости, или такая зависимость есть у его родственников). При этом испытуемых 107 Dick D. M., Agrawal A., Schuckit M. A. et al. Marital status, alcohol dependence, and GABRA2: evidence for gene–environment correlation and interaction // J Stud Alcohol. – 2006. – V. 67. – P. 185–194. 108 Dick D. M., Latendresse S. J., Lansford J. E. et al. Role of GABRA2 in trajectories of externalizing behavior across development and evidence of moderation by parental monitoring // Arch Gen Psychiatry. – 2009. – V. 66. – P. 649–657. 109 Villafuerte S., Heitzeg M. M., Foley S. et al. Impulsiveness and insula activation during reward anticipation are associated with genetic variants in GABRA2 in a family sample enriched for alcoholism // Mol Psychiatry. – 2012. – V. 17. – P. 511–519. 110 Dick D.M., Aliev F., Latendresse S. et al. How phenotype and developmental stage affect the genes we find: GABRA2 and impulsivity // Twin Res Hum Genet. – 2013. – V. 16(3). – P. 661-669. 66 просили ответить на различные опросники, выявляющие экстернализованное поведение, а также уровень импульсивности, экстраверсии и доброжелательности. Результаты оказались довольно интересными: дело в том, что полиморфный локус в гене GABRA2 был ассоциирован с экстернализованным поведением, импульсивностью и экстраверсией только у подростков (12-17 лет), не имеющих алкогольной или другой зависимости, но родители которых такую зависимость имели. Эти данные указывают на необходимость пересмотреть «прошлые» заключения о вовлеченности гена GABRA2 в развитие алкогольной зависимости. Наоборот, ген GABRA2 участвует в формировании склонности в подростковом периоде к рисковому поведению и импульсивности, которые уже, в свою очередь, и определяют дальнейшую предрасположенность к употреблению алкоголя и иных психоактивных веществ. В своем стремлении выявить заболевания и психологические свойства, на которые оказывает влияние активность ГАМК системы, исследователи стали изучать и людей с депрессией. Были проведены попытки оценить уровень ГАМК в мозге пациентов, страдающих от депрессии, что позволило установить снижение уровня ГАМК у таких лиц. Ученые-генетики в свою очередь изучили несколько вариантов генов, кодирующие рецепторы ГАМК, а именно – гены, кодирующие рецепторы типа А1 и А5 (GABRA1 и GABRA5), и обнаружили их взаимосвязь с риском развития депрессивных расстройств111. Поскольку депрессивные расстройства и повышенная тревожность зачастую встречаются вместе, то были предприняты попытки связать определенные изменения в генах ГАМК рецепторов с излишней тревожностью. В 2009 году группой американских ученых из Института Психической генетики в Вирджинии было проведено исследование112, включавшее анализ 26 полиморфных вариантов в генах, кодирующих четыре типа рецептора GABAA (GABRA2, GABRA3, GABRA6, GABRG2), но, как ни удивительно, ни один из изученных полиморфных локусов не имел отношения к развитию тревожности и ассоциированных с ней расстройств. На помощь ученым, проводящим эксперименты с использованием ДНК людей, приходят заключения, сделанные в ходе экспериментов, проводимых на модельных животных. Первая же сконструированная нокаутная мышь, у которой был «выключен» рецептор GABAA, а именно его γ2 субъединица, показала, что обладает излишней тревожностью, которая впоследствии была «выключена» введением этой мыши малых доз бензодиазепинов113. Однако, для того, чтобы бензодиазепам 111 Horiuchi Y., Nakayama J., Ishiguro H. et al. Possible association between a haplotype of the GABA-A receptor alpha 1 subunit gene (GABRA1) and mood disorders // Biol Psychiatry. – 2004. – V. 55. – P. 40–45. 112 Pham X., Sun C., Chen X. et al. Association study between GABA receptor genes and anxiety spectrum disorders // Depress Anxiety. – 2009. – V. 26. – P. 998–1003. 113 Engin E., Liu J., Rudolph U. α2-containing GABA(A) receptors: a target for the development of novel treatment strategies for CNS disorders // Pharmacol Ther. – 2012. – V. 136(2). – P. 142-152. 67 демонстрировал свой анксиолитический эффект, необходимо наличие именно α2 субъединицы, что было подтверждено при изучении полного α2 нокаута по гену рецептора GABAA, поскольку в данном случае введение бензодиазепинов не помогло ученым восстановить способность мыши справляться с тревожным состоянием114. Впоследствии было предположено, что α2-рецепторы связаны с развитием депрессии и тревоги через регуляцию поведения в стрессовых ситуациях. Даже в случае короткого времени отлучения от матери новорожденных мышат наблюдалось увеличение экспрессии α2-субъединицы рецептора GABAA уже во взрослом возрасте115, что указывает на важную и определяющую роль наличия стресса в период раннего развития на дальнейшее функционирование ГАМК системы. Выявленное снижение активности ГАМК системы в развитии депрессии подтолкнуло ученых к мысли, что гены ГАМК рецепторов также могут оказывать свое влияние на формирование тревожности и связанных с ней свойств личности у здоровых людей. В первую очередь было проведено исследование гена, кодирующего α6субъединицу рецептора GABAA (GABRA6), а точнее полиморфного локуса Pro385Ser, который приводит к замене аминокислоты пролин на серин в 385 положении белка, поскольку находится в кодирующей области гена. Оказалось, что повышенный нейротизм (а значит и уровень тревожности) наблюдался чаще у лиц с гомозиготным генотипом Pro/Pro в данном положении гена116. В дальнейшем были изучены и другие полиморфные локусы в гене GABRA6. Например, для того, чтобы оценить уровень тревожности у человека, ученые решили провести эксперимент: оценили уровень «избегания ущерба» и «нейротизма» двумя различными опросниками у более 900 участников из Испании. У этих же индивидов был определен генотип по полиморфному локусу T1521C (представляющему замену тимина на цитозин в 1521 положении гена) в гене рецептора ГАМК (GABRA6). Стоит отметить, что данный локус находится в регуляторной области гена (3’-конце), а значит, может изменять связывание мРНК, «считанной» с последовательности гена GABRA6, с микроРНК, регулирующими экспрессию этой мРНК. Авторы проведенного эксперимента обнаружили, что у людей с повышенным уровнем 114 Dixon C. I., Rosahl T. W., Stephens D. N. Targeted deletion of the GABRA2 gene encoding alpha2-subunits of GABA(A) receptors facilitates performance of a conditioned emotional response, and abolishes anxiolytic effects of benzodiazepines and barbiturates // Pharmacol Biochem Behav. – 2008. – V. 90. – P. 1–8. 115 Hsu F. C., Zhang G. J., Raol Y. S., et al. Repeated neonatal handling with maternal separation permanently alters hippocampal GABAAreceptors and behavioral stress responses // Proc Natl Acad Sci U S A. – 2003. – V. 100. – P. 12213–12218. 116 Sen S., Villafuerte S., Nesse R. et al. Serotonin transporter and GABAA alpha 6 receptor variants are associated with neuroticism // Biol Psychiatry. – 2004. – V. 55(3). – P. 244-249. 68 тревожности значительно чаще встречался генотип T/T117. К тому же, ранее М. Uhart со своими коллегами из Медицинского Университета Джона Хопкинса в Балтиморе118 решили изучить, имеет ли замена нуклеотидов Т на С в кодирующей позиции 1521 гена GABRA6 какое-либо функциональное значение. С этой целью у здоровых людей проводилась оценка изменения уровня некоторых «гормонов стресса» (адренокортикотропина и кортизола) в ответ на тест социального стресса. Данный тест предполагал, что каждого человека после 10-минутной подготовки по очереди проводили в комнату, в которой на другом конце длинного стола сидели два потенциальных работодателя. Испытуемому нужно было пройти собеседование и убедить «работодателей» принять на работу именно его. Вторая часть эксперимента включала выполнение некоторых математических вычислений «в уме». После этого у испытуемых проводили анализ уровня стрессовых гормонов. Оказалось, что испытуемые, в генотипе которых присутствовал аллель С в локусе Т1521С, характеризовались снижением изменений в гормональном уровне в ответ на смоделированную стрессовую ситуацию. Причем, они же демонстрировали более низкий уровень экстраверсии (т.е. стремления к социальным контактам), чем лица с генотипом Т/Т в гене GABRA6. В последние годы значительная часть исследования была проведена по изучению затухания страха. Эта парадигма предполагает, что животное, у которого на первом этапе был выработан страх на определенный стимул, подвергают определенному сигналу, вызывающему страх, что приводит к вымиранию условного страха. Причем, ученые обнаружили, что такое вымирание страха было ассоциировано с увеличением количества ГАМК маркеров в определенном отделе головного мозга, участвующем в контроле над эмоциями - миндалевидном комплексе. Обучение торможению страха приводит к увеличению количества мРНК некоторых субъединиц рецептора GABAA, уровня глутамат декарбоксилазы (GAD) – фермента, участвующего в синтезе ГАМК, а также переносчика ГАМК (GAT1). В дополнение, снижение экспрессии мРНК субъединиц α5 и γ1 в миндалевидном комплексе у мышей с увеличенной тревожностью приводило к нарушениям в процессе затухания страха119. Несмотря на значительное количество исследований роли рецептора GABAA в снижении страха, лишь несколько работ было проведено в отношении другого типа ГАМК- рецептора – GABAВ. Согласно 117Arias B., Aguilera M., Moya J. et al. The role of genetic variability in the SLC6A4, BDNF and GABRA6 genes in anxiety-related traits // Acta Psychiatr Scand. – 2012. – V. 125(3). – P. 194-202. 118 Uhart M., McCaul M.E., Oswald L.M. et al. GABRA6 gene polymorphism and an attenuated stress response // Mol Psychiatry. – 2004. – V. 9(11). – P. 998-1006. 119 Yen Y.C., Mauch C.P., Dahlhoff M. et al. Increased levels of conditioned fear and avoidance behavior coincide with changes in phosphorylation of the protein kinase B (AKT) within the amygdala in a mouse model of extremes in trait anxiety // Neurobiol Learn Mem. – 2012. – V. 98. – P. 56–65. 69 опубликованным результатам, нокауты по гену GABAВ не характеризовались снижением страха даже в случае использования селективных антагонистов GABAВ120. Ученым еще предстоит разобраться в причинах противоречивости эффекта от, казалось бы, действий, которые должны приводить к одинаковому результату. Возможно, это объясняется наличием двух разных изоформ GABAВ рецептора, а именно, GABAB1a и GABAB1b, которые по-разному реагируют на введение различных веществ. 7.2.5. Гены глутаматной системы Еще в 30-х годах прошлого века ученые обнаружили наличие высоких концентраций глутамата в мозге, что позволило им предположить важную физиологическую значимость этой аминокислоты121. Однако, долгое время глутамат рассматривался как неспецифичный нейромедиатор до тех пор, пока в 1979 году не были обнаружены глутаматные рецепторы в мозге122, которые подразделяют на четыре класса: 1) рецепторы N-метил-D-аспартата (NMDA-рецепторы), 2) рецепторы α-амино-3-гидрокси-5-метил-4изоксазолепропионовой кислоты (АМРА-рецепторы), 3) каинатные рецепторы глутамата, 4) метаботропные рецепторы глутамата. Кроме того, было выявлено, что концентрация глутамата намного выше концентрации других неймромедиаторов в мозге, и он обнаруживается в 80% нейронов, выполняя роль главного возбуждающего нейромедиатора. Конечно, действие глутамата определяется его взаимодействием и с другими нейромедиаторами и системами. Причем, очень важным для функционирования всей сложной системы взаимосвязей в мозге является соблюдение баланса между уровнем глутамата (как возбуждающего нейромедиатора) и ГАМК (как ингибирующего нейромедиатора). Различные модели депрессии у животных продемонстрировали, что если вводить таким животным антагонисты рецепторов глутамата (т.е. вещества, которые связывают молекулы глутамата и блокируют ионные каналы), то такие вещества выступают в качестве антидепрессантов123, например, кетамин, мемантин, амантадин. Рецепторы N-метил-D-аспартата (NMDA-рецепторы) относятся к классу ионотропных глутаматных рецепторов, которые участвуют в формировании памяти и процессах обучения. Для справки: ионотропные рецепторы представляют собой мембранные каналы, открываемые или закрываемые при связывании с определенным 120 Sweeney F.F., O'Leary O.F., Cryan J.F. GABAB receptor ligands do not modify conditioned fear responses in BALB/c mice // Behav Brain Res. – 2013. – V. 256. – P. 151–156. 121 Watkins J.C., Jane D.E. The glutamate story // Br J Pharmacol. – 2006. – V. 147 (Suppl 1). – P. S100–108. 122 Evans R.H., Francis A.A., Hunt K., et al. Antagonism of excitatory amino acid-induced responses and of synaptic excitation in the isolated spinal cord of the frog // Br J Pharmacol. – 1979. – V. 67 (4). – P. 591–603. 123 Trullas R., Skolnick P. Functional antagonists at the NMDA receptor complex exhibit antidepressant actions // Eur J Pharmacol. – 1990. – V. 185(1). – P. 1–10. 70 веществом – лигандом, что сопровождается возникновением ионных токов. NMDAрецепторы являются возбуждающими рецепторами нейромедиаторов, преобладающими в мозге млекопитающих. Структурно они состоят из N1, N2 (NR2A–NR2D) и N3 (NR3A и NR3B) субъединиц. NR2 субъединицы NMDA-рецептора действуют как агонисты при связывании молекулы глутамата, т.е. приводят к открытию ионного канала и кодируются генами GRIN2A, GRIN2B, GRIN2C, GRIN2D. Обнаруженное существование четырех регуляторных N2-субъединиц определяет различия в поведении млекопитающих. Данный вывод был сделан с использованием модельных мышей, у которых с помощью методов генной инженерии были поменяны местами экзоны в С-концах, т.е. экзон в гене GRIN2A был заменен экзоном из того же участка гена GRIN2B, и, наоборот; остальные же части генов остались неизменными124. При этом проводилась оценка восьми различных видов поведения, относящихся к обучению, эмоциональной сфере, двигательной активности. Причем, чтобы точно убедиться, что изменения в поведении животных не связаны с уровнем синтезируемого белка, авторы эксперимента оценили уровень соответствующих белков-рецепторов, экспрессируемых с «нормальной» последовательности гена и с модифицированной, который остался неизменным при сравнении уровней этих рецепторов в мозге. В ходе эксперимента мышей подвергали некоторым процедурам: научению зрительной дискриминации, научению условному страху (для проверки ассоциативного обучения), ускоряющемуся вращению (для оценки координации движений и обучения), поднятому лабиринту (для оценки тревожности), тесту открытое поле (для оценки двигательной активности и импульсивности). Интересный результат был получен в отношении гена GRIN2B: всего четыре поведенческих фенотипа соответствовали поведению, ожидаемому у «нормальных» мышей, т.е. тех, у кого ген не был изменен (рис. 7.13). Кроме экспериментов с животными, доказательства вовлеченности глутамата в развитие расстройств настроения (к которым относятся депрессия, суицидальное поведение, биполярное расстройство и ряд других) были получены с помощью исследований мозга человека после его смерти, а также с помощью методов визуализации мозга (которые подробно описаны в главе 5). Так, большое число исследовательских групп пришло к выводам, что уровень глутамата в сыворотке и плазме крови, спинномозговой жидкости и в тканях мозга значительно выше у людей с расстройствами настроения по сравнению со здоровыми донорами. Однако, результаты, полученные методами визуализации мозга, не так однозначны, поскольку в разных отделах мозга у 124 Ryan T.J., Kopanitsa M.V., Indersmitten T. et al. Evolution of GluN2A/B cytoplasmic domains diversified vertebrate synaptic plasticity and behavior // Nat Neurosci. – 2013. – V. 16(1). – P. 25-32. 71 людей, страдающих от депрессии, отмечалось как снижение, так и увеличение уровня глутамата. Рис. 7.13. Поведенческие фенотипы, вызванные полным удалением С-региона в генах GRIN2B и GRIN2A (GluN2B deletion и GluN2A deletion, соответственно) или заменой экзона в С-конце генов GRIN2B и GRIN2A друг на друга (GluN2B2A(CTR) и GluN2A2B(CTR), соответственно). Для изучения эмоциональной и мотивационной функции были использованы оценки тревожности и импульсивности; для изучения двигательной функции – координация движений и двигательная активность. Оценка поведения осуществлялась с помощью шести тестов. Серым цветом отмечен мутантный фенотип, а белым цветом – нормальный фенотип. Источник: Ryan et al. (2013)124. Не секрет, что повышенный уровень нейротизма в определенных стрессовых ситуациях приводит к развитию депрессии, а последняя по данным Всемирной Организации Здравоохранения займет второе нетрудоспособности населения к 2020 году 125 место в мире среди причин . Поэтому неудивительна общность и генетических предпосылок к развитию депрессии и поведения, характеризуемого эмоциональной неустойчивостью. Чтобы ее доказать, американскими учеными совместно с их коллегами из Нидерландов было проведено исследование, в котором использовалась информация из «близнецового регистра Нидерландов» и «базы данных по изучению депрессии и тревожности в Нидерландах»126. Данные были получены более чем от 2,5 тысяч людей, у каждого из которых было прогенотипировано около 500 тысяч 125 Mathews D.C., Henter I.D., Zarate C.A. Targeting the glutamatergic system to treat major depressive disorder: rationale and progress to date // Drugs. – 2012. – V. 72(10). – P. 1313-1333. 126 Aragam N., Wang K.S., Anderson J.L., Liu X. TMPRSS9 and GRIN2B are associated with neuroticism: a genome-wide association study in a European sample // J Mol Neurosci. – 2013. – V. 50(2). – P. 250-256. 72 однонуклеотидных локусов по всему геному в рамках полно-геномного анализа ассоциаций. Параллельно тот же самый генетический анализ был проведен на выборке, состоящей из близнецов и их супругов из ~ 11000 австралийских семей с антисоциальным поведением. Интересные факты были получены в ходе эксперимента. Оказалось, что полиморфные локусы в гене NMDA-рецептора 2В (GRIN2B) с высоким уровнем статистической значимости были ассоциированы как с нейротизмом, так и с риском развития антисоциального поведения, причем, результат был получен на выборках индивидов европейского происхождения, но проживающих в совершенно разных частях света. Недавнее исследование, проведенное учеными в китайской популяции, также подтвердило участие гена GRIN2B в развитие терапевтически резистентной депрессии127, представляющей собой заболевание, которое не поддается лечению на протяжении как минимум двух курсов лечения антидепрессантами. Функциональные исследования, проведенные группой американских ученых в 2014 году, также позволили оценить уровень экспрессии субъединиц рецепторов глутамата в мозге пациентов, страдавших от депрессии, в ближайшее время после их смерти128. Оказалось, что значительное повышение экспрессии субъединиц GRIN2B и GRIN2C было характерно для таких пациентов по сравнению с контрольной группой здоровых индивидов в определенной части мозга, называемой «голубое пятно» и отвечающей за ответ на стрессовые воздействия. Однако, повышенный уровень эмоциональной неустойчивости является не только «предвестником» депрессии, но и приводит к снижению памяти и даже к болезни Альцгеймера (тяжелому нейродегенеративному заболеванию, возникающему в основном у лиц старше 65 лет и характеризующемся потерей как краткосрочной, так и долгосрочной памяти, и обусловленному накоплением амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков в тканях мозга). Такие данные были получены при исследовании более 500 пожилых людей на протяжении 6 лет, что и позволило прийти к такому заключению129. Большое количество экспериментов продемонстрировало участие гена GRIN2B в развитие проблем в когнитивной деятельности, включая болезнь Альцгеймера и интеллектуальных нарушений. Причем, такие когнитивные нарушения не существуют «сами по себе», а проявляются совместно с другими нарушениями в психической области. К таким выводам 127 Zhang C., Li Z., Wu Z. et al. A study of N-methyl-D-aspartate receptor gene (GRIN2B) variants as predictors of treatment-resistant major depression // Psychopharmacology (Berl). – 2014. – V. 231(4). – P. 685-693. 128 Chandley M.J., Szebeni A., Szebeni K. et al. Elevated gene expression of glutamate receptors in noradrenergic neurons from the locus coeruleus in major depression // Int J Neuropsychopharmacol. – 2014. – V. 17(10). – P. 1569-1578. 129 Wang H.X., Karp A., Herlitz A. et al. Personality and lifestyle in relation to dementia incidence // Neurology. – 2009. – V. 72. – P. 253–259. 73 пришли ученые из Института детской и подростковой психиатрии в Германии, когда изучали пятерых детей в возрасте 3-14 лет. Все дети родились у психически здоровых родителей и выглядели абсолютно физически здоровыми. Однако, почти с младенчества у них были диагностированы интеллектуальные нарушения с задержкой двигательного и речевого развития, сопровождаемые гиперактивностью, импульсивностью, внешненаправленной агрессией, неспособностью сконцентрировать свое внимание, а также проблемами со сном. Оказалось, что причина таких нарушений опять кроется в измененной последовательности гена GRIN2B, в котором были обнаружены новые, ранее не встречающиеся мутации130. Многоплановость изучения «причастности» гена GRIN2B к развитию расстройств настроения, когнитивных функций, шизофрении и других психических заболеваний недавно дополнилась вопросом об его участии в слуховой латерализации и детерминации ведущей руки. Дело в том, что в мозге человека в результате индивидуального развития происходит так называемая латерализация функций, т.е. «выбор» доминантного полушария в выполнении тех или иных задач, которая примерно заканчивается к концу подросткового периода. Самыми яркими примерами латерализации являются выбор ведущей руки и полушария, которое контролирует слуховые функции в большей степени. У около 95% «правшей» и 75% «левшей» левое полушарие является доминантным в обработке слуховой информации131. Ученые в своей гипотезе отталкивались от того, что у больных шизофренией нарушена доминантная роль левого полушария в становлении слуховых функций, причем, риск развития данного заболевания связан с определенными вариантами гена GRIN2B. В связи с этим исследователи задались целью проверить, существует ли взаимосвязь между латерализацией мозга и наличием определенного варианта гена рецептора глутамата132. Для оценки слуховой латерализации ученые применили методику дихотического прослушивания, при которой испытуемым с надетыми наушниками одновременно в оба уха предъявляются разные слоги таким образом, что каждое ухо воспринимает один слог. Если же испытуемые более точно идентифицируют слоги, предъявляемые на правое, а не на левое ухо, то можно говорить о левополушарной латерализации, и наоборот. В итоге такого эксперимента исследовательской группой во главе с Sebastian Ocklenburg было обнаружено, что наличие гетерозиготного генотипа C/T в полиморфном локусе rs1806201 гена GRIN2B 130 Freunscht I., Popp B., Blank R. et al. Behavioral phenotype in five individuals with de novo mutations within the GRIN2B gene // Behav Brain Funct. – 2013. – V. 9. – P. 20. 131 Bethmann A., Tempelmann C., De Bleser R. et al. Determining language laterality by fMRI and dichotic listening // Brain Res. – 2007. – V. 1133. – P. 145–157. 132 Ocklenburg S., Arning L., Hahn C. et al. Variation in the NMDA receptor 2B subunit gene GRIN2B is associated with differential language lateralization // Behav Brain Res. – 2011. – V. 225(1). – P. 284-289. 74 обуславливало предрасположенность к «обычной» доминантной роли левого полушария в формировании слуховых функций. Удивительно, но таковой взаимосвязи между вариантами гена и склонностью к право- или леворукости обнаружено не было. Помимо взаимосвязи полиморфных вариантов гена GRIN2B в локусе rs1806201 с латерализацией слуховых функций, в 2011 году в журнале Neuropharmacology была опубликована статья, в которой сообщалось, что именно этот локус участвует в принятии более рисковых решений, что наблюдалось только у женщин – носителей генотипа C/C133. В ходе эксперимента испытуемым предлагалась специально разработанная игра (Iowa Gambling Task), в начале которой человеку «выдавалось» 2000 долларов. В результате очередного хода испытуемому необходимо было выбрать одну из четырех кнопок (A, B, C или D), причем целью игры являлось накопление большей суммы, чем изначально «выдавалась». При этом, при нажатии копок А и В компьютер выдает «выигрыш» или «штраф» в абсолютном значении большем, чем в случае выбора кнопок C и D. Таким образом, в ходе игры испытуемый сам выбирает свою стратегию: либо рисковать, либо «тише едешь дальше будешь». В результате компьютерной обработки вычисляется ряд параметров, свидетельствующих о склонности к рисковому поведению. Еще одним геном, представляющим интерес как ген-кандидат депрессивного поведения и излишней тревожности, является ген GRM8, кодирующий метаботропный рецептор глутамата и относящийся к рецепторам, модулирующим глутаматную нейротрансмиссию посредством ингибирования высвобождения глутамата в синаптическую щель. В частности, ученые пришли к выводам, что агонисты метаботропных рецепторов глутамата (т.е. вещества, усиливающие действие таких рецепторов) характеризовались анксиолитическим эффектом, т.е. снижали депрессивное поведение у модельных животных134. Другие авторы продемонстрировали, что введение агониста GRM8 лабораторным крысам, которых ранее приучили к самостоятельному приему алкоголя, приводило к уменьшению числа подходов к контейнеру с этой жидкостью135. Другим фенотипом, который характеризует аддиктивное поведение человека и необходимость в «вознаграждении» для полноценного существования, является курение. Генетическими аспектами возникновения именно такого аддиктивного поведения и заинтересовались ученые-генетики. 133 Испытуемых, включенных Ness V., Arning L., Niesert H.E. et al. Variations in the GRIN2B gene are associated with risky decision-making // Neuropharmacology. – 2011. – V. 61(5-6). – P. 950-956. 134 Stachowicz K., Klodzinska A., Palucha-Poniewiera A. et al. The group III mGlu receptor agonist ACPT-I exerts anxiolytic-like but not antidepressant-like effects, mediated by the serotonergic and GABA-ergic systems // Neuropharmacology. – 2009. – V. 57. – P. 227–234. 135 Backstrom P., Hyytia P. Suppression of alcohol self-administration and cue-induced reinstatement of alcohol seeking by the mGlu2/3 receptor agonist LY379268 and the mGlu8 receptor agonist (S)-3,4-DCPG // Eur J Pharmacol. – 2005. – V. 528. – P. 110–118. 75 в исследование (около 3500 человек), разделили на группы в зависимости от того, курят ли они в настоящее время или курили ранее136. Ученые провели генотипирование более 600 тысяч полиморфных локусов в выбранных генах-кандидатах (рис. 7.14), которое выявило, что гены, относящиеся к глутаматной системе (а именно, GRM8 и GRIN2B) ассоциированы с инициацией курения и никотиновой зависимостью вообще. Позднее другой исследовательской группой на итальянской популяции (исследовано около 6000 человек) было проведено методически аналогичное исследование, включившее анализ более 2,5 млн однонуклеотидных локусов, разбросанных по всему геному137. В результате статистической обработки данных учеными было обнаружено два гена (один из которых – GRM8), ассоциированных с развитием депрессивных черт и нейротизма. 136 Vink J.M., Smit A.B., de Geus E.J. et al. Genome-wide association study of smoking initiation and current smoking // Am J Hum Genet. – 2009. – V. 84(3). – P. 367-379. 137 Terracciano A., Tanaka T., Sutin A.R. et al. Genome-wide association scan of trait depression // Biol Psychiatry. – 2010. – V. 68(9). – P. 811-817. 76 Рис. 7.14. Гены, включенные в полногеномный анализа ассоциаций, их внутриклеточная локализация, функция и взаимодействия. Гены, выделенные крупным шрифтом, были ассоциированы с никотиновой зависимостью при уровне значимости p<0,0001. Зеленым цветом показаны гены, ассоциированные с «началом курения»; голубым – с «никотиновой зависимостью»; желтым – с обоими фенотипами. Источник: Vink et al. (2009)136. 77 7.2.6. Гены гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы Другим важным звеном, участвующим в регуляции поведения, является гипоталамогипофизарно-надпочечниковая гормональной регуляции система, вегетативных представляющая функций собой организма, единую систему активация которой происходит в ответ на стресс и находится под контролем нейропептидов - аргининвазопрессина (AVP) и окситоцина (OXT). Исходя из научных исследований, проведенных на модельных животных, было сделано заключение о важной роли вышеуказанных нейропептидов в развитии социального поведения (в частности, материнского и супружеского поведения, необходимости в социальных контактах), формировании социальной памяти и развитии импульсивности, агрессии, суицидального поведения. Гены рецепторов аргинин-вазопрессина Согласно литературным данным, поведение млекопитающих находится под контролем циркадных ритмов, генерируемых в супрахиазмальном ядре гипоталамуса (отделе мозга, синхронизирующем работу всех компонентов «биологических часов» организма), в котором обнаружен аргинин-вазопрессин – единственный нейропептид, синтезируемый во время циркадных ритмов в живом организме. В последнее время интерес некоторых групп ученых в области психогенетики направлен на изучение роли аргинин-вазопрессина и его рецепторов в формирование индивидуальных свойств личности. Чтобы выяснить, существует ли взаимосвязь между уровнем аргининвазопрессина и склонностью к развитию тревожности и связанных с этим психических заболеваний, ученым из Национального Института исследования психического здоровья в Канаде 138 удалось посмертно собрать ткани мозга от лиц, совершивших суицид, и провести ряд экспериментов. Результаты этого исследования показали, что именно у таких людей наблюдался повышенный уровень аргинин-вазопрессина в префронтальной коре - отделе мозга, участвующем в контроле над сложными когнитивными и поведенческими реакциями, эмоциями. В связи с тем, что активность аргинин-вазопрессина находится под контролем его рецепторов (в частности, типа 1В и 1А), ученые задались целью обнаружить взаимосвязь между полиморфными локусами в генах, кодирующих рецепторы 1А и 1В аргининвазопрессина (AVPR1A и AVPR1B), и социальным поведением. На помощь в этом вопросе опять пришли мыши. С помощью сложных генно-инженерных манипуляций с геномом 138 Z. Merali, P. Kent, L. Du et al. Corticotropin-releasing hormone, arginine vasopressin, gastrin-releasing peptide, and neuromedin B alterations in stress-relevant brain regions of suicides and control subjects // Biol. Psychiatry. – 2006. – V. 59(7). – P. 594-602. 78 мышей и последующей селекцией группе американских ученых еще в 2004 году139 удалось создать линии грызунов, у которых не синтезировался рецептор аргининвазопрессина типа 1А (так называемый «нокаут» по гену AVPR1A). В поведенческих экспериментах данные мыши демонстрировали значительно сниженную агрессию и нарушения в социальной сфере, которые невозможно было восстановить даже при инъекции аргинин-вазопрессина. Ученые полагают, что данный рецептор может являться мишенью для потенциальных фармпрепаратов, разрабатываемых для лечения социальных и аффективных расстройств. Промоторный регион (начало гена) гена AVPR1A характеризуется наличием трех функциональных микросателлитных повторов, которые обозначаются (GT)25, RS1 и RS3 (рис. 7.15). Микросателлиты представляют собой простые короткие (или, как их еще называют, тандемные) повторы — варьирующие участки в молекуле ДНК, состоящие из повторяющихся фрагментов длиной от 1 до 6 пар оснований. Благодаря выдающейся работе двух ученых140 было продемонстрировано наличие высокогомологичных микросателлитных вариантов у человека и карликового шимпанзе, характеризующихся высоким уровнем социальных взаимодействий, в то время как удаление участка размером в 360 пар нуклеотидов в промоторном регионе этого гена было обнаружено у обыкновенного шимпанзе, для которого характерны низкие уровни социальной привязанности. Микросателлитный локус RS1 в промоторном регионе гена AVPR1A является функционально-значимым, что было выявлено ирландскими исследователями с помощью добавления специфических генетических конструкций в клеточные линии нейробластомы человека, культивируемые при искусственных условиях. Так, группа нейропсихиатрических генетиков вместе с Катериной Тансей обнаружила, что наличие «короткого» аллеля в локусе RS1141 приводит к снижению «считывающей» активности, что, в свою очередь, связано с пониженным уровнем производимого рецепторного белка. Согласно другим работам этот же «короткий» аллель чаще наблюдался у здоровых людей, для которых характерным было повышение активации миндалевидного комплекса142, ассоциированного со сниженной социальной активностью и альтруизмом (просоциальным поведением). Этой группой ученых была отмечена взаимосвязь повышенного «поиска 139 I. F. Bielsky, S. B. Hu, L. J. Young Sexual dimorphism in the vasopressin system: lack of an altered behavioral phenotype in female V1a receptor knockout mice/ Behavioural brain research. – 2005. – V. 164. – №. 1. – P. 132136. 140 Hammock E.A., Young L.J. Microsatellite instability generates diversity in brain and sociobehavioral traits // Science. – 2005. – V. 308(5728). – P. 1630-1634. 141 K.E. Tansey, M.J. Hill, L.E. Cochrane et al. Functionality of promoter microsatellites of arginine vasopressin receptor 1A (AVPR1A): implications for autism // Molecular Autism. - 2011. - V. 2(3). - P. 1-8. 142 A. Meyer-Lindenberg, B. Kolachana, B. Gold et al. Genetic variants in AVPR1A linked to autism predict amygdala activation and personality traits in healthy humans // Mol. Psychiatry. - 2009. - V. 14. - P. 968–975. 79 новизны» (стремления к новому, к новым социальным контактам) и снижение тревожности («избегания ущерба») с наличием «длинного» аллеля в локусе RS1 в европейской популяции. Рис. 7.15. Схематичное представление гена AVPR1A с указанием локализации микросателлитных локусов. Источник: Tansey et al. (2011)141. В нашей лаборатории также были проведены исследования этого микросателлитного локуса у здоровых индивидов, которое выявило статистически значимое увеличение социальной активности (повышение «экстраверсии») у лиц, в геноме которых имелся «короткий» аллель. Такая противоречивость может быть обусловлена не только различиями в размере выборки (около 250 здоровых индивидов - у Meyer-Lindenberg с соавторами) или наличием психиатрического диагноза у испытуемых (аутизма - у Tansey с соавторами), но и культурными и религиозными различиями между изучаемыми популяциями. Большое число исследований было также сосредоточено на изучении микросателлитного локуса RS3, находящегося в промоторном регионе гена AVPR1A. Работы, проведенные на обезьянах, свидетельствуют о роли гена рецептора 1А аргининвазопрессина в вариации социального поведения. Так, группой ученых было показано, что самцы шимпанзе – носители консервативного повтора в локусе RS3 в промоторном регионе гена характеризовались повышенной «доминантностью» и пониженной «добросовестностью» по сравнению с самками143. Генетические исследования этого локуса проводились и на людях. С этой целью израильские ученые 144 пригласили для 143 W.D. Hopkins, Z.R. Donaldson, L.J. Young. A polymorphic indel containing the RS3 microsatellite in the 5' flanking region of the vasopressin V1a receptor gene is associated with chimpanzee (Pan troglodytes) personality // Genes Brain Behav. – 2012. – V. 11(5). – P. 552-558. 144 R. Avinun, S. Israel, I. Shalev. AVPR1A variant associated with preschoolers' lower altruistic behavior // Plos One. - 2011. - V. 6(9). - P. 1-5. 80 участия в эксперименте около 100 пар близнецов в возрасте 3-3,5 года с одним из родителей. Детям в игровой форме рассказывали сказку о том, что они нашли конверт, в котором находится 6 наклеек, и этот конверт теперь принадлежит ребенку. Но где-то живет другой ребенок, у которого нет ни одной наклейки, и у испытуемого есть возможность подарить сколько угодно наклеек второму ребенку, но только если у него возникло такое желание. В дальнейшем ученые проводили генотипирование и распознавание аллелей у каждого из участвующих детей. В итоге у детей, имеющих в своем геноме «консервативный» аллель по локусу RS3 наблюдалось пониженное стремление к тому, чтобы отдать свои наклейки другому, что характеризует снижение альтруизма. Наряду с изучением социального поведения, была обнаружена роль гена рецептора аргинин-вазопрессина в развитие творческих и музыкальных способностей 145. Для этого ученым понадобилось собрать 19 больших родословных, в которых родственники добивались значительных успехов в музыке или актерском мастерстве. Благодаря проведенному исследованию финским исследователям удалось выяснить, что индивиды с определенными наборами полиморфных вариантов в гене AVPR1A проявляли большую склонность к сочинению, импровизированию и аранжировке музыки. Интересные данные были получены и при изучении поведения грызунов. Оказалось, что склонность к моногамии определяется наличием консервативного аллеля в локусе RS3. Эти результаты в дальнейшем были подтверждены и в экспериментах на человеке 146. Так, при исследовании более 500 близнецовых пар и их супругов было сделано заключение о том, что наличие консервативного аллеля в локусе RS3 чаще было связано со снижением супружеской верности по сравнению с носителями других аллелей. В нашей лаборатории также проводились молекулярно-генетические исследования на человеке по выявлению предрасположенности к развитию социально-обусловленных личностных качеств. Любопытно, что снижение целеустремленности было обнаружено у людей– носителей аллеля А локуса rs11174811 в гене AVPR1A, родившихся летом или весной, т.е. «сезон рождения» помогает выявить взаимосвязь наличия определенного варианта в гене с настойчивостью в достижении целей. Вовлеченность «сезона рождения» в вариации черт личности может быть обусловлена некоторыми факторами: во-первых, сезонными изменениями в частоте некоторых инфекционных заболеваний во время 145 L.T. Ukkola, P. Onkamo, P. Raijas. Musical aptitude is associated with AVPR1A-haplotypes // PLoS One. – 2009. – V. 4(5). – P. e5534. 146 Walum H., Westberg L., Henningsson S. et al. Genetic variation in the vasopressin receptor 1a gene (AVPR1A) associates with pair-bonding behavior in humans // Proc Natl Acad Sci U S A. – 2008. – V. 105(37). – P. 1415314156. 81 беременности, оказывающих влияние на возникновение врожденных структурных и функциональных изменений мозга. Во-вторых, существуют сезонные изменения в рационе питания беременной и кормящей женщины; в частности, уровня витамина Д, дефицит которого также может оказывать влияние на возникновение изменений мозга. Втретьих, ученые полагают, что существует взаимосвязь сезона рождения с уровнем активности нейромедиаторных систем во взрослом возрасте147. Чтобы предсказать функциональную значимость наличия определенного аллеля в гене, в помощь генетикам приходит так называемый биоинформатический анализ, который с помощью специальных программ позволяет спрогнозировать эффект от наличия определенного аллеля на уровень «считывания» генетической информации. Как было рассмотрено в предыдущих главах, полиморфные локусы, находящиеся в 3’-концах гена, зачастую могут находиться в областях связывания мРНК с микроРНК. Стоит отметить, что как раз изученный нами полиморфный локус rs11174811 находится в конце гена и играет роль в изменении «считывания» генетической информации 148. Данная информация позволила целеустремленности нам может сделать быть предположение, ассоциировано с что снижение увеличением уровня «считывания» информации с гена AVPR1A. Данный процесс наиболее активно протекает в отделах мозга, связанных с функционированием дофаминовой системы, участвующей в регуляции «системы вознаграждения» мозга и участвующей в регулировании и контроле поведения при помощи положительных реакций на действия, вызывающие чувство удовольствия. Поэтому, вероятно, что изменения в уровне рецептора аргинин-вазопрессина, закодированные в последовательности ДНК, будут модулировать также и дофаминовую систему, что и может объяснить ее участие в регуляции поведения, жаждущего положительного подкрепления со стороны других людей. В то же время было показано, что усиление метаболизма дофамина наблюдается у лиц, родившихся с ноября по декабрь, а его снижение – у тех, кто родился в мае-июне, в связи с длиной светового дня в перинатальном периоде149. Таким образом, можно предположить дефицит уровня дофамина и снижение целеустремленности у лиц, родившихся в весенние и летние месяцы. 147 J.H. Antonsen, X. Gonda, P. Dome, Z. Rihmer. Associations between season of birth and suicide: a brief review // Neuropsychopharmacol. Hung. - 2012. - V. 14. - № 3. - P. 177-187. 148 B.S. Maher, V.I. Vladimirov, S.J. Latendresse et al. The AVPR1A gene and substance use disorders: association, replication and functional evidence // Biological Psychiatry. - 2011. - V. 70(6). - P. 519-527. 149 Chotai J., Adolfsson R. Converging evidence suggests that monoamine neurotransmitter turnover in human adults is associated with their season of birth // Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci. – 2002. – V. 252(3). – P. 130134. 82 Гены глюкокортикоидного и минералокортикоидного рецепторов Глюкокортикоиды - стероидные гормоны, производимые корой надпочечников, они являются индикаторами борьбы организма со стрессовым воздействием. Рядом ученых было показано, что введение глюкокортикоидов приводит к снижению исследовательского поведения у животных. В свою очередь, действие глюкокортикоидов связано с их взаимодействием с двумя типами внутриклеточных рецепторов глюкокортикоидного (ГР, кодируется геном NR3C1) и минералокортикоидного (МР, кодируется геном NR3C2). Известно, что при повышенных уровнях глюкокортикоидов (в частности, кортизола) наблюдается увеличение уровня глюкокортикоидных рецепторов. На генном уровне было показано, что такая взаимосвязь нарушена у людей с расстройствами личности, у которых наблюдалось снижение экспрессии гена NR3C1 в мозге150, что приводит к сбою в контроле над уровнем глюкокортикоидов, излишне синтезируемых во время стресса. Аналогичные результаты были обнаружены и при моделировании стрессовой ситуации у экспериментальных животных. Учеными были созданы специальные линии мышей, содержащие двойную и «уменьшенную в два раза» дозу гена глюкокортикоидного рецептора (NR3C1)151. В ходе эксперимента оказалось, что снижение экспрессии гена NR3C1 на 50% приводило к повышенной беспомощности у мышей после стрессовой ситуации по сравнению с мышами «дикого типа», в то время как мыши с повышенной в 2 раза дозой гена проявляли большую устойчивость к стрессу. На основе таких данных, полученных в результате функциональных исследований, исследователи решили выявить наличие взаимосвязи между разными полиморфными вариантами (ER22/23EK, BclI C/G, N363S, и 9beta A/G) в гене глюкокортикоидного рецептора (NR3C1) и психологическими свойствами, а также психическими нарушениями. Как ни удивительно, опять было найдено подтверждение роли этого гена в формирование тревожности и депрессивных симптомов, что отражает индивидуальную реакцию на стресс. Причем, именно наличие стрессовых ситуаций в детстве играет существенную роль в обнаружении генетического эффекта от наличия того или иного варианта в гене NR3C1 в развитие депрессивных симптомов152. 150 Webster M.J., Knable M.B., O'Grady J. et al. Regional specificity of brain glucocorticoid receptor mRNA alterations in subjects with schizophrenia and mood disorders // Mol Psychiatry. – 2002. – V. 7(9). – P. 985-994. 151 Ridder S., Chourbaji S., Hellweg R. et al. Mice with genetically altered glucocorticoid receptor expression show altered sensitivity for stress-induced depressive reactions // J Neurosci. – 2005. – V. 25(26). – P. 6243-6250. 152 Bet P.M., Penninx B.W., Bochdanovits Z. et al. Glucocorticoid receptor gene polymorphisms and childhood adversity are associated with depression: New evidence for a gene-environment interaction // Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. – 2009. – V. 150B(5). – P. 660-669. 83 7.2.7. Гены половых гормонов и их рецепторов Существуют данные о половой специфичности многих выявленных ассоциаций генов с различными психологическими признаками и психическими заболеваниями. В связи с этим особый интерес представляет изучение роли половых гормонов - эстрогенов (женских половых гормонов) и андрогенов (мужских половых гормонов), которые также играют важную роль в регуляции передачи нервных сигналов. Ген рецептора эстрогена альфа (ESR1) Исследования, проведенные с участием человека и животных, указывают на участие эстрогена в регуляции эмоций и аффективного поведения. В частности, снижение уровня эстрогена у женщин приводит к лабильности настроения, раздражительности, депрессии, бессоннице, снижению когнитивных функций, особенно памяти и внимания 153. Работы, проведенные на животных, показывают, что введение эстрогена в гиппокамп и миндалевидный комплекс крыс с удаленными яичниками приводит к снижению тревожности154. К настоящему времени известно, что активность эстрогенов в мозге связана с активацией рецепторов эстрогена (ERα и ERβ), и формируемый комплекс эстрогенрецептор может влиять на экспрессию сотен генов. Рецептор эстрогена ERα в основном экспрессируется в гипоталамусе и миндалевидном комплексе - регионах мозга, вовлеченных в регуляцию аффективного поведения, механизмы формирования эмоций, ассоциативную и эмоциональную память; в то время как рецептор эстрогена ERβ экспрессируется в гиппокампе, участвующем в консолидации памяти и отвечающем за работу декларативной памяти155. Кроме того, эстрогены влияют на функционирование нейромедиаторных систем мозга, приводя к повышению синтеза серотонина и норадреналина, регулируя, тем самым эмоциональное поведение. Поэтому ученые предположили, что генетические вариации в гене рецептора эстрогена альфа (ESR1) могут в определенной степени отвечать за формирование личностных черт (черт тревожного ряда) и когнитивных способностей. В большом количестве молекулярно-генетических работ проведено изучение полиморфных локусов rs9340799 (XbaI) и rs2234693 (PvuII), расположенных в интроне 1 гена ESR1. Известно, что аллели G (rs9340799) и C (rs2234693) в гене рецептора эстрогена альфа ассоциированы с повышением экспрессии 153 E. W. Freeman, M. D. Sammel, H. Lin et al. Associations of hormones and menopausal status with depressed mood in women with no history of depression // Arch Gen Psychiatry. - 2006. – V. 63. – P. 375–382. 154 A. A. Walf, C. A. Frye. A review and update of mechanisms of estrogen in the hippocampus and amygdala for anxiety and depression behavior // Neuropsychopharmacology. – 2006. – V. 31(6). – P. 1097-1111. 155 E. E. Sundermann, P. M. Maki, J. R. Bishop. A review of estrogen receptor alpha gene (ESR1) polymorphisms, mood, and cognition // Menopause. - 2010. – V. 17(4). – P. 874-886. 84 гена, и, тем самым, уровня эстрогена посредством изменения связывания транскрипционных факторов156. Кроме интронных локусов исследователи обратили свое внимание на существование ТА-повторов в промотроной области гена рецептора эстрогена (ESR1). Эти ТА-повторы состоят из двух нуклеотидов – тимина и аденина, число «повторений» которых различно у разных людей. Как упоминалось ранее, промоторный регион гена имеет важное значение для определения уровня экспрессии гена, а, следовательно, и кодируемого им белка (в этом случае – рецепторов эстрогена). Поэтому в ходе различных экспериментов, проведенных в разных уголках земного шара, было сделано важное заключение: у людей с небольшим числом ТА-повторов будет значительно чаще, чем в среднем в популяции, наблюдаться повышенная тревожность 157 158 . Ген андрогенного рецептора Известно, что мужские половые гормоны - андрогены - влияют на структуру и функцию головного мозга, участвуют в защите нервных клеток и играют ключевую роль в половой дифференциации как в эмбриональный период развития, так и во взрослом состоянии. Действие андрогенов осуществляется посредством их связывания с андрогенными рецепторами (AR). Исследования, проведенные с участием животных, продемонстрировали роль гена, кодирующего рецептор андрогена (AR), в становлении различных форм поведения. Так, мыши-нокауты по гену AR (у которых ген рецептора андрогена искусственно «отключен») характеризовались повышенной тревожностью по сравнению с мышами «дикого типа»159. Какие же существуют полиморфные локусы в гене рецептора андрогена, которые могут «изменять» уровень его экспрессии? Ученые обнаружили, что в первом экзоне гена рецептора андрогена находятся три полиморфных варианта: два тринуклеотидных повтора CAG, GGN и синонимичный локус rs6152 (G1733A) между ними. Из литературных данных известно, что CAG-повтор расположен в области связывания транскрипционного фактора, что определяет различия в уровне его экспрессии у людей в зависимости от числа повторов. Так, существует обратная зависимость между количеством CAG-повторов и активностью рецептора: с увеличением 156 H. Maruyama, H. Toji, C. R. Harrington, et al. Lack of an association of estrogen receptor alpha gene polymorphisms and transcriptional activity with Alzheimer disease // Arch Neurol. – 2000. – V. 57(2). – P. 236-240. 157 H. Tiemeier, S. C. Schuit, T. den Heijer. Estrogen receptor alpha gene polymorphisms and anxiety disorder in an elderly population // Mol Psychiatry. – 2005. – V. 10(9). – P. 806–807. 158 R. Gade-Andavolu, J. Macmurray, D. E. Comings. Association between the estrogen receptor TA polymorphism and Harm avoidance // Neurosci Lett. – 2009. – V. 467(2). – P. 155-158. 159 H. T. Chen, Y. C. Wu, S. T. Chen, et al. Androgen receptor CAG repeats, non-random X chromosome inactivation, and loss of heterozygosity at Xq25 in relation to breast cancer risk // BMC cancer. – 2014. – V. 14(1). – P. 144. 85 числа повторов наблюдается уменьшение функциональной активности андрогенного рецептора160. Второй GGN-повтор изучен существенно хуже. Тем не менее, эксперименты для изучения того, влияет ли каким либо образом количество GGN-повторов на уровень синтезируемого белка - рецептора андрогена, также проводились. В этот раз ученые также применили хорошо известный подход: искуственно создали две плазмидные конструкции, в одной из которых была удалена GGN-последовательность, а другая ее содержала. На втором этапе полученные конструкции «встроили» в клеточные линии, чтобы обнаружить, как влияет наличие или отсутствие GGN-последовательности на уровень синтезируемой мРНК. В ходе эксперимента оказалось, что при удалении этого участка из гена происходит снижение синтезируемой мРНК, а, следовательно, и самого белкарецептора андрогена161. Полученные данные о функциональной важности этих повторов способствовали проведению экспериментов по выявлению взаимосвязи между различиями в числе повторов в гене рецептора андрогена и различиями в свойствах личности. Как и в случае с геном рецептора окситоцина, оказалось, что вариации в гене рецептора андрогена также «определяют» наши различия в уровне тревожности и эмоциональной неустойчивости. Например, при изучении мужчин из Австралии была выявлена большая предрасположенность к повышенному «психотизму» при наличии в геноме коротких CAG повторов162. К настоящему времени опубликованы молекулярно-генетические работы, показывающие ассоциацию указанных выше повторов в гене AR с развитием депрессивных симптомов. Группой финских ученых в 2003 году были опубликованы результаты научного эксперимента, в котором у мужчин в возрасте 40-70 лет проводили психологическое тестирование на наличие тревожности, упадка настроения и суицидальных мыслей163. Оказалось, что люди с «длинными» CAG повторами значимо чаще обозначали свое состояние как депрессивное по сравнению с мужчинами, у которых в гене рецептора андрогена были «короткие» CAG повторы. 160 Beilin J., Ball E.M., Favaloro J.M., Zajac J.D. Effect of the androgen receptor CAG repeat polymorphism on transcriptional activity: specificity in prostate and non-prostate cell lines // J Mol Endocrinol. – 2000. – V. 25(1). – P. 85-96. 161 T. Gao, M. Marcelli, M. J. McPhaul. Transcriptional activation and transient expression of the human androgen receptor // The Journal of steroid biochemistry and molecular biology. – 1996. – V. 59. – №. 1. – P. 9-20. 162 R. Turakulov, A. F. Jorm, P. A. Jacomb, et al. Association of dopamine-β-hydroxylase and androgen receptor gene polymorphisms with Eysenck’s P and other personality traits // Personality and individual differences. – 2004. – V. 37. – №. 1. – P. 191-202. 163 K. Härkönen, I. Huhtaniemi, J. Mäkinen, et al. The polymorphic androgen receptor gene CAG repeat, pituitary– testicular function and andropausal symptoms in ageing men // International journal of andrology. – 2003. – V. 26. – №. 3. – P. 187-194. 86 7.2.8. Гены системы нейротрофического фактора Наиболее сильное трофическое влияние на все основные процессы жизнедеятельности нервной клетки оказывают нейротрофины - регуляторные белки нервной ткани, которые синтезируются в ее клетках. Нейротрофический фактор головного мозга (BDNF, от англ. brain-derived neurotrophic factor) является одним из наиболее распространенных нейротрофинов в головном мозге, играющих важную роль в развитии мозга и «взрослении» нейронов. Большая часть выводов о роли нейротрофинов в мозге была сделана на основании экспериментов с нейронами, которые искусственно выращивают в определенных условиях окружающей среды. В данных исследованиях ученые «выключали» работу гена с помощью особых молекулярно-биологических процедур (для того, чтобы ген стал инактивированным) и оценивали уровень кодируемого им белка-нейротрофина. В ходе подобных экспериментов исследователи показали, что нейротрофический фактор головного мозга участвует в выживании нейронов в гиппокампе (специфическом отделе мозга, участвующем в механизмах формирования эмоций, переходе кратковременной памяти в долговременную). С помощью специальных методов было выяснено, что этот нейротрофин участвует не только в процессах формирования памяти, но и в развитии тревожных состояний и депрессии. В частности, датские исследователи при изучении близнецов выявили, что в плазме крови (т.е. жидкой ее части) у лиц с предрасположенностью к депрессии наблюдалось сниженное количество нейротрофического фактора головного мозга164. Причем, данное наблюдение было характерно только для лиц женского пола при условии наличия у них более трех стрессовых ситуаций в последнее время. Интересно, что также при изучении здоровых людей из общей популяции группе вьетнамских ученых удалось обнаружить различия в уровне этого нейротрофина в плазме и сыворотке крови. Последняя представляет собой плазму крови, лишенную специфического белка – фибриногена, который удаляют из плазмы либо путем ее естественного свертывания, либо с помощью осаждения ионами кальция. В ходе эксперимента ученые пришли к заключению, что различия в уровне нейротрофического фактора головного мозга между людьми с высоким и низким уровнем нейротизма (эмоциональной неустойчивости) обнаруживаются только в сыворотке. Таким образом, у здоровых людей с более высоким уровнем депрессии по шкале Гамильтона было выявлено меньше этого нейротрофина, чем у людей с низким уровнем депрессии 165. Опираясь на полученные данные, были сделаны предположения о существовании 164 V. Trajkovska, M. Vinberg, S. Aznar, et al. Whole blood BDNF levels in healthy twins discordant for affective disorder: association to life events and neuroticism // Journal of affective disorders. – 2008. – V. 108. – №. 1. – P. 165-169. 165 Terracciano A., Lobina M., Piras M.G. et al. Neuroticism, depressive symptoms, and serum BDNF // Psychosom Med. – 2011. – V. 73(8). – P. 638-642. 87 изменений в нуклеотидной последовательности у разных людей, которые в результате и могут приводить к различиям в активности и уровне нейротрофического фактора головного мозга. Оказывается, в кодирующей области гена BDNF находится полиморфный локус, который обозначается Val66Met и приводит к замене аминокислоты валин на метионин в 66 положении белка-нейротрофина. Замена аминокислот является «функциональной», как говорят генетики, поскольку приводит к изменению функций этого белка-нейротрофина. Выяснить это удалось Михаэлю Эгану из Национального Института психического здоровья (США), который вместе с коллегами в 2003 году166 провел серию экспериментов, в которых использовал нервные клетки, растущие в искусственных условиях в специальных шкафах-инкубаторах, в которых поддерживается определенная температура и влажность с подачей углекислого газа, что необходимо для жизнедеятельности нервных клеток вне живого организма. В эти клетки ученые вводили определенную генетическую конструкцию, содержащую ген BDNF. В первом случае данная конструкция несла аллель G (приводящий к считыванию аминокислоты валин в белке), а в другом случае – «мутантный» аллель А (приводящий к синтезу белка с аминокислотой метионин). Кроме того, в данную конструкцию вставлялся определенный краситель зеленого цвета (от англ. green fluorescent protein, GFP), который помогал детектировать, происходит ли декодирование информации, записанной в гене, и синтез соответствующего белка. В ходе эксперимента клетки рассматривали под флюоресцентным микроскопом, позволяющим обнаружить наличие зеленого свечения, свидетельствующего об образовании белка. Выяснилось, что в искусственных условиях в клетках, в которые вставлялась конструкция с аллелем А (метионином), было снижено зеленое свечение по сравнению с теми клетками, в которые добавляли конструкцию с аллелем G (валином), что позволило сделать вывод о снижении секреции белканейротрофина в первом случае. Исследованию функционального локуса Val66Met посвящено большое количество работ: в дальнейшем было также выявлено, что замена аллеля G (валина) на аллель А (метионин) нарушает клеточные процессы, передачу и синтез нейротрофичексого фактора головного мозга167 и связана с дефицитом объема серого вещества, особенно в гиппокампе и префронтальной коре больших полушарий168. Кроме использования клеточных линий, ученые в своих экспериментах по выявлению роли определенного гена или его полиморфного варианта (аллеля) в 166 M.F. Egan, M. Kojima, J.H. Callicott et al. The BDNF val66met polymorphism affects activity-dependent secretion of BDNF and human memory and hippocampal function // Cell. – 2003. – V. 112(2). – P. 257-269. 167 C. J. Hong, Y. J. Liou, S. J. Tsai. Effects of BDNF polymorphisms on brain function and behavior in health and disease // Brain research bulletin. – 2011. – V. 86. – №. 5. – P. 287-297. 168 T. Hajek, J. Cullis, T. Novak, et al. Hippocampal volumes in bipolar disorders: opposing effects of illness burden and lithium treatment // Bipolar disorders. – 2012. – V. 14. – №. 3. – P. 261-270. 88 проявлении какого-либо поведения используют в качестве моделей животных. Американские нейробиологи169 провели любопытный эксперимент: путем определенного числа скрещиваний они создали линию мышей, которые имели два «мутантных» аллеля Met (т.е. получили от обоих родителей по «мутантному» аллелю). Исследователям удалось выявить, что у таких мышей уровень белка-нейротрофина остается в норме, однако, его секреция из нейронов оказывается дефектной. Кроме того, данные мыши проявляли повышенную тревожность, которая в дальнейшем была снижена до нормального уровня с помощью антидепрессанта. Благодаря полученным данным представилось возможной выяснить взаимосвязь между уровнем тревожности и наличием «мутантного» аллеля в гене BDNF. Интересно, что в ходе другого эксперимента, проведенного американскими учеными, выяснилось, что существуют различия в эпизодической памяти и активации гиппокампа в зависимости от того, каким аллелем по локусу Val66Met человек обладает. Оказалось, что в случае носительства аллеля А (метионина) у человека наблюдались ухудшение эпизодической памяти и нарушения в активации гиппокампа по сравнению с другими людьми, что было обнаружено с помощью метода функционального магнитного резонанса. Существует множество данных, связывающих наличие того или иного аллеля в гене BDNF с формированием тревожности и депрессии. При исследовании лиц пожилого возраста ученым из клинического госпиталя во Вьетнаме удалось обнаружить, что частота «мутантного» аллеля А (метионина) намного больше среди лиц с депрессией, чем у здоровых лиц того же возраста170. К настоящему времени было проведено много подобных исследований, в которых одними авторами сообщалось о взаимосвязи (ассоциации) наличия «мутантного» аллеля и повышенного риска развития депрессии и тревожных расстройств, в то время как другие авторы указывали на противоположный эффект, что делает невозможным прийти к однозначному заключению. Подобные ситуации не редкость в психической генетике при изучении комплексных признаков. С одной стороны, противоречия могут быть объяснены недостаточностью числа людей, вовлекаемых в определенное исследование; с другой стороны, этническая и половая принадлежность также вносят свой вклад в выявление влияния того или иного аллеля на поведение и темперамент человека. Для того, чтобы иметь возможность «усреднить» данные, полученные разными группами ученых во всем мире, придумали метод метаанализа, который изначально использовался для оценки эффективности лечения тем или 169 Z. Y. Chen, D. Jing, K. G. Bath, et al. Genetic variant BDNF (Val66Met) polymorphism alters anxiety-related behavior //Science. – 2006. – V. 314. – №. 5796. – P. 140-143. 170 J.P. Hwang, S.J. Tsai, C.J. Hong et al. The Val66Met polymorphism of the brain-derived neurotrophic-factor gene is associated with geriatric depression // Neurobiol. Aging. – 2006. – V. 27(12). – P. 1834-1837. 89 иным фармацевтическим препаратом на основе клинических данных, полученных от различных исследовательских групп. Популярность использования мета-анализа объясняется объективностью его результатов и большим числом работ с небольшими выборками, в которых сложно выявить «слабый» генетический эффект. Наглядным представлением результатов мета-анализа является график «форест-плот» (пример представлен на рис. 7.16), который показывает степень эффекта от наличия того или иного аллеля в каждом из включенных исследований. Аллель Met Аллель Val Рис. 7.16. Пример мета-анализа, продемонстрировавшего влияние «мутантного» аллеля Met в гене BDNF на развитие депрессии. Источник: Hosang et al. (2014). Канадскими учеными еще в 2002 году было проведено изучение лиц с биполярным аффективным расстройством (другое название - маниакально-депрессивный психоз). Пациенты, страдающие этим заболеванием, отмечают у себя быструю смену симптомов мании (гипомании) и депрессии, либо симптомы депрессии и мании одновременно. Ученые для генетического анализа собрали семьи, в которых один или несколько членов страдали от маниакально-депрессивного психоза. Любопытно, что риск развития данного 90 психического заболевания был повышен у тех, кто имел в своем геноме аллель Val в локусе Val66Met171. При изучении темперамента и характера человека учеными было показано, что в немецкой популяции у лиц – носителей «мутантного» аллеля Met значимо чаще наблюдается повышение такой черты тревожного ряда как «избегание ущерба», которая характеризует степень тревожности у человека при нахождении даже в благоприятной и знакомой обстановке172. Одним из современных методов, используемых в генетике «сложных» признаков, является метод полногеномного анализа ассоциаций (от англ. genome-wide association studies), который был описан ранее. Данный анализ предполагает генотипирование (т.е. выявление аллелей) у сотен тысяч полиморфных локусов у большого числа добровольцев (порядка нескольких тысяч) и дальнейший статистический анализ, который позволит заключить о наличии ассоциации между тем или иным аллелем и различиями в темпераменте. Недостатком этого метода является его дороговизна и зачастую невозможность «прочитать» определенный набор полиморфных локусов, которые представляют интерес для конкретного исследователя. Несколько лет назад Антонио Террачиано из Национального института старения совместно со своими коллегами из разных научно-исследовательских институтов США удалось провести такое исследование173, в которое были включены психически здоровые добровольцы (3972 человека), прошедшие психологическое тестирование с помощью опросника «Большая пятерка». У этих индивидов была выделена ДНК и проведено прочтение (генотипирование) более 350 тысяч полиморфных локусов, расположенных по всему геному. Необходимо отметить, что такое исследование является непредвзятым, поскольку исследователи заранее не знают, ассоциацию какого конкретного локуса в каком гене они обнаружат. Любопытно, что наряду с выявленными взаимосвязями в генах циркадных ритмов, ученым удалось установить участие полиморфного локуса Val66Met в гене BDNF в развитие «экстраверсии/интроверсии». В частности, было показано, что среди людей с более высокой интроверсией наиболее часто встречались те, которые характеризовались наличием «мутантного» аллеля Met в своем геноме. Подобные работы проводятся и в России. Так, в нашей лаборатории при изучении психически здоровых людей – студентов ВУЗов было проведено психологическое 171 M. Neves-Pereira, E. Mundo, P. Muglia, et al. The brain-derived neurotrophic factor gene confers susceptibility to bipolar disorder: evidence from a family-based association study // The American Journal of Human Genetics. – 2002. – V. 71. – №. 3. – P. 651-655. 172 C. Montag, B. Weber, E. Jentgens, et al. An epistasis effect of functional variants on the BDNF and DRD2 genes modulates gray matter volume of the anterior cingulate cortex in healthy humans // Neuropsychologia. – 2010. – V. 48. – №. 4. – P. 1016-1021. 173 A. Terracciano, S. Sanna, M. Uda, et al. Genome-wide association scan for five major dimensions of personality // Mol. Psychiatry. - 2010b. – V. 15(6). – P. 647-656. 91 тестирование с помощью опросника темперамента и характера С.Р. Клонинджера и их генотипирование по полиморфному локусу Val66Met в гене BDNF. Интересным оказалось то, что в нашей выборке лиц разной этнической принадлежности (русских, татар, башкир, удмуртов) аллель Met встречался намного чаще среди тех студентов, у которых, наоборот, было обнаружено снижение показателей тревожности («избегания ущерба»). У нас возник вопрос: в чем же причина несоответствия результатов, полученных нашей группой, и опубликованных ранее. Оказалось, что такая взаимосвязь наблюдалась только у тех студентов, которые родились в весенние месяцы (с марта по май), и не была характерна для лиц, родившихся в другое время года174. Конечно, выявленные результаты вызвали много вопросов и даже нападок в отношении влияния знаков зодиака на темперамент. В противоположность астрологическому контексту выявленной ассоциации мы предположили, что объяснением могут послужить сезонные различия в поступлении микронутриентов (фолиевой кислоты, витамина В12, омега-3 полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) и других веществ) в организм матери в пренатальном и раннем постнатальном периоде, играющих важную роль в нормальном развитии нервной системы и мозга плода. Согласно литературным данным, дефицит необходимых микронутриентов в питании беременной женщины (фолиевой кислоты, витамина В12, докозагексаеновой кислоты) приводит к увеличению концентрации аминокислоты гомоцистеина и окислительному стрессу, снижению уровня нейротрофинов, нейротрофического фактора головного мозга в частности175. Эти изменения, в свою очередь, обуславливают изменения в эпигенетической регуляции с помощью изменения структуры ДНК (ее метилирования), приводя к так называемому ингибированию поведения. Первый триместр беременности является одним из важнейших периодов развития, в течение которого происходит активное формирование мозга и центральной нервной системы (ЦНС). Первый триместр у матерей индивидов, родившихся весной, приходился на лето – сезон, во время которого матери получали питание, богатое микронутриентами, и у них вырабатывалось достаточное количество витамина Д. Таким образом, мы предположили, что в случае поступления достаточного количества необходимых микронутриентов в пренатальный период (у людей, родившихся весной), связанного с пониженным уровнем гомоцистеина и повышенным уровнем нейротрофинов, происходит повышение «считывания» информации с гена BDNF в случае наличия «мутантного» аллеля Met и его снижения в 174 Kazantseva A., Gaysina D., Kutlumbetova Y. Brain derived neurotrophic factor gene (BDNF) and personality traits: the modifying effect of season of birth and sex // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. – 2015. – V. 56. – P. 58-65. 175 V. Bhate, S. Deshpande, D. Bhat et al. Vitamin B12 status of pregnant Indian women and cognitive function in their 9-year-old children // Food and nutrition bulletin. – 2008. – V. 29. – №. 4. – P. 249. 92 случае аллеля Val. Данное предположение позволило понять, почему снижение уровня ингибирования поведения (снижение тревожности) наблюдалось у лиц, родившихся весной. Другим важным наблюдением, полученным в нашей лаборатории, является различный характер ассоциаций, обнаруженный у лиц мужского и женского пола. Дело в том, что нами был проведен анализ большого числа полиморфных локусов в гене BDNF, который выявил, что среди наиболее целеустремленных девушек (характеризуемых повышением «настойчивости») намного чаще встречались те, которые имели в своем геноме аллель G в локусе гена BDNF, который ученые обозначили rs11030102. К сожалению, о влиянии этого полиморфного локуса на изменение скорости «считывания» информации с ДНК ничего не известно. Однако, с помощью определенных генетических анализов мы смогли понять, что аллель G в локусе rs11030102 и аллель Val в локусе Val66Met «сцеплены», т.е. наследуются в ряду поколений с большей вероятностью, чем другие варианты у потомков. Это наблюдение позволило сделать предположение, о том, что, возможно, носители аллеля G в локусе rs11030102 будут характеризоваться нормальным уровнем нейротрофического фактора головного мозга, поскольку существует большая вероятность того, что в их геноме также окажется аллель Val в месте расположения локуса Val66Met. С другой стороны, зачастую в психогенетических исследованиях выявляются взаимосвязи, характерные только для какого-то одного пола. Например, известно, что женщины имеют большую склонность к развитию депрессии и суицидальных попыток, в то время как у мужчин отмечается повышенный риск развития алкоголизма, наркомании, когнитивных нарушений, аутизма, агрессивного поведения. В отношении психологических характеристик ранее также были показаны половые различия. Например, повышенная тревожность и нейротизм чаще встречается у лиц женского пола по сравнению с мужчинами, в то время как для черт, характеризующих активность и стремление к социальным контактам, не существует однозначно выявленных закономерностей. С одной стороны, ученые объясняют существование половых различий с помощью теории гендерных ролей, с другой стороны – различия в уровне половых гормонов, строении и функционировании мозга оказывают влияние на поведение с биологической точки зрения. В то же время известно о существовании взаимосвязи между повышенным уровнем гормона стресса – кортизола и носительством «мутантного» аллеля в локусе Val66Met, что является характерным только для женщин176. Противоположная корреляция была обнаружена у мужчин. Согласно вышеуказанным данным, можно 176 I. Shalev, E. Lerer, S. Israel, et al. BDNF Val66Met polymorphism is associated with HPA axis reactivity to psychological stress characterized by genotype and gender interactions // Psychoneuroendocrinology. – 2009. – V. 34. – №. 3. – P. 382-388. 93 предположить, что женщины с пониженным синтезом и секрецией нейротрофического фактора будут характеризоваться повышенным уровнем кортизола – гормона, вырабатываемого организмом в ответ на стресс. 7.2.9. Гены нейрексинов Еще одной важной системой, участвующей в регуляции индивидуальных свойств личности человека, является семейство нейрексинов – белков, представляющих собой молекулы клеточной адгезии и участвующих в формировании и поддержании синаптических контактов между нейронами. Данное семейство включает три гена, кодирующих нейрексин 1, 2 и 3 (NRXN1, NRXN2, NRXN3, соответственно), которые приводят к синтезу длинных α-нейрексинов и укороченных β-нейрексинов в зависимости от того, с какого промотора начинается транскрипция гена. Существует более 2000 различных изоформ рецепторов нейрексинов, что связано с наличием так называемого «альтернативного сплайсинга». Дело в том, что в процессе экспрессии гена (т.е. на пути «превращения» ген – мРНК - белок) происходит удаление некодирующих областей гена (интронов) в процессе подготовки пре-мРНК к трансляции (т.е. считыванию с мРНК информации о последовательности аминокислот в белке и синтезе белка). Однако, белки, «считываемые» с какого-либо гена, имеют различные модификации, которые зависят от того, какие именно кодирующие последовательности (экзоны) войдут в состав зрелой мРНК. Альтернативный сплайсинг как раз и представляет собой процесс вырезания того или иного экзона из молекулы пре-мРНК, что и определяет в итоге большое количество различных последовательностей и структур белка. От того, какая изоформа нейрексинов синтезировалась в результате трансляции, будет зависеть способность нейрексина связываться в мозге человека с различными веществами (лигандами), включающими нейролигины, нейрексофилины, дистрогликаны, а также рецептор глутамата дельта 2 (GluRδ2). Таким образом, вследствие функционирования нейрексинов в глутаматных и ГАМК синапсах (описанных ранее в главах 7.2.4 и 7.2.5), ученые задумались над участием нейрексинов в контроле над формированием темперамента и характера. Предпосылкой изучения генов семейства нейрексинов и их роли в формировании различий в поведении человека послужило широкомасштабное исследование, включавшее полно-геномный анализ ассоциаций (подробнее о методе см. главу 7.1) с риском развития никотиновой зависимости в европейской популяции из США и Австралии177. Дело в том, что склонность к никотиновой и другим видам зависимости коррелирует с таким 177 Bierut L.J., Madden P.A., Breslau N. et al. Novel genes identified in a high-density genome wide association study for nicotine dependence // Hum. Mol. Genet. – 2007. – V. 16. – P. 24–35. 94 свойством темперамента, как стремление к вознаграждению. Авторы обнаружили, что определенные варианты полиморфных локусов (rs10490162, rs12467557 и rs12623467) в гене NRXN1 встречались чаще у курильщиков по сравнению с некурящими индивидами. Через год была опубликована работа, в которой американские ученые уже целенаправленно изучали роль гена NRXN1 в формировании склонности к никотиновой зависимости. Для этой цели было отобрано более 2000 индивидов из 602 семей афроамериканского и европейского происхождения, у которых была проведена оценка количества сигарет в день и индекса курения (курение на протяжении более 5 лет с количеством более 20 выкуренных сигарет в день), а также генотипирование 21 полиморфного локуса в данном гене нейрексина178. Полученные данные подтвердили вовлеченность гена NRXN1 в развитие склонности к никотиновой зависимости. Однако, удивительным оказалось, что ассоциации шести гаплотипов с различными показателями никотиновой зависимости были найдены у людей афроамериканского происхождения, в то время как у лиц европейского происхождения всего один гаплотип был ассоциирован со склонностью к курению. Кроме того, в противоположность результатам 2007 года173, в 2008 году ассоциированным с развитием никотиновой зависимости оказался другой участок гена NRXN1, а именно – интрон 3 и полиморфные локусы rs2193225, rs2052328 и rs3850333174. Такие противоречивые данные не редкость в психогенетических исследованиях, поскольку являются результатом различий в выборках испытуемых – в данном случае невооруженным глазом заметны этнические различия. Недавно в Институте Психиатрии и Нейронаук Университета г. Вирджиния179 было проведено исследование на выборке «семей курильщиков из южных штатов США», также состоящей из лиц афроамериканского и европейского происхождения, в результате которого среди 30 предполагаемых генов, ассоциированных с риском развития никотиновой зависимости, также был найден ген NRXN1. Еще в 2007 году была опубликована работа в рамках Консорциума по генетике аутизма180, результаты которой были основаны на данных полно-геномного анализа сцепления (этот метод рассмотрен в главе 7.1), проведенного у людей с семейными формами аутизма из 1181 семьи. Оказалось, что избегание социальных контактов, повторяющиеся действия и ограниченность в развитии – симптомы аутизма – являются «сцепленными» с определенными участками в геноме человека, а именно – с 178 Nussbaum J., Xu Q., Payne T.J., Ma J.Z. Significant association of the neurexin-1 gene (NRXN1) with nicotine dependence in European- and African-American smokers // Hum Mol Genet. – 2008. – V. 17(11). – P. 1569-1577. 179 Yang J., Wang S., Yang Z. et al. The contribution of rare and common variants in 30 genes to risk nicotine dependence // Mol Psychiatry. – 2014. doi: 10.1038/mp.2014.156. 180 Szatmari P., Paterson A.D., Zwaigenbaum L., et al. Mapping autism risk loci using genetic linkage and chromosomal rearrangements // Nat Genet. – 2007. – V. 39. – P. 319–328. 95 хромосомными регионами, в которых находятся гены нейрексинов. Таким образом, ученым удалось доказать, что определенные изменения в нуклеотидной последовательности гена NRXN1 передаются «по наследству», и, не проявившись у родителей, могут привести к развитию аутизма или мягких его форм (расстройствам аутистического спектра) у детей. Помимо исследований однонуклеотидных полиморфных локусов в гене NRXN1 большое количество экспериментов обнаружило, что большие участки ДНК в гене NRXN1 могут либо повторяться, либо удаляться из последовательности этого гена, приводя к развитию психических нарушений. Причем, интересный факт был выявлен при изучении гена нейрексина 1 у пациентов с расстройствами когнитивных функций и памяти, например, у лиц с болезнью Альцгеймера181, задержкой умственного развития182, у которых обнаруживались большие делеции (удаления) участков в гене NRXN1. Однако, и у здоровых людей, не страдающих какими-либо психическими и умственными нарушениями, также были выявлены делеции некоторых регионов гена NRXN1. Возникает вопрос: чем же объясняется, что у одних людей делеции в гене NRXN1 приводят к развитию деменции или шизофрении (и других заболеваний), а у других такого генетического эффекта не обнаруживается? Дело в том, что в генетике существует термин «неполная пенетрантность», который означает, что наличие определенного аллеля не гарантирует 100% проявление признака в популяции, т.е. в нашем случае – не обязательно, что наличие делеции в гене NRXN1 приведет в итоге к 100% развитию психического расстройства, а скорее наоборот. «Неполная пенетрантность», в свою очередь, может быть связана с действием средовых факторов (о них подробнее речь пойдет в главе 8). Стоит отметить, что зачастую у людей с умственной отсталостью или задержкой умственного развития, связанной с делециями в гене NRXN1, параллельно исследователи наблюдают задержку речевого развития, эпилепсию, нарушения костной ткани и другие проблемы. С целью подтвердить или опровергнуть такой эффект от делеций в гене NRXN1, были сконструированы модели животных с «выключенным» геном NRXN1. Так, у мышей-нокаутов по гену, кодирующему форму а нейрексина 1, наблюдается усиленный груминг и нарушения родительского поведения, но способность к 181 Swaminathan S., Kim S., Shen L. et al. Genomic Copy Number Analysis in Alzheimer's Disease and Mild Cognitive Impairment: An ADNI Study // Int J Alzheimers Dis. – 2011. – V. 2011. – P. 729478. 182 Dabell M.P., Rosenfeld J.A., Bader P. et al. Investigation of NRXN1 deletions: clinical and molecular characterization // Am J Med Genet A. – 2013. – V. 161A(4). – P. 717-731. 96 обучению и социальным взаимодействиям, а также память у таких мышей не отличались от «мышей дикого типа» (т.е. от своих обычных собратьев)183. Среди других генов нейрексинов, связанных с возникновением различных зависимостей, выделяется ген нейрексина 3 (NRXN3), причем исследовательские группы из разных стран обнаружили ассоциацию полиморфных вариантов этого гена с наркотической зависимостью, алкоголизмом, а также c курением. В подтверждение выявленных ассоциаций также свидетельствуют результаты анализа сцепления, проведенного с использованием технологии ДНК-чипов на основе более 10000 однонуклеотидных локусов, распределенных по всему геному. Проведенное обширное генотипирование у сиблингов (т.е. у братьев и сестер) с опиоидной зависимостью позволило сузить участок человеческого генома, сцепленный с развитием наркотической зависимости, до области 14q31, в которой и расположен ген NRXN3184. Позднее ученые задались целью не просто выявить полиморфные локусы в генах NRXN1 и NRXN3, связанные с развитием «зависимостей», но и выявить конкретные места в этих генах, представляющие собой регуляторные элементы. Основой для этого анализа послужил так называемый метод ChIP-chip, т.е. проведение иммунопреципитации хроматина на чипах (подробнее мы рассмотрим этот метод в главе 7.6). В начале проводимого эксперимента были взяты ткани головного мозга абортированных эмбрионов человека у двух матерей с алкогольной зависимостью во втором триместре беременности 185. Причем, изначально ученые сконцентрировались на анализе кандидатных генов, связанных с развитием алкогольной зависимости, включая гены NRXN1 и NRXN3. На втором этапе проводился ряд молекулярно-биологических процедур, включающих иммунопреципитацию хроматина с помощью антител к специфическим гистоновым белкам: H3K9Ac (ацетилированному лизину в 9 положении субъединицы третьего гистона) и H3K4me1 (метилированному лизину в 4 положении третьего гистона). Таким образом добавленные антитела начинают связываться с гистонами в генах нейрексинов только в тех местах, где происходит активная транскрипция генов NRXN1 и NRXN3. В итоге эксперимента было найдено огромное количество таких участков с активной транскрипцией генов NRXN1 и NRXN3, что определяет существование большого числа изоформ белков нейрексинов, а также свидетельствует о роли нейрексинов в развитии алкогольной зависимости. 183 Etherton M.R., Blaiss C.A., Powell C.M., Sudhof T.C. Mouse neurexin-1alpha deletion causes correlated electrophysiological and behavioral changes consistent with cognitive impairments // Proc Natl Acad Sci USA. – 2009. – V. 106. – P. 17998–18003. 184 Lachman H.M., Fann C.S., Bartzis M. et al. Genomewide suggestive linkage of opioid dependence to chromosome 14q // Hum Mol Genet. – 2007. – V. 16(11). – P. 1327-1334. 185 Pedrosa E., Kaushik S., Lachman H.M. ChIP-chip analysis of neurexins and other candidate genes for addiction and neuropsychiatric disorders // J Neurogenet. – 2010. – V. 24(1). – P. 5-17. 97 7.2.10. Гены циркадного ритма Не секрет, что для большинства живых организмов характерно существование суточных циклов, которые оказывают влияние на поведение и физиологические реакции и способствуют адаптации человека к внешним воздействиям. Это, в свою очередь, позволяет оптимизировать поведение таким образом, чтобы обеспечить выживание организма. Самым важным звеном в мозге человека и млекопитающих, которое отвечает за существование и регуляцию таких циркадных ритмов, является определенная структура головного мозга - надхиазматическое ядро - центральное структурное образование гипоталамуса. Однако, молекулярные процессы, участвующие в регуляции циркадных ритмов, протекают не только в нейрональных, но и в других типах клеток. Чтобы понять, какие гены являются «генами циркадного ритма», и каким образом они контролируют наше поведение и темперамент, нужно обратиться к белкам и транскрипционным факторам, регулирующим «работу» генов циркадного ритма. К таким транскрипционным факторам принадлежат так называемые CLOCK, NPAS2 и BMAL1, причем эти белки способствуют транскрипции специфических генов семейства «период» (Period, PER: Per1, Per2, Per3), криптохромов (Cryptochrome, CRY: Cry1, Cry2), а также орфанных ядерных рецепторов (Rev-erb и Rora). Известно, что криптохромы – это светочувствительные белки, позволяющие животным, птицам, и даже в далеком прошлом человеку ориентироваться в пространстве. К сожалению, к настоящему времени человек утратил такую свою природную особенность. Еще одной важной характеристикой криптохромов является их возможность запускать целый каскад реакций, приводящих к головным болям и повышению давления у метеочувствительных людей во время магнитных вспышек на Солнце. Ученым стало известно, что в течение суток белки PER и CRY подвергаются особому изменению своей структуры – фосфорилированию (добавлению фосфатных остатков), и затем обратно поступают в ядро клетки с целью ингибирования активности транскрипционного комплекса CLOCK-NPAS2-BMAL1, а, значит, и своей собственной экспрессии. Такой принцип в генетике называют регуляцией по «принципу обратной связи». Для того, чтобы выяснить, каким же образом гены циркадного ритма вовлечены в развитие аддиктивного поведения (т.е. алкоголизма, наркомании, никотиновой, игровой и пищевой зависимости, и др.), понадобилось изучение и других структур мозга. Выяснилось, что определенная область мозга – мезолимбическая система - как раз и отвечает за формирование потребности в вознаграждении, что и характерно для людей с разными типами «зависимостей». Интересной особенностью генов циркадного ритма является их способность контролировать уровень дофамина и передачу сигналов в 98 дофаминовых синапсах, которые, как уже упоминалось в п. 7.2.2, играют ключевую роль в возникновении алкогольной и других видов зависимости. Ученые обнаружили, что суточные вариации в уровне активности дофаминовой активности и являются причиной суточных изменений в отношении человека к алкоголю и другим психоактивным веществам. Оказалось, что в области вентральной покрышки – регионе мозга, участвующем в формировании «зависимостей» - наблюдаются определенные суточные изменения в уровне дофаминовых рецепторов, и ферментов, участвующих в синтезе (тирозингидроксилазе) и разрушении (моноаминоксидазе А) дофамина186. Причем предполагается, что гены, кодирующие данные ферменты дофаминовой системы, находятся под контролем генов семейства CLOCK, поскольку содержат в своих промоторных областях канонические E-box сайты, что позволяет белкам CLOCK и BMAL1 регулировать транскрипцию этих генов187. Дальнейшие работы в этой области подтвердили эти предположения. Дело в том, что белок CLOCK непосредственно регулирует ключевые механизмы, отвечающие за активность дофаминовой системы. С этой целью ученые использовали искусственно синтезированную структуру РНК (короткую шпилечную РНК), повторяющую последовательность участка гена Clock, и которая при последующем введении в область вентральной покрышки мыши приводила к ингибированию работы гена Clock, т.е. к РНК-интерференции. Стоит отметить, что такое снижение в активности гена Clock способствовало формированию гиперактивности и уменьшению тревожности у мышей, что аналогично поведению мышей с особой искусственно введенной мутацией в гене Clock (Clock∆19)188. С другой же стороны, интересным фактом остается то, что ингибирование работы гена Clock с помощью РНКинтерференции приводило к активации дофаминовой нейротрансмиссии, что и предопределяет специфические изменения в поведении, включая алкогольную зависимость и маниакальный синдром. Исследователи из Центрального Института Психического здоровья в Германии обнаружили, что хроническое употребление алкоголя может изменять циркадные ритмы, что связано с активацией одного гена из семейства «период» (Per2), оказывающего влияние на глуматную систему мозга189. В свою очередь, определенные изменения в генах 186 McClung C. A. Circadian rhythms, the mesolimbic dopaminergic circuit, and drug addiction // The Scientific World Journal. – 2007. – V. 7. – P. 194-202. 187 Hampp G., Ripperger J. A., Houben T. et al. Regulation of monoamine oxidase A by circadian-clock components implies clock influence on mood // Current Biology. – 2008. – V. 18. – P. 678-683. 188 Mukherjee S., Coque L., Cao J. L. et al. Knockdown of clock in the ventral tegmental area through RNA interference results in a mixed state of mania and depression-like behavior // Biological Psychiatry. – 2010. – V. 68. – P. 503-511 189 Spanagel R., Rosenwasser A. M., Schumann G., Sarkar D. K. Alcohol consumption and the body’s biological clock // Alcoholism, Clinical, Experimental and Research. – 2005. – V. 29. – P. 1550-1557. 99 циркадного ритма (в частности, в генах Clock, Per2, Per3), приводящие в итоге к нарушениям во всей системе регуляции суточных циклов, могут способствовать развитию алкоголизма190. Одной из основных сложностей при изучении клеточных процессов, происходящих в головном мозге человека, является сложность, а зачастую и невозможность использования клеточного материала, взятого из мозга человека при жизни и после его смерти. Поэтому ученым приходится находить альтернативные источники клеток и тканей помимо головного мозга. В частности, для выявления уровня мРНК, синтезированной с генов циркадного ритма, были исследованы разные типы клеток, включая клетки крови (мононуклеары) и кожи (фибробласты), у людей с характерным наличием алкогольной зависимости. Интересно, что количество мРНК генов Clock и Per2 негативно коррелировало с тяжестью заболевания191. Другие же ученые сконцентрировались на изучении модельных объектов, в частности, плодовой мушки дрозофилы. В 2013 году группа американских ученых во главе с Jascha Pohl192 обнаружила, что определенные мутации в генах циркадного ритма Per, Tim и Cyc у дрозофилы блокировали формирование толерантности к алкоголю (т.е. его непереносимости). Интересное наблюдение было установлено и при исследовании специфически выведенных мышей, у которых «выключен» определенный ген (т.н. мышинокауты) или снижена его функция. В частности, введение в геном мышей доминантной негативной мутации в гене Clock (Clock∆19) приводило к тому, что такие особи при предоставлении им свободного доступа к кокаину потребляли намного больше этого психоактивного вещества по сравнению с теми собратьями, у которых данный ген оставался неизмененным (т.е. «мышами дикого типа»)193. Первой работой, проведенной с использованием ткани мозга у лиц с завершенным суицидом с целью выявления взаимосвязи между уровнем белков «циркадного ритма» и риском совершения суицида, является исследование группы американских ученых из Департамента психиатрии и поведения человека в Калифорнии. Несмотря на то, что данное исследование проводилось с использованием ткани всего 21 человека (15 - суицид и 6 – контроль), авторы с помощью микрочипов фирмы Аффиметрикс (Affymetrix HGU133 Plus2.0) установили значительное снижение экспрессии гена циркадного ритма Per1 190 Sjoholm L., Kovanen L., Saarikoski S. et al. CLOCK is suggested to associate with comorbid alcohol use and depressive disorders // Journal of Circadian Rhythms. -2010. – V. 8. – P. 1. 191 Parekh P.K., Ozburn A.R., McClung C.A. Circadian clock genes: effects on dopamine, reward and addiction // Alcohol. – 2015. – V. 49(4). – P. 341-349. 192 Pohl J. B., Ghezzi A., Lew L. K. et al. Circadian genes differentially affect tolerance to ethanol in Drosophila // Alcoholism, Clinical and Experimental Research. – 2013. – V. 37. – P. 1862-1871. 193 Ozburn A. R., Larson E. B., Self D. W., McClung C. A. Cocaine selfadministration behaviors in ClockDelta19 mice // Psychopharmacology. – 2012. – V. 223. – P. 169-177. 100 у людей, закончивших жизнь самоубийством, по сравнению с умершими своей смертью194. Доказательством участия генов циркадного ритма, а конкретнее – нарушений в их работе, в развитии депрессии послужило сообщение ученых, опубликованное в высокорейтинговом журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA в 2013 году195. Оказалось, что при сравнении около 12000 транскриптов, т.е. мРНК, выделенной из шести различных регионов мозга, между пациентами, страдавшими от одного из самых распространенных типов депрессии – большого депрессивного расстройства, и лицами из контрольной группы, умершими от других причин, были обнаружены различия как раз в мРНК, синтезированной с генов циркадного ритма. По полученным данным ученым удалось выяснить, что у здоровых людей, не страдавших депрессией, имелся определенный характер суточных колебаний в уровнях мРНК генов семейства «период» (Per1, Per2, Per3) и ряда других, в то время как у людей, страдавших прижизненно от депрессии, такой характер был нарушен. Причем, эти данные совпадали с более ранними результатами другой исследовательской группы, обнаружившими в супрахиазматическом ядре пики уровня Per1 ранним утром, Per3 – через 5 часов, а Per2 – через 8 часов196. И опять, кроме данных, полученных на человеке, интересные данные исследователи получают при экспериментах на животных. С целью того, чтобы создать модель депрессивного поведения у грызунов, используют три парадигмы: хронический непредсказуемый стресс, хроническое ограничение подвижности крыс, социальное поражение. В первом случае крыс подвергали процедуре, состоящей из ограничения подвижности (2 часа), верчению (1 час), плаванию (10 °C, 5 мин), пребыванию в наклонной клетке (на ночь) и на мокрых опилках (24 часа), пребыванию в холодной (4 °C, 1 час) и нагретой (45 °C, 5 мин) клетке, нахождению среди большого числа особей (в течение ночи), противоположному смещению цикла свет/темнота (24 часа), ограничению в воде и еде (24 часа). Крыс подвергали воздействию двух стрессовых факторов в день на протяжении 4 недель, что в итоге отражалось в формировании у них депрессивноподобного поведения, связанного в том числе и со снижением амплитуды суточных колебаний белка Per2 в супрахиазматическом ядре197. 194 Sequeira A., Morgan L., Walsh D.M. et al. Gene expression changes in the prefrontal cortex, anterior cingulate cortex and nucleus accumbens of mood disorders subjects that committed suicide // PLoS One. – 2012. – V. 7. – P. 35-36. 195 Li J.Z., Bunney B.G., Meng F. et al. Circadian patterns of gene expression in the human brain and disruption in major depressive disorder // Proc Natl Acad Sci USA. – 2013. – V. 110. – P. 9950–9955. 196 Dunlap J.C. Molecular bases for circadian clocks // Cell. – 1999. – V. 96. – P. 271–290. 197 Jiang W.G., Li S.X., Zhou S.J. et al. Chronic unpredictable stress induces a reversible change of PER2 rhythm in the suprachiasmatic nucleus // Brain Res. – 2011. – V. 1399. – P. 25–32. 101 Как было отмечено выше, опубликованные данные указывают на роль генов циркадного ритма в развитии психических заболеваний. С другой стороны, считается, что психические расстройства, к которым относится и алкогольная зависимость, и депрессии, и много других, представляют собой совокупность крайних значений количественно распределенных свойств личности. В связи с этим, были проведены исследования, пытающиеся выявить изменения в нуклеотидной последовательности генов циркадного ритма, приводящие к различиям в свойствах личности человека. К таким генам принадлежит ген CLOCK, который был ассоциирован с «доброжелательностью»198, а ген PER3 - с «добросовестностью»199 – свойствами личности, оцениваемыми с помощью опросника «Большая пятерка». Важное сообщение о суточных колебаниях уровня белка Per2 у крыс было получено при изучении экспрессии гена Per2 в миндалевидном комплексе. Дело в том, что этот регион мозга принимает особое участие в контроле над регуляцией эмоционального поведения, причем характер суточных колебаний этого белка в миндалевидном комплексе аналогичен такому же, наблюдаемому и в супрахиазматическом ядре, а концентрация Per2 достигает своего максимума при «переключении» дневного на ночной режим существования200. Поскольку миндалевидный комплекс играет важную роль в регуляции эмоционального поведения и тревожности, это предполагает и вовлеченность генов циркадного ритма в различия уровня нейротизма и «избегания ущерба» между людьми. Однако, это еще предстоит выяснить ученым. 7.2.11. Гены иммунной системы В последнее десятилетие активное внимание получила парадигма об активном взаимодействии иммунной и нервной систем, что способствовало изучению нейроиммунных механизмов в развитии психических расстройств и поведения. Дело в том, что все клетки в иммунной системе имеют определенные четкие функции, которые находятся под контролем цитокинов – регуляторов иммунных реакций, основная часть которых образуется лимфоцитами. Именно они обеспечивают обмен информацией между клетками иммунной системы и координацию их действий. Синтезированный цитокин выделяется на поверхность клетки и взаимодействует с рецепторами соседних клеток, что способствует передаче сигнала от клетки к клетке. В случае попадания в организм какого-то 198 King D.P., Zhao Y., Sangoram A.M. et al. Positional cloning of the mouse circadian clock gene // Cell. – 1997. – V. 89(4). – P. 641–653. 199 Ellis J., von Schantz M., Jones K.H., Archer S.N. Association between specific diurnal preference questionnaire items and PER3 VNTR genotype // Chronobiol Int. – 2009. – V. 26(3). – P. 464–473. 200 Amir S., Lamont E.W., Robinson B., Stewart J. A circadian rhythm in the expression of PERIOD2 protein reveals a novel SCN-controlled oscillator in the oval nucleus of the bed nucleus of the stria terminalis // J Neuroscience. – 2004. – V. 24. – P. 781–790. 102 чужеродного агента, происходит активация клеток зоны воспаления, и клетки начинают синтезировать и выделять множество цитокинов, оказывающих воздействие на близлежащие клетки и клетки отдаленных органов. Механизм «уничтожения» чужеродного агента (инфекции) заключается в том, что Т-хелперы (лимфоциты, "распознающие" чужеродные белки микроорганизмов) с помощью цитокинов передают команду Т-киллерам (клеткам, уничтожающим чужеродный белок). Точно также с помощью цитокинов Т-супрессоры (особые лимфоциты) контролируют функцию Ткиллеров и передают им информацию о прекращении уничтожения клеток. Цитокины, регулирующие воспалительные реакции, классифицируются на провоспалительные (к ним относятся интерлейкины 1, 2, 6, 8, интерферон, фактор некроза опухолей-альфа (ФНО-альфа) воспалительного процесса, и и другие), которые способствуют развитию противовоспалительные (интерлейкины 4, 10, 13, трансформирующий фактор роста β (ТФР-бета) и другие), которые препятствуют его развитию. Провоспалительные цитокины стимулируют синтез и выделение лейкоцитами и эндотелиальными клетками других провоспалительных цитокинов (ИЛ-8 и других) и, тем самым, активируют клетки на продукцию медиаторов воспаления (лейкотриенов, гистамина, простагландинов, противовоспалительные провоспалительных оксида цитокины цитокинов, а азота и других). осуществляют баланс между В контроль свою за очередь, действием противовоспалительными и провоспалительными цитокинами играет важную роль в течении болезни и ее исходе. Вся сложность процессов, происходящих в иммунной системе, представлена на рис. 7.17. В результате целого ряда исследований оказалось, что иммунная система и цитокины участвуют в развитии не только аутоиммунных заболеваний, но и чрезвычайно важны в процессах развития мозга, участвуя в целостности нейронов, их формировании (или нейрогенезе) и в синаптических контактах201. Причем, важную роль провоспалительные цитокины играют именно в развитии депрессии и повышенной тревожности, поскольку постоянно высокие их уровни и приводят к развитию расстройств настроения. В частности, прием провоспалительных цитокинов таким образом изменял иммунную систему, что испытуемые жаловались на «болезненное состояние», характеризующееся ангедонией (т.е. неспособностью получать удовольствие от ранее приятных вещей), анорексией (потерей аппетита), лихорадкой, нарушениями сна и снижением взаимодействия с окружающими202. 201 Yirmiya R., Goshen I. Immune modulation of learning, memory, neural plasticity and neurogenesis // Brain Behav Immun. – 2011. – V. 25. – P.181–213. 202 Dantzer R., Kelley K.W. Twenty years of research on cytokine-induced sickness behavior // Brain Behav Immun. – 2007. – V. 21. – P. 153–160. 103 Рис. 7.17. Потенциальный механизм действия провоспалительных цитокинов на моноаминергические, глутаматную системы и систему нейротрофического фактора головного мозга. Цитокины в периферической области вызывают продукцию медиаторов воспаления в ЦНС, таких как циклооксигеназу (COX-2), простагландин Е2 (PGE2), оксид азота (NO), цитокины и хемокины. В результате большого каскада взаимодействий, провоспалительные цитокины приводят к увеличению уровня переносчиков серотонина и дофамина (5-HTT/DAT) и снижают уровень нейротрофического фактора головного мозга (BDNF), что, в свою очередь, оказывает отрицательное влияние на производство новых нейронов (нейрогенез) и нейропластичность. Источник: Felger and Lotrich (2013)203. Дело в том, что провоспалительные цитокины активируют провоспалительные сигнальные пути в мозге, что приводит нейромедиаторных (серотониновой, к изменениям в функционировании дофаминовой и норадреналиновой систем), глутаматной и нейропептидной систем и к снижению уровня факторов роста, включая нейротрофический фактор головного мозга. Кроме того, провоспалительные цитокины могут выступать в качестве посредников и «усилителей» действия средовых (психологическая травма в детстве, ожирение, стресс, нарушения сна, воспалительные процессы в желудочно-кишечном тракте и др.) и генетических факторов, приводящих к развитию депрессии197. Ученые решили пойти в своих экспериментах дальше и измерили 203 Felger J.C., Lotrich F.E. Inflammatory cytokines in depression: neurobiological mechanisms and therapeutic implications // Neuroscience. – 2013. – V. 246. – P. 199-229. 104 не только качественное наличие провоспалительных цитокинов в спинномозговой жидкости у пациентов с депрессией, но и оценили их количественный уровень. Причем, оказалось, что тяжесть депрессивных симптомов, а зачастую еще и наличие попыток суицида, положительно зависела от концентрации цитокинов 204. Однако, не все так однозначно. Наличие стрессовых ситуаций и неблагоприятной обстановки в детском возрасте откладывает свой «отпечаток» на всю дальнейшую жизнь, приводя к тому, что даже небольшой стресс может спровоцировать развитие депрессии или ее симптомов. Результаты такого исследования были опубликованы в журнале «Biological Psychiatry» в 2012 году205, в которое были включены девушки в возрасте 15-19 лет, сообщившие о наличии неблагоприятной обстановки в детстве (развод родителей, наличие близких родственников с психическими расстройствами или низкого социо-экономического статуса), и контрольная группа здоровых девушек. Данный эксперимент проводился 2,5 года, в течение которых каждые шесть месяцев у испытуемых измеряли количественный уровень провоспалительных цитокинов (интерлейкина-6 и С-реактивного белка). Причем, выяснилось, что статистически значимое повышение уровней этих цитокинов наблюдалось еще за полгода до развития депрессивных симптомов и оставалось повышенным спустя полгода после исчезновения депрессии у девушек, выросших в неблагоприятной обстановке в детстве, чего не наблюдалось в контрольной группе. Полученный результат свидетельствует о взаимосвязи между хроническим стрессом, воспалением и депрессией. В подтверждение взаимосвязи между повышенным уровнем провоспалительных цитокинов и развитием депрессии и высокой тревожности был обнаружен факт повышения уровня интерлейкина-1бета (IL-1β) и интерлейкина-6 (IL-6) у пациентов, страдающих ревматоидный артрит, аутоиммунными астма, аллергии, заболеваниями (к которым множественный склероз), и относится у лиц с онкологическими заболеваниями, что впоследствии приводит таких людей к депрессии197. Ученые задались вопросом, какие же факторы инициируют увеличение уровня провоспалительных цитокинов и, следовательно, склонности к депрессии и высокой тревожности. Неудивительно, что одним из таких факторов является стресс, который запускает целый каскад внутриклеточных реакций, включая выпуск так называемых «молекул, ассоциированных с опасностью» (danger associated molecular patterns или DAMPs), приводящих к увеличению продукции интерлейкина-1бета (IL-1β) и других 204 Martinez J.M., Garakani A., Yehuda R., Gorman J.M. Proinflammatory and “resiliency” proteins in the CSF of patients with major depression // Depress Anxiety. – 2012. – V. 29. – P. 2–38. 205 Miller G.E., Cole S.W. Clustering of depression and inflammation in adolescents previously exposed to childhood adversity // Biol Psychiatry. – 2012. – V. 72(1). – P. 34-40. 105 цитокинов этой группы206. Такие заключения были сделаны и в результате исследования, проведенного на крысах, которым интраназально вводили бактериальный препарат липополисахаридов для получения местного воспаления207. Были получены интересные данные: местное воспаление приводило к повышению уровня провоспалительных цитокинов (фактора некроза опухолей альфа) в гиппокампе и стволе мозга, вызывая симптомы депрессивного поведения при их изучении в тесте на принудительное плавание. Другим источником провоспалительных цитокинов, как ни странно, является кишечник, поскольку баланс «полезных» и «вредных» микроорганизмов, обитающих в кишечнике, определяет важное значение для формирования иммунного ответа организма208. Дело в том, что в случае контакта человека с токсинами, пищевыми аллергенами и стрессом может произойти смещение баланса между микроорганизмами кишечника в сторону потери популяции «полезных» бактерий, что в итоге приводит к воспалительным процессам и выпуску провоспалительных цитокинов в этом органе пищеварительной системы. Так каким же образом воспалительные процессы в нашем кишечнике могут влиять на наше поведение? Ответ на этот вопрос был получен группой канадских ученых, которые изучали поведение специальных линий мышей BALB/c, в кишечнике которых отсутствовали патогены. Этим мышам давали водный раствор неабсорбируемых антибиотиков, что привело к изменению бактериального состава в кишечнике в сторону наличия «полезных» бактерий. Удивительно, но такие мыши демонстрировали более высокий уровень исследовательского поведения и повышение экспрессии нейротрофического фактора головного мозга209 в гиппокампе – регионе мозга, отвечающем за формирование памяти и когнитивных функций. Таким образом, оказывается, что наличие «полезных» или «вредных» микроорганизмов в кишечнике оказывает влияние на мозг, а, следовательно, и определяет поведение млекопитающих. Кроме желудочно-кишечного тракта на увеличение концентрации провоспалительных цитокинов оказывает влияние наличие у человека ожирения и повышенный индекс массы тела (ИМТ). Оказывается, жировая ткань, в особенности, висцеральный жир (который накапливается не вокруг талии и бедер, а вокруг органов брюшной полости, и поэтому не может на данный момент быть удален хирургическим путем) является источником провоспалительных цитокинов, в частности, способствует 206 Fleshner M. Stress-evoked sterile inflammation, danger associated molecular patterns (DAMPs), microbial associated molecular patterns (MAMPs) and the inflammasome // Brain Behav Immun. – 2013. – V. 27. – P. 1–7. 207 Tonelli L.H., Holmes A., Postolache T.T. Intranasal immune challenge induces sex-dependent depressive-like behavior and cytokine expression in the brain // Neuropsychopharmacology. – 2008. – V. 33(5). – P. 1038-1048. 208 Lee Y.K., Mazmanian S.K. Has the microbiota played a critical role in the evolution of the adaptive immune system? // Science. – 2010. – V. 330. – P. 1768–1773. 209 Bercik P., Denou E., Collins J. et al. The intestinal microbiota affect central levels of brain-derived neurotropic factor and behavior in mice // Gastroenterology. – 2011. – V. 141(2). – P. 599-609. 106 выпуску интерлейкина-6, также контролируемого лептином – гормоном жировой ткани210. На основе вышеприведённых данных, ученые решили изучить гены, кодирующие провоспалительные цитокины: ген интерлейкина-6 (IL-6), фактора некроза опухолей альфа (TNFa), интерлейкина-8 (IL-8) и других. Результаты одного из таких экспериментов были опубликованы в журнале Molecular Psychiatry еще в 2009 году, в котором анализировался функциональный полиморфизм rs1800795 в гене IL-6 у пациентов, страдающих от депрессии211. Ученые обнаружили, что с риском развития депрессии был ассоциирован генотип, приводящий к синтезу повышенного количества интерлейкина-6, что полностью согласуется с физиологическими исследованиями. Недавнее широкомасштабное исследование, проведенное на большой выборке (более 2,5 тысяч) индивидов, страдающих от депрессии и среди психически здоровых доноров, и оценивающее уровень экспрессии более 18000 генов в крови, также свидетельствует о повышении экспрессии рецептора интерлейкина-6 наряду с некоторыми другими генами у пациентов212. В последние годы особое значение приобретают исследования, позволяющие приблизиться к выявлению более тонких механизмов регуляции генома, а именно – механизмов эпигенетической регуляции, включая метилирование ДНК. Напомним, что последняя модификация молекулы ДНК представляет собой добавление определенного химического радикала (метильной группы) к нуклеотидам цитозину и гуанину в промоторной области гена. Вопрос о существовании взаимосвязи между уровнем интерлейкина-6 и ДНК-метилтрансферазы-1 - фермента, осуществляющего метилирование нуклеотидных остатков в составе ДНК (более подробно об этом рассказано в главе 6.3) был поднят объединенной группой ученых из США, Великобритании и Ирландии213. В ходе эксперимента ученые оценили уровень глобального метилирования ДНК у лиц с высоким и низким уровнем тревожности. В результате этого дорогостоящего эксперимента удалось выявить, что взаимосвязь между повышенным уровнем интерплейкина-6 и ДНК-метилтрансферазы-1 существует лишь в группе лиц с высокой тревожностью, и не наблюдается среди тех, кто всегда способен контролировать свое эмоциональное состояние. 210 Miller G.E., Freedland K.E., Carney R.M. et al. Pathways linking depression, adiposity, and inflammatory markers in healthy young adults // Brain Behav Immun. – 2003. – V. 17. – P. 276–285. 211 Bull S.J., Huezo-Diaz P., Binder E.B. et al. Functional polymorphisms in the interleukin-6 and serotonin transporter genes, and depression and fatigue induced by interferon-alpha and ribavirin treatment // Mol Psychiatry. – 2009. – V. 14(12). – P. 1095-1104. 212 Jansen R., Penninx B.W., Madar V. et al. Gene expression in major depressive disorder // Mol Psychiatry. – 2015. doi: 10.1038/mp.2015.57. 213 Murphy T.M., O'Donovan A., Mullins N. et al. Anxiety is associated with higher levels of global DNA methylation and altered expression of epigenetic and interleukin-6 genes // Psychiatr Genet. – 2015. – V. 25(2). – P. 71-78. 107 Другая группа ученых задалась целью выяснить, существует ли взаимосвязь между полиморфным локусом -308A/G (rs1800629), расположенным в промоторной области гена TNF-alpha, депрессией или агрессивностью214, причем ассоциация была выявлена только в отношении проявления раздражительности и злости. Несмотря на большое число опубликованных работ в отношении взаимосвязи генов провоспалительных цитокинов, тревожности и расстройств настроения, исследования ассоциации полиморфных вариантов генов противовоспалительных цитокинов с психологическими характеристиками немногочисленны. Однако, ученым удалось установить, что среди женщин старше 50 лет в общей популяции (США) склонность к оптимизму и жизненному благополучию даже в случае сложных жизненных ситуаций определяется полиморфным вариантом rs1800896 гена, кодирующего противовоспалительный цитокин – интерлейкин-10 (IL-10)215. Недавно в южно-корейской популяции было проведено интересное исследование, в котором испытуемыми выступали пожилые люди (старше 65 лет), которые отмечали у себя депрессивное состояние216. Причем, ученые предположили, что аллели генов, коррелирующие с высоким уровнем продукции провоспалительных и низким уровнем противовоспалительных цитокинов, как раз и могут быть связаны с возникновением депрессии у пожилых людей. Было изучено шесть полиморфных локусов в генах провоспалительных цитокинов: фактора некроза опухолей-альфа (-850C/T и -308G/A), интерлейкина-1 (-511C/T и +3953C/T), интерлейкина-6 (-174G/C) и интерлейкина-8 (251T/A), и два локуса в генах противовоспалительных цитокинов: интерлейкина-4 (+33T/C) и интерлейкина-10 (-1082G/A). Оказалось, что из этих восьми полиморфных локусов важное значение в диагностике предрасположенности к депрессии и другим физиологическим заболеваниям имели только три локуса в генах TNF-α, IL-8 и IL-4. 7.3. Результаты полногеномных анализов ассоциаций и ген-средовых взаимодействий На данном этапе мирового исследования свойств личности необходим комплексный одновременный анализ множества различных генов, поскольку формирование изучаемого мультифакториального признака обусловлено взаимодействием многочисленных генов с небольшим эффектом и средовых факторов. В последнее время для идентификации локусов, ассоциированных с чертами личности, были проведены исследования с помощью 214 Lotrich F.E., Ferrell R.E., Rabinovitz M., Pollock B.G. Labile anger during interferon alfa treatment is associated with a polymorphism in tumor necrosis factor alpha // Clin Neuropharmacol. – 2010. – V. 33. – P. 191–197. 215 Rana B.K., Darst B.F., Bloss C. et al. Candidate SNP associations of optimism and resilience in older adults: exploratory study of 935 community-dwelling adults // Am J Geriatr Psychiatry. – 2014. – V. 22(10). – P. 997-1006. 216 Kim J.M., Stewart R., Kim S.W. et al. Physical health and incident late-life depression: modification by cytokine genes // Neurobiol Aging. – 2013. – V. 34(1). – P. 356. e1-9. 108 метода полногеномного анализа ассоциаций (genome-wide association studies, GWAS), которые выявили ряд локусов для свойств личности. Одно из первых GWAS-исследований в области генетики поведения проведено группой американских ученых из Центра исследования биомаркеров и персонализированной медицины217, которые из изученных 420 тысяч генетических маркеров (или локусов) выявили ассоциацию полиморфных вариантов в гене гликозилфосфатидилтинозитол якорного белка 2, содержащего MAM-домен (MAMDC1 или MDGA2) с «нейротизмом». Причем, эти результаты были также подтверждены на независимой выборке. Следующее GWA-исследование, проведенное на выборке размером около 4000 людей (исследовано более 350 тысяч SNPs) выявило ассоциацию полиморфного локуса в гене CLOCK, участвующего в контроле циркадного ритма, с «согласием» (свойством личности, оцениваемым с помощью опросника «Большая пятерка»). Этот результат был также подтвержден на другой дополнительной выборке218. Через год этой же группой ученых на увеличенной в два раза выборке была обнаружена ассоциация локуса в гене CTNNA2 (кодирует белок клеточной адгезии α-N-катенин) с «поиском приключений» (рис. 7.18), однако, этот результат ученые не смогли подтвердить в дальнейшем219. Рис. 7.18. Манхэттенский график, изображающий некоторые тесно связанные локусы, вовлеченные в ассоциацию с чертами личности. Каждая точка представляет собой однонуклеотидный полиморфный локус, расположение которого в геноме показано на оси Х, а значение уровня значимости для данного локуса (P-value) - на оси Y. Источник: Terracciano et al. (2011)219. 217 van den Oord E.J., Kuo P.H., Hartmann A.M. et al. Genomewide association analysis followed by a replication study implicates a novel candidate gene for neuroticism // Arch Gen Psychiatry. – 2008. – V. 65(9). – P. 1062-1071. 218 Terracciano A., Sanna S., Uda M. et al. Genome-wide association scan for five major dimensions of personality // Mol Psychiatry. – 2010. – V. 15(6). – P. 647-656. 219 Terracciano A., Esko T., Sutin A.R. et al. Meta-analysis of genome-wide association studies identifies common variants in CTNNA2 associated with excitement-seeking // Transl Psychiatry. – 2011. – V. 1. – P. e49. 109 В 2012 году в журнале American Journal of Medical Genetics (Neuropsychiatric Genetics) были опубликованы результаты работы ученых, исследовавших около 2.5 млн SNP в восьми выборках из европейских популяций (N = 6268). В ходе анализа была обнаружена ассоциация полиморфных локусов разных генов: гена FHIT с тревожностью, генов LCE3C, POLR3A, LMAN1L, ULK3, SCAMP2 - с «нейротизмом», гена KIAA0802 - с «экстраверсией», гена NOS1 - с общим психологическим дистрессом. Кроме того, идентифицирован локус на 15 хромосоме (захватывающий 5 генов), ассоциированный с «нейротизмом», что было подтверждено на независимой выборке. Однако, каждый отдельный локус объяснял не более 1% вариаций в чертах личности, подтверждая отсутствие основного эффекта отдельных локусов220. Кроме отдельных исследований по типу полногеномных анализов ассоциаций, возможным является обобщение результатов GWAS, полученных различными исследовательскими группами, т.е. мета-анализ. Такие мета-анализы недавно были проведены большой группой ученых в рамках Консорциума по генетике свойств личности на основании данных, полученных при изучении более 63 тысяч здоровых людей из 29 выборок221 222 . В результате проведенного анализа не были обнаружены отдельные однонуклеотидные локусы, связанные с формированием различий между людьми по уровню «экстраверсии». Однако, был детектирован участок генома (в базе данных обозначается как LOC101928162), представляющий собой сайт длинной некодирующей РНК, вариации в котором могут отвечать за существование различий по шкале «экстраверсия». Во втором мета-анализе были обнаружены многочисленные полиморфные локусы, совместное действие которых оказывало влияние на уровень эмоциональной неустойчивости у людей, что подтверждает полигенную природу формирования нашего темперамента и характера. Несмотря на данные GWAS, полученные в европейских популяциях, у азиатов были выявлены другие полиморфные локусы, ассоциированные с чертами личности. К такому заключению пришли корейские исследователи в ходе проведения мета-анализа на выборке из ~3800 индивидов из корейской популяции. Для каждой черты личности, оцениваемой с помощью опросника «Большая пятерка», были найдены пять «топовых» однонуклеотидных локусов. Так, межиндивидуальные различия по шкале «нейротизм» 220 Luciano M., Huffman J.E., Arias-Vásquez A. et al. Genome-wide association uncovers shared genetic effects among personality traits and mood states // Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. – 2012. – V. 159B(6). – P. 684-695. 221 van den Berg S.M., de Moor M.H., Verweij K.J. et al. Meta-analysis of Genome-Wide Association Studies for Extraversion: Findings from the Genetics of Personality Consortium // Behav Genet. – 2015. 222 de Moor M.H., van den Berg S.M., Verweij K.J. et al. Meta-analysis of Genome-wide Association Studies for Neuroticism, and the Polygenic Association With Major Depressive Disorder // JAMA Psychiatry. – 2015. – V. 72(7). – P. 642-650. 110 обусловлены вариациями в гене TACC2 (кодирующем трансформирующий кислотный скрученный белок 2), «экстраверсия» - в гене PTPN12 (кодирует белковую тирозиновую фосфатазу), «открытость опыту» - в гене IMPAD1 (кодирует белок, содержащий домен инозитола и монофосфатазы), «согласие» - в гене RPS29 (кодирует рибосомальный белок S29), «добросовестность» - в гене LMO4 (кодирует белок, содержащий LIM-домен 4)223. Этой же группой ученых в журнале Genes, Brain, Behavior в 2015 году были опубликованы результаты проведенного анализа метаболических путей, основанных на данных полногеномных анализов сцепления свойств личности224. При этом учеными было исследовано 1042 метаболических пути, включающих 8297 генов, на взаимосвязь с вариациями свойств личности у женщин. В результате сложной биоинформатической обработки исследователям удалось прийти к выводу, что за различия в уровне нейротизма отвечают гены, кодирующие белки, участвующие в управлении аксонами; экстраверсии – гены калиевых каналов; «согласия» - гены аксональной проводимости, нейромедиаторных путей; «добросовестности» - гены иммунной системы и факторов роста. Исходя из полученных разнообразных результатов GWAS, можно сделать ряд выводов. Во-первых, черты личности находятся под влиянием множества генов, каждый из которых вносит небольшой эффект (1-2%). Таким образом, для обнаружения ассоциаций этих локусов с признаками необходимо использование больших «тысячных» выборок. Во-вторых, разные гены связаны с конкретными чертами личности. В-третьих, на настоящий момент лишь маленький процент вариативности в чертах личности объясняется найденными ассоциациями (проблема потерянной наследуемости – см. главу 7.6). 7.4. Результаты полногеномных анализов сцепления Как уже отмечалось ранее (глава 7.1), полногеномный анализ сцепления используется в качестве подхода для выявления участков генома, отвечающих за формирование сложных признаков, к которым относятся свойства темперамента и характера. К настоящему времени было проведено несколько анализов сцепления, относящихся к чертам тревожного ряда. Было продемонстрировано, что хромосомные регионы 1q (q обозначает длинное плечо хромосомы, p – короткое плечо), 4q, 7p, 12q, 223 Kim B.H., Kim H.N., Roh S.J. et al. GWA meta-analysis of personality in Korean cohorts // J Hum Genet. – 2015. – V. 60(8). – P. 455-460. 224 Kim H.N., Kim B.H., Cho J. et al. Pathway analysis of genome-wide association datasets of personality traits // Genes Brain Behav. – 2015. – V. 14(4). – P. 345-356. 111 13q225, 21q22226, на хромосомах 16 и 19227, на хромосоме 6228 (31-47 сМ), 11p, 12q и 15q229 сцеплены с «нейротизмом». В отношении коммуникативных черт были найдены локусы количественных черт «добросовестностью», «экстраверсией»223. (QTL) в 17q24 - с Интересно, регионах 20p13 (rs1434789), сцепленные «согласием»222, на хромосомах 2 и 3 что в выявленных регионах находятся с – с гены серотониновой системы (ген рецептора 2А серотонина, HTR2A) и ген, сцепленный с развитием синдрома гиперактивности с дефицитом внимания 4 (ADHD4), ген нейрегулина 1 (NRG1), ассоциированные ранее с риском развития синдрома гиперактивности с дефицитом внимания и шизофренией. В своих экспериментах ученые пошли дальше и решили применить метод метаанализ, основываясь на данных полногеномных анализов сцеления230. Такая статистическая обработка была проведена в Центре Эпидемиологии и биостатистики в Нидерландах на основе данных полногеномных анализов сцеления, проведенных у более чем 6000 людей, и данных полногеномных анализов ассоциаций, полученных от ~17000 индивидов. Были идентифицированы следующие участки генома, сцепленные с чертами личности, оцененными с помощью «большой пятерки»: 3p14 и 19q13 – с «нейротизмом», 4q34, 9q34, 10q24, 11q22, 14q32 – с «экстраверсией», 3p25, 4q34, 15q13, 15q14, 19p13– с «согласием», 2p25, 3q26, 9p21, 11q24, 15q26 и 19q13 – с «открытостью к опыту» (рис. 7.19). Стоит отметить, что одним из важных генов, находящихся в регионе 11q24, является ген калиевого канала KCNJ1. 225 J. Fullerton, M. Cubin, H. Tiwari et al. Linkage analysis of extremely discordant and concordant sibling pairs identifies quantitative-trait loci that influence variation in the human personality trait neuroticism // Am J Hum Genet. – 2003. – V. 72(4). – P. 879-890. 226 Amin N., Schuur M., Gusareva E.S. et al. A genome-wide linkage study of individuals with high scores on NEO personality traits // Mol Psychiatry. – 2012. – V. 17(10). – P. 1031-1041. 227 Gillespie N.A., Zhu G., Evans D.M., et al. A genome-wide scan for Eysenckian personality dimensions in adolescent twin sibships: psychoticism, extraversion, neuroticism, and lie // J Pers. – 2008. – V. 76(6). – P. 14151446. 228 M.W. Nash, P. Huezo-Diaz, R.J. Williamson. Genome-wide linkage analysis of a composite index of neuroticism and mood-related scales in extreme selected sibships // Hum. Mol Genet. – 2004. – V. 13(19). – P. 2173-2182. 229 Kuo P.H., Neale M.C., Riley B.P., et al. A genome-wide linkage analysis for the personality trait neuroticism in the Irish affected sib-pair study of alcohol dependence // Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. – 2007. – V. 144B(4). – P. 463-468. 230 Amin N., Hottenga J.J., Hansell N.K. et al. Refining genome-wide linkage intervals using a meta-analysis of genome-wide association studies identifies loci influencing personality dimensions // Eur J Hum Genet. – 2013. – V. 21(8). – P. 876-882. 112 Экстраверсия Нейротизм Открытость опыту Согласие Добросовестность Рис. 7.19. Результаты мета-анализа, основанного на данных полногеномных анализов сцепления для: (а) «нейротизма, (b) «экстраверсии», (c) «открытости к опыту», (d) «согласия», (e) «добросовестности». По оси Х – хромосомы, по оси Y – отрицательный log уровня значимости (P-value). Красная горизонтальная линия обозначает номинальное пороговое значение уровня значимости (P-value=0.5), серая горизонтальная линия - Pvalue=0.008, а голубая горизонтальная линия - P-value=0.0004. Зеленым цветом обозначены однонуклеотидные замены (SNPs), ассоциированные с развитием свойств личности на основе мета-анализа, красным цветом – ассоциированные SNPs после введения поправки на множественность сравнений. Источник: Amin et al. (2013)226. 113 7.5. Эпигенетическое регулирование работы генов В настоящее время традиционное представление о том, что развитие многофакторных признаков, в том числе черт темперамента и личности, детерминируется взаимодействием генов с окружающей средой, дополняется и расширяется новыми данными о ключевой роли особых изменений, происходящих с молекулой ДНК, либо со специфическими белками-гистонами, которые «помогают» молекуле ДНК «сложиться» особым образом – т.е. данными об эпигенетических модификациях. Метилирование ДНК. Исследования последних лет выявили, что стресс оказывает очень существенное воздействие на изменения в метилировании молекулы ДНК как у животных, так и у человека. Интересным является тот факт, что стресс, который испытывает ребенок во время пренатального развития (т.е. еще до своего рождения), имеет важные последствия на психическое и умственное состояние ребенка и человека позднее на его жизненном пути, причем, эти изменения в метилировании ДНК могут сохраняться и передаваться из поколения в поколение. В частности, такие модификации в метилировании ДНК могут возникать вследствие изменения уровня «стресс-гормонов»: глюкокортикоидных рецепторов и кортикотропин-рилизинг гормона - в мозге (особенно в гиппокампе) еще на стадии эмбрионального развития231. Эти данные были получены на животных. Но и при исследовании метилирования у человека были обнаружены излишне высокий уровень гормона стресса – кортизола в ответ на стресс у младенцев в трехмесячном возрасте. Оказалось, что матери этих новорожденных испытывали крайне высокие уровни депрессии и тревоги в третьем триместре беременности, что сопровождалось увеличением сайтов метилирования в гене, кодирующем глюкокортикоидный рецептор (NR3C1)232, аргинин-вазопрессин233, а также FK506связывающий белок234. Кроме стресса, приводить к изменениям в профиле метилирования молекулы ДНК может также наличие неблагоприятной окружающей обстановки опять же в детском возрасте. В частности, насилие в детстве или потеря одного из родителей в этом возрастном периоде также способствует более высокому метилированию промоторной области гена глкюкокортикоидного рецетора (NR3C1). Важную роль играет неблагоприятная обстановка в детстве и на увеличение сайтов метилирования в гене 231 Babenko O., Kovalchuk I., Metz G.A. Stress-induced perinatal and transgenerational epigenetic programming of brain development and mental health // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. – 2015. – V. 48. – P. 70-91. 232 Oberlander T. F., Weinberg J., Papsdorf M. et al. Prenatal exposure to maternal depression, neonatal methylation of human glucocorticoid receptor gene (NR3C1) and infant cortisol stress responses // Epigenetics. – 2008. – V. 3(2). – P. 97-106. 233 Murgatroyd C., Patchev A. V., Wu Y., et al. Dynamic DNA methylation programs persistent adverse effects of early-life stress // Nature Neuroscience. – 2009. – V. 12(12). – P. 1559-1566. 234 Binder E. B. The role of FKBP5, a co-chaperone of the glucocorticoid receptor in the pathogenesis and therapy of affective and anxiety disorders // Psychoneuroendocrinology. – 2009. – V. 34. – P. S186-S195. 114 нейротрофичексого фактора головного мозга (BDNF), а, следовательно, на снижение уровня экспрессии этого важного белка. И, что удивительно, такие изменения закреплены и передаются из поколения в поколение235. Другим важным механизмом регуляции ответа на стресс является изменение уровней самого фермента, участвующего в метилировании ДНК, т.е. ДНК- метилтрансферазы 1 и 3а (кодируются генами DNMT1 и DNMT3а). К таким заключениям пришли ученые при исследовании крысят, подвергшихся стрессу во время пренатального развития. Эти животные характеризовались повышенным уровнем упомянутых ферментов в префронтальной коре и гипоталамусе при рождении и позднее в жизни. Однако, влияние стресса иногда оказывается не столь печальным. К такому выводу пришли канадские ученые236. Дело в том, что несмотря на наличие стрессовых условий, можно «вернуть» нормальный уровень метилирования ДНК у новорожденных с помощью высокой заботы со стороны матери. Чтобы получить такие результаты, ученые использовали новорожденных крысят, часть из которых воспитывалась у матерей с высокой степенью заботы, а другая часть – теми, которые небрежно относились к своим материнским обязанностям. Оказалось, что уровень глюкокортикоидного рецептора (если быть точнее, то молекул мРНК, синтезированных с гена этого рецептора) был выше у матерей с высокой степень заботы вследствие снижения сайтов метилирования области экзона 17 в гене глюкокортикоидного рецептора. Таким образом, крысята, выросшие в благоприятных условиях, имели большую стрессоустойчивость и меньшую тревожность. К тому же, если крысят, воспитанных «плохими» матерями, впоследствии отдать на воспитание заботливым крысам, то уровень метилирования у этих детенышей становится примерно таким же, как в случае воспитания в изначально благоприятной обстановке. Что же происходит с эпигенетическими изменениями в противоположной ситуации, когда новорожденного отлучают от матери? Ответ на этот вопрос был получен в экспериментах на животных, в которых новорожденных мышат подвергали «раннему стрессу» с помощью отлучения от матери и оценивали уровень метилирования аргининвазопрессина (гормона, отражающего ответ гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси на стресс). При этом было обнаружено гипометилирование (т.е. пониженный уровень метилирования) генов, кодирующих аргинин-вазопрессин229 и проопиомеланокортин237. 235 Roth T. L., Lubin F. D., Funk A. J., Sweatt J. D. Lasting epigenetic influence of early-life adversity on the BDNF gene // Biological Psychiatry. – 2009. – V. 65(9). – P. 760-769. 236 Weaver I. C., Cervoni N., Champagne F. A. et al. Epigenetic programming by maternal behavior // Nature Neuroscience. – 2004. – V. 7(8). – P. 847-854. 237 Wu Y., Patchev A.V., Daniel G. et al. Early-life stress reduces DNA methylation of the Pomc gene in male mice // Endocrinology. – 2014. – V. 155(5). – P. 1751-1762. 115 Модификации гистонов. С целью выявления влияния средовых факторов на изменения в специфических белках-гистонах (служащих для намотки на них молекулы ДНК) учеными из Института психиатрии и центра по изучению нейронаук в Техасе был проведен следующий эксперимент. Лабораторных мышей содержали в условиях хронического социального стресса (с англ. social stress defeat), при котором в течение 10 дней каждый день по 10 минут испытуемое животное помещали вместе с другой мышью, которая обладала повышенной агрессивностью238. При этом проводился анализ на различия в модификациях гистонов между мышами, которые подвергались такому стрессу и их собратьями, которые не испытывали социальный стресс. В ходе эксперимента было обнаружено, что стрессовое воздействие приводило к излишнему метилированию (т.е. к гиперметилированию) определенной аминокислоты в белке-гистоне, на который «намотана» ДНК в районе четвертого и шестого экзона в гене нейротрофического фактора головного мозга (BDNF). Напомним, что первичная структура белка (т.е. его последовательность) представляет собой последовательность аминокислот. Такой измененной аминокислотой в третьем белке-гистоне оказался лизин, имеющий порядковый номер 27 (такое изменение обозначается H3K27). В данном случае такие модификации были связаны со снижением экспрессии гена BDNF. Получается, что такое гиперметилирование приводит к излишней компактизации гена нейротрофического фактора головного мозга, закрывая доступ данных участков гена для транскрипционных факторов, что не позволяет в итоге синтезировать мРНК с этого гена. Однако, не все так просто, как кажется. Дифференциальная регуляция экспрессии гена BDNF зависит от чувствительности животных к стрессу: существуют высокочувствительные (с высоким «поиском новизны») и низкочувствительные (с низким «поиском новизны») животные. Если подвергать хроническому социальному стрессу таких животных, то повышение уровня метилирования по 4-му лизину в третьем гистоне и снижение уровня метилирования в 9-м лизине третьего гистона наблюдается только у высокочувствительных к стрессу животных239. Такие модификации гистонов затрагивают промоторную область Р6 в гене BDNF. Как и в случаях, описанных для изменения метилирования ДНК, особую роль в «переключении» изменений в модификациях гистонов играют благоприятные окружающие условия. Работы также проводились на лабораторных животных, у которых ученые наблюдали снижение тревожности и депрессивных симптомов при помещении их 238 Tsankova N. M., Berton O., Renthal W. et al. Sustained hippocampal chromatin regulation in a mouse model of depression and antidepressant action // Nature Neuroscience. – 2006. – V. 9(4). – P. 519-525. 239 Duclot F., Kabbaj M. Epigenetic mechanisms underlying the role of brain-derived neurotrophic factor in depression and response to antidepressants // Journal of Experimental Biology. – 2015. – V. 218(1). – P. 21-31. 116 в благоприятную обстановку, что сопровождалось повышением уровня экспрессии BDNF в связи с усиленным метилированием 4-го лизина в третьем гистоне (H3K4), связанном с промоторами 3 и 6 в гене BDNF. Кроме того, снижение тревожности коррелировало со снижением метилирования 9-го лизина в третьем гистоне (H3K9), связанном с промотором 4, и 27-го лизина в третьем гистоне (H3K27), связанном с промоторами 3 и 4. Все эти изменения в итоге приводят к активации транскрипции гена BDNF240. Кроме изменений в модификациях гистонов, затрагивающих гены нейротрофической системы (в частности, гена нейротрофического фактора головного мозга), существуют данные и об изменениях, связанных с генами гипоталамогипофизарно-надпочечниковой системы. Одним из таких генов является ген рецептора кортикотропин-рилизинг гормона (CRHR1). В этом случае для того, чтобы изучить поведение, характеризующееся повышенной тревожностью, группой китайских ученых моделировалась такая модель с помощью незначительного продолжительного стресса, длящегося в течение 21 дня, у крыс. В результате эксперимента у всех животных, подвергавшихся стрессу, обнаруживалось повышение экспрессии гена CRHR1, которое объяснялось снижением уровня триметилирования по 9-му лизину в третьем гистоне (H3K9)241. При исследовании генов гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси также были проведены эксперименты, позволяющие выявить изменения в модификациях гистонов при наличии высокого или низкого уровня материнской заботы. В таком случае воспитание матерями, демонстрирующими высокий уровень заботы, приводило к увеличению ацетилирования 9-го лизина в третьем гистоне (H3K9), связанном с усилением экспрессии глюкокортикоидного рецептора у таких детенышей крыс242. Таким образом, основными механизмами эпигенетической регуляции, которые лежат в основе проявления ген-средовых взаимодействий, являются изменения в метилировании ДНК и модификации белков-гистонов. К настоящему времени эпигенетические исследования показали важную роль средовых факторов, действующих во время как пренатального (т.е. имеющего место до рождения), так и постнатального (т.е. происходящего после рождения) развития, в регуляции экспрессии различных генов, что приводит к изменениям в поведении и реакции на стрессовые воздействия уже во взрослом возрасте. Такое дифференциальное управление геномом в значительной мере 240 Jha S., Dong B., Sakata K. Enriched environment treatment reverses depression-like behavior and restores reduced hippocampal neurogenesis and protein levels of brain-derived neurotrophic factor in mice lacking its expression through promoter IV // Translational Psychiatry. – 2011. – V. 1(9). – P. e40. 241 Wan Q., Gao K., Rong H. et al. Histone modifications of the Crhr1 gene in a rat model of depression following chronic stress // Behavioural Brain Research. – 2014. – V. 271. – P. 1-6. 242 Zhang T.Y., Hellstrom I.C., Bagot R.C. et al. Maternal care and DNA methylation of a glutamic acid decarboxylase 1 promoter in rat hippocampus // J Neuroscience. – 2010. – V. 30(39). – P. 13130-13137. 117 объясняет длительные, программирующие эффекты социальных взаимодействий, отношений между ребенком и родителями, прежде всего матерью, а также всем его социальным окружением. Основные успехи в этой области показали важную роль генов гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы и семейства нейротрофинов. Роль микроРНК в эпигенетической регуляции. Важную роль в регуляции экспрессии генов играют так называемые микроРНК, представляющие собой класс небольших (размером 19-24 п.н.) регуляторных РНК. Согласно мировым исследованиям последних лет механизм действия микроРНК основан на «узнавании» и связывании микроРНК с определенными последовательностями, расположенными в 3’-участке мРНК. Степень связывания микроРНК и определяет уровень ингибирования трансляции (т.е. снижения синтеза белка с последовательности определенной мРНК) и даже деградации мРНК (т.е. разрушения мРНК в некоторых случаях) (рис. 7.20). Промотор Транскрипционные Активаторы (ТА) Ген А Транскрипция Трансляция Рис. 7.20. Регуляция генной экспрессии (транскрипции и трансляции) под действием микроРНК. Синтез белка зависит от действия транскрипционных активаторов (ТА) и микроРНК (microRNAs). В случае присутствия большого количества активаторов транскрипции и небольшого количества микроРНК синтезируется достаточное количество белка А в клетке (клетка показана синим цветом слева). При наличии же небольшого количества активаторов транскрипции и большого количества микроРНК происходит лишь незначительный синтез белка А (клетка показана оранжевым цветом справа). Источник: Presutti et al. (2006)239. Предполагается, что микроРНК участвуют в регуляции экспрессии не менее 9-30% белок-кодирующих генов в геноме человека. При этом, как правило, для каждой 118 микроРНК можно предсказать множество генов-мишеней, и напротив, многие гены несут потенциальные сайты распознавания для различных микроРНК243. Этиология многих распространенных нейропсихических заболеваний, таких как аутизм, задержка умственного развития, возрастное снижение интеллекта и памяти при деменциях изучены не полностью. Результаты исследований на модельных животных в сочетании с ныне доступными данными для человека указывают, что микроРНК может быть важным и часто игнорируемым типом клеточных регуляторов, вовлеченных в функционирование мозга в норме и при патологии244. Различные уровни экспрессии микроРНК при психопатологиях могут быть предиктивными и прогностическими маркерами, специфичными для определенного нейропсихического заболевания. Например, такие микроРНК как miR-21, miR-335, miR-9, miR-153 и miR-335 участвуют в развитии алкогольной зависимости245; mir-17-5p, mir-1455p, miR-106b-5p, miR-485-5p – биполярного расстройства; mir-17-5p, 18a, 106a, 106b и 5905p – шизофрении; miR-508-3p – депрессии; miR-152, miR-181a, miR-330-3p, miR-34a, miR224, mir-133b – суицидального поведения246; miR-641 – импульсивного поведения. Поскольку личностные черты являются промежуточными фенотипами, опосредующими развитие различных психопатологий, то исследование роли микроРНК в вариации черт личности также представляется возможным. Следовательно, исследование полиморфных локусов, локализованных в сайтах возможного связывания микроРНК с мРНК, является особенно важным в выявлении механизмов эпигенетической регуляции. В заключение этой главы хочется отметить, что эпигеном становится своеобразным интерфейсом между статическим геномом и меняющейся средой, дополняя и без того сложные взаимоотношения между генотипами и средовыми сигналами. 7.6. Проблема потерянной наследуемости На сегодняшний день многочисленные исследования, направленные на выявление наследственных факторов, которые обеспечивают формирование индивидуальных различий в свойствах личности, позволили идентифицировать множество генов и их вариантов. Напомним, что показатели наследуемости для большинства свойств личности находятся в пределах 40-60%. Однако, несмотря на большое количество выявленных 243 Presutti C., Rosati J., Vincenti S., Nasi S. Non coding RNA and brain // BMC Neurosci. – 2006. – V. 7. - Suppl 1. – P. S5. 244 Rogaev E.I., Borinskaia S.A., Islamgulov D.V., Grigorenko A.P. [Human microRNA in norm and pathology] // Mol Biol (Mosk). – 2008. – V. 42(5). – P. 751-764. 245 Фасхутдинова Г.Г. Молекулярно-генетическое изучение зависимости от психоактивных веществ // Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к. биол. н. – Уфа. – 2010. 246 Smalheiser N.R., Lugli G., Zhang H. et al. Expression of microRNAs and other small RNAs in prefrontal cortex in schizophrenia, bipolar disorder and depressed subjects // PLoS One. – 2014. – V. 9(1). – P. e86469. 119 полиморфных локусов, все они вместе могут объяснить менее 10% вариаций в свойствах темперамента и характера. Какие же еще наследственные изменения вносят оставшиеся 40-50%? Этот «оставшийся» процент вариации относят к проблеме «потерянной наследуемости» (с англ. missing heritability). Одной из возможных причин данной проблемы является то, что обычные технологии секвенирования не способны точно считывать некоторые участки генома. Эти методики определяют общую последовательность нуклеотидов путем наложения друг на друга сиквенсов сотен миллионов небольших нуклеотидов длиной. перекрывающихся фрагментов ДНК, Другим важным аспектом проблемы обычно около является то, 100 что многочисленные исследования в области психогенетики были в основном сфокусированы на изучении однонуклеотидных замен (SNP), которые также анализируются в полногеномных анализах ассоциаций. В то же время, известно, что существуют вариации числа копийности (от англ. copy number variations, CNV) определенных участков в геноме, которые также могут иметь важное значение для «раскрытия» проблемы «потерянной наследуемости». Следующим вероятным наследственным фактором могут являться эпигенетические изменения, передающиеся из поколения в поколение. Как было уже отмечено в предыдущей главе, некоторые изменения, касающиеся изменений в метилировании ДНК, модификациях гистонов, ремоделировании хроматина, обусловленные сильным стрессовым воздействием как до, так и после рождения, могут регулировать уровень экспрессии генов, а значит и приводить к изменению в синтезе белка, что закрепляется в эпигеноме и передается от родителей их детям. Каковы же возможности решения «проблемы потерянной наследуемости»? На сегодняшний день уже начато применение технологий полногеномной иммунопреципитации хроматина (с англ. genome-wide ChiP), позволяющей выявлять участки генома с измененным эпигенетическим кодом. Кроме того, использование технологии одномолекулярного секвенирования (с англ. single-molecule sequencing, SMRT), позволяющая «прочитывать» фрагменты длиной более 5000 нуклеотидов, привело к обнаружению 26079 сегментов, отличающихся от стандартного человеческого генома. Кроме того, были секвенированы некоторые из 160 участков, называемых эухроматиновыми пропусками (с англ. euchromatic gaps), которые содержат некоторые важные последовательности, включая части генов и регуляторные области, контролирующие экспрессию генов 247. Таким образом, совместное применение новейших методов и подходов, возможно, в будущем позволит преодолеть проблему «потерянной наследуемости». 247 Chaisson M.J., Huddleston J., Dennis M.Y. et al. Resolving the complexity of the human genome using singlemolecule sequencing // Nature. – 2015. – V. 517(7536). – P. 608-611. 120 8. Роль средовых факторов в формировании различий в темпераменте и характере Свойства личности находятся как под влиянием генетических факторов, так и окружающей среды, причем, развитие этих комплексных черт является результатом взаимодействия факторов окружающей среды и наследственности. Близнецовые исследования свидетельствуют о том, что средовые факторы (изменения социальных ролей, жизненных событий и социального окружения) объясняют около 50% вариаций индивидуальных свойств личности. 8.1. Гендерные различия в личностных чертах Многочисленные исследования отметили существование гендерных различий в чертах личности: у женщин отмечено повышение черт тревожного ряда по сравнению с мужчинами248. В отношении коммуникативных черт существуют противоречивые данные. Согласно данным одной исследовательской группы, основанных на психологическом опросе 19022 участников, у женщин существенно повышена экстраверсия и уступчивость, а у мужчин - повышена открытость к опыту249. Lei с коллегами приводят данные, из которых следует, что экстраверсия, наоборот, выше у мужчин250. Такая противоречивость может быть результатом и других различий в выборке, например, возрастом испытуемых. В лаборатории молекулярной генетики человека ИБГ УНЦ РАН также проводились исследования, направленные на выявление взаимосвязи личностных свойств с половой принадлежностью. Мы обнаружили значимое повышение «нейротизма», «поиска новизны», «зависимости от вознаграждения», «самотрансцендентности» у женщин по сравнению с мужчинами (рис. 8.1), что подтверждает повышение черт тревожного ряда у женщин и целеустремленности у мужчин. Также известно, что мужчины более склонны к конфликтам и асоциальному поведению, а также к неадекватности эмоциональных проявлений. П. А. Ковалев, подробно изучивший этот вопрос, выявил, что склонность к агрессии (агрессивность, конфликтность) во всех возрастных группах выше у лиц мужского пола по сравнению с «прекрасной половиной»251. У мужчин также выше стремление к лидерству, доминантности, 248 независимости, самообладанию и Chapman B.P., Duberstein P.R., Sörensen S., Lyness J.M. Gender Differences in Five Factor Model Personality Traits in an Elderly Cohort: Extension of Robust and Surprising Findings to an Older Generation // Pers Individ Dif. – 2007. – V. 43(6). – P. 1594-1603. 249 R. Lehmann, J.J. Denissen, M. Allemand, L. Penke. Age and gender differences in motivational manifestations of the Big Five from age 16 to 60 // Developmental Psychology. – 2013. - V. 49(2). – P. 365-383. 250 M. Lei, C. Li, X. Xiao, et al. Evaluation of the psychometric properties of the Chinese version of the Resilience Scale in Wenchuan earthquake survivors // Compr Psychiatry. – 2012. – V. 53(5). – P. 616-622. 251 Ковалев П. А. Возрастно-половые особенности отражения в сознании структуры собственной агрессивности и агрессивного поведения // Автореф. дисc. на соискание уч. степ. к. псих. н. — СПб. – 1996. 121 целеустремленности по сравнению с женщинами252. В ряде исследований было отмечено существование гендерных различий в отношении к похвале и вознаграждению. Женщины испытывают потребность в том, чтобы ее работа была отмечена окружающими, в то время как мужчины более независимы в своих самооценках от мнения окружающих253. Рис.8.1. Взаимосвязь между чертами личности и социо-демографическими факторами на основании наших данных (выборка состоит из 1018 здоровых людей – студентов ВУЗов). Ученые объясняют различия в свойствах личности между мужчинами и женщинами с точки зрения биологической (основанной на гормональных различиях) и социальнопсихологической теорий (в частности, модели социальных ролей)254. Последняя теория 252 Грей Д. Мужчины - с Марса, женщины - с Венеры // Межличностное общение: Хрестоматия. — СПб. – 2001. – С. 3-17. 253 Ильин Е. П. Пол и гендер // – Cпб: Питер. – 2010. – С. 151-355. 254 P.T. Jr. Costa, A. Terracciano, R.R. McCrae. Gender differences in personality traits across cultures: robust and surprising findings // J Pers Soc Psychol. – 2001. – V. 81(2). – P. 322-331. 122 предполагает, что повышение импульсивности и рискованных паттернов поведения у мужчин обусловлено выполнением мужчинами социальной роли как главы семьи, поскольку в современном обществе зачастую умение разумно рисковать имеет прямую взаимосвязь с материальным положением и репродуктивным успехом. Биологическая теория рассматривает влияние половых гормонов (которые оказывают влияние на целый каскад клеточных эффектов) на экспрессию генов и анатомо-физиологических различий. Важной психофизиологической характеристикой различий является функциональная асимметрия больших полушарий головного мозга, имеющая свои особенности у мужчин и женщин. Оказывается, что асимметрия мозговых структур больше выражена у сильной половины человечества по сравнению с женщинами, у которых речевые и пространственные способности представлены билатерально (т.е. симметрично в обоих полушариях мозга). Различная выраженность межполушарной асимметрии обнаружена и в организации эмоций, поскольку женщины демонстрируют психофизиологические реакции на эмоциональные стимулы Известно, что половые гормоны могут 249 более сильные . влиять на экспрессию генов нейромедиаторных систем мозга. Большое количество работ свидетельствует о повышении серотониновой активности в ответ на стрессовые воздействия у женщин. И наоборот, у женщин с более низким уровнем эстрогенов (женских половых гормонов), например, в период менопаузы, обнаруживается снижение серотониновой активности, что может сопровождаться симптомами депрессии255. 8.2. Культурные и популяционные различия в личностных чертах Значительную роль в существовании различий между этническими группами играют культура и традиции народа. Кроме того, ученые выдвинули предположение, что закрепление определенного этно-специфичного стереотипа поведения может быть результатом генетического отбора по какому-либо признаку, зависящему от социальнодемографических, климатических и прочих факторов. В тоже время, разные народы мира имеют свои культурные и религиозные особенности, обуславливающие нормы поведения в обществе, а, следовательно, в каждой культуре в результате позитивной селекции могут сохраняться личностные черты, необходимые для успешной социализации именно в этой популяции, что является в какой-то мере следствием отбора индивидов с определенными генотипами256. 255 K.P. Cosgrove, C.M. Mazure, J.K. Staley. Evolving knowledge of sex differences in brain structure, function, and chemistry // Biol Psychiatry. – 2007. – V. 62(8). – P. 847-855. 256 А.В. Казанцева, Д.А. Гайсина, С.Б. Малых, Э.К. Хуснутдинова. Роль генетических факторов в формировании свойств личности и темперамента // Медицинская генетика. – 2008. - №3. – С.3 – 13. 123 Масштабное исследование было проведено на выборке здоровых людей из 51 страны с целью выявить сходства и различия в свойствах личности между людьми из разных стран, а, следовательно, разных этнических групп 257. Ученые пришли к вполне логичным заключениям: географически, этнически и исторически родственные страны (например, Германия и Австрия, США и Канада) имеют схожие личностные психологические профили. Если быть болеее конкретными, то, если рассматривать популяцию в целом, для жителей стран Западной Европы и Америки характерны высокая «экстраверсия», «поиск новизны» и «зависимость от вознаграждения» по сравнению с жителями Азии и Африки, которые в целом являются более тревожными и избегающими новых непривычных ситуаций253 258 . Несмотря на схожесть личностных профилей между странами Европы, все же существуют различия между людьми из разных европейских стран. Индивиды, населяющие страны Южной и Восточной Европы в среднем имеют больший уровень нейротизма и меньшую «добросовестность», если сравнивать их темперамент с психологическими характеристиками жителей северных европейских стран и стран Азии. Полученные данные ученые объясняют возможным влиянием разницы культур, поскольку у жителей стран с более авторитарным, традиционным и коллективистическим общественным строем (характерным, например, для стран Азии) наблюдается более низкая «экстраверсия», «открытость к опыту» и «согласие». Индивиды же из стран с индивидуалистическим общественным строем, наоборот, проявляют большее стремление к общению с другими людьми и приобретению новых навыков (например, Северная Америка и Западная Европа). По данным этого исследования Россия может быть наклонностями. отнесена Однако, к группе стран охарактеризовать с преимущественно российскую коллективистскими национальную культуру достаточно сложно, поскольку на территории России происходит слияние западных и восточных ценностей. Несмотря на то, что существуют значительные межкультурные вариации в свойствах личности, величина этих различий очень мала по сравнению с индивидуальными различиями в каждой отдельно взятой популяции. К таким выводам пришли профессора McCrae и Terracciano из Национального Института старения, опубликовав свою работу в 2005 году253. Оказалось, что 95% вариаций объясняется различиями внутри одной культуры, и только 5% - межкультурными различиями. 257 R.R. McCrae, A. Terracciano. Personality profiles of cultures: aggregate personality traits // J Pers Soc Psychol. – 2005. – V. 89(3). – P. 407-425. 258 J. Miettunen, L. Kantojarvi, J. Veijola et al. International comparison of Cloninger’s temperament dimensions // Pers Individ Differ. – 2006. – V. 41. – P. 1515-1526. 124 8.3. Влияние статуса курения на вариации личностных черт В условиях стресса в поиске средств снятия напряжения и дискомфорта люди зачастую приобретают такую вредную привычку как курение или, выражаясь научно, никотиновую зависимость. Согласно данным статистики, курящих мужчин во всем мире больше, чем женщин, но соотношение между ними колеблется в довольно широких пределах: от 1,35:1 в США и странах Европы до 6,2:1 – в Азии. Интересно, что существует особый личностный профиль у курильщиков. Оказывается, характерным для них явыляется высокий уровень импульсивности, «поиска новизны», «избегания ущерба» и пониженной «настойчивости», «самонаправленности» по сравнению с некурящими индивидами259. Недавно в журнале Addiction были опубликованы результаты масштабного исследования, проведенного коллегами из Финляндии и Англии260. Анализ был проведен на 9 когортах из Австралии, Германии, США и Англии, и в общей сложности включал около 80 тысяч человек обоих полов, при этом исследовался личностный профиль у людей, которые никогда не пробовали курить, которые бросили и у тех, кто до сих пор курит. Оказалось, что курильщики характеризуются высокой экстраверсией, нейротизмом и низкой «добросовестностью» по сравнению с теми, кто никогда не пробовал курить. Дело в том, что желание попробовать курить возникает у людей с высокой экстраверсией и низкой «добросовестностью», а высокий уровень нейротизма не позволяет людям бросить курить. Возникает замкнутый круг… Однако не стоит расслабляться и тем, у которых, наоборот, при тестировании обнаружится низкая экстраверсия и нейротизм и высокая «добросовестность». Эти данные были получены в среднем для популяции, и всегда бывают исключения из правил. 8.4. Влияние стиля родительского воспитания на вариации черт личности В последнее время появилось много работ, свидетельствующих о роли стиля родительского воспитания в формировании личностных черт, поведения, склонности к развитию делинквентного поведения (т.е. антисоциального и противоправного) и психическим расстройствам. Считается, что забота родителей оказывает большее влияние на изменения в свойствах характера, отражающих зрелость личности, чем на свойства темперамента, отвечающих за эмоциональную и поведенческую активность человека. Одним из методов оценки взаимоотношений ребенок - родители является опросник стиля родительского воспитания – Parental Bonding Instrument (PBI), предложенный Г. 259 J. F. Etter, C. Bullen. A longitudinal study of electronic cigarette users // Addictive behaviors. – 2014. – V. 39. – №. 2. – P. 491-494. 260 Hakulinen C., Hintsanen M., Munafò M.R. et al. Personality and smoking: individual-participant meta-analysis of nine cohort studies // Addiction. – 2015. doi: 10.1111/add.13079. 125 Паркером261. PBI оценивает две биполярные шкалы: заботу и сверхопеку. На основе значений по данным шкалам Паркер выделил пять типов стилей родительского воспитания: - средний уровень заботы и опеки; - высокая забота и низкая опека – оптимальный эмоциональный контакт; - высокая забота и сверхопека – излишняя концентрация на ребенке; - низкая забота и сверхопека – безэмоциональный контроль; - низкая забота и низкая опека – пренебрежительный стиль воспитания. Важную роль в формировании свойств личности и склонности к личностным расстройствам оказывает как участие матери, так и отца в процессе воспитания. Например, люди с антисоциальным поведением часто описывают своих отцов как отстранённых, холодных, враждебных, либо говорят об их отсутствии. В общей ситуации подростки с делинквентным поведением обычно испытывают недостаток любви, заботы и привязанности в детстве. Безэмоциональный контроль матери и пренебрежительный стиль воспитания отца коррелируют с риском развития суицидального поведения262, раннего начала употребления психоактивных веществ263. Не только склонность к психическим расстройствам, но и свойства личности также формируются в зависимости от стиля воспитания. Например, низкая забота приводит к повышенному «избеганию ущерба» и пониженной «самонаправленности»264. 8.5. Влияние сезона и порядка рождения на вариации черт личности Порядок рождения. Еще одним средовым фактором, играющим важную роль в формировании индивидуальности человека, согласно эволюционной теории Sulloway (1996), является порядок рождения. Еще в 1970 г. Eysenck и Cookson265, изучившие около 4000 детей начальной школы, обнаружили, что дети, воспитанные в семьях с небольшим числом братьев и сестер, демонстрировали более высокий уровень когнитивных способностей, экстраверсии и меньшей эмоциональной неустойчивости. Дальнейшие 261 G. Parker, H. Tupling, L. B. Brown. Parental Bonding Instrument (PBI) // British Journal of Medical Psychology. – 1979. – V. 52. – P. 1-10. 262 F. M. da Cunha Coelho, R. T. Pinheiro, R. A. Silva, K. A. T. Pinheiro. Parental bonding and suicidality in pregnant teenagers: a population-based study in southern Brazil // Social psychiatry and psychiatric epidemiology. – 2014. – P. 1-8. 263 R. Icick, S. Lauer, L. Romo, G. Dupuy, J. P. Lépine, F. Vorspan. Dysfunctional parental styles perceived during childhood in outpatients with substance use disorders // Psychiatry research. – 2013. – V. 210. – №. 2. – P. 522-528. 264 A. Suzuki, Y. Matsumoto, N. Shibuya et al. The brain-derived neurotrophic factor Val66Met polymorphism modulates the effects of parental rearing on personality traits in healthy subjects // Genes Brain Behav. – 2011. –V. 10(4). –P. 385-391. 265 Eysenck H.J., Cookson D. Personality in primary school children:3. – Family background // British Journal of Educational Psychology. - 1970. - V. 40. - P. 117–131. 126 исследования в этой области подтвердили, что порядок рождения ребенка негативно нелинейно коррелирует с умственными способностями и успеваемостью, причем более слабый эффект порядка рождения на способности ребенка отмечается в семьях с большим числом детей. Эти заключения были основаны на том, что первый ребенок в семье имеет свободный доступ к таким ресурсам как время, которое родители проводят с ним; в то время как каждый последующий ребенок требует от родителей больше ресурсов, чем те могут предоставить (теория истощения ресурсов). Таким образом, существуют различия в объеме родительского внимания в зависимости от порядка рождения индивида, что в итоге выражается в существенных различиях в уровне когнитивных способностей 266. В то же время, семейные и близнецовые исследования позволили исследователям прийти к заключению о том, что психологические различия между братьями и сестрами в одной семье обусловлены неодинаковостью факторов окружающей среды между ними (т.е. различиями в индивидуальной среде). Наряду с когнитивными характеристиками известны и различия в уровне тревожности и сопутствующих ей психических расстройств, обусловленные порядком рождения. У первого ребенка, согласно ряду исследований, повышен риск развития негативного поведения, ситуативной тревожности, в то время как средние дети демонстрируют повышенную независимость267. Сезон рождения.Хорошо известно, что существует сезонный характер всплеска многих психических заболеваний, приходящийся в основном на осенне-весенний период. Но кроме того, существует зависимость между риском развития психических расстройств, таких как шизофрения, биполярное расстройство, депрессия, суицидальное поведение, и сезоном рождения268. Вовлеченность «сезона рождения» в вариации черт личности объясняется сезонными изменениями в частоте некоторых инфекционных заболеваний (повышенной частотой ОРВИ и гриппа, в частности) в определенный сезон и различиями в рационе питания (в частности, уровнем витамина Д) в период беременности, а также изменениями циркадных ритмов, длины светового дня, сезонных гормональных колебаний в организме. Данные факторы оказывают возможное влияние на возникновение врожденных структурных и функциональных изменений мозга, уровень активности нейромедиаторных систем264. 266 Härkönen J. Birth Order Effects on Educational Attainment and Educational Transitions in West Germany // European Sociological Review. - 2014. - V. 30(2). - P. 166–179. 267 Aminabadi N.A., Sohrabi A., Erfanparast L.K., et al. Can birth order affect temperament, anxiety and behavior in 5 to 7-year-old children in the dental setting? // J. Contemp. Dent. Pract. - 2011. - V. 12(4). - P. 225-231. 268 J.H. Antonsen, X. Gonda, P. Dome, Z. Rihmer. Associations between season of birth and suicide: a brief review // Neuropsychopharmacol. Hung. - 2012. - V. 14. - № 3. - P. 177-187. 127 К тому же обнаружено влияние колебаний температуры окружающей среды, стрессовых факторов, образа жизни будущей матери на поведение лиц, родившихся в разное время года. Так, женщины, родившиеся зимой, характеризуются пониженным «поиском новизны» по сравнению с отмечающими свой день рождения в летние месяцы269. Кроме того, индивиды, родившиеся в период с апреля по июнь и с октября по ноябрь, демонстрируют высокий «поиск новизны» и низкое «избегание ущерба», в то время как снижение депрессии характерно для лиц, родившихся в мае и октябре270. Основываясь на литературных данных, стало известно, что важное значение для нормального развития нервной системы и мозга плода играет достаточное поступление микронутриентов (например, фолиевой кислоты, витамина В12, омега-3 полиненасыщенных жирных кислот) в организм матери в пренатальном (т.е. во время пребывания в утробе матери) и раннем постнатальном периоде (т. е. вскоре после рождения). Оказалось, что эти вещества могут приводить к изменениям в структуре и последовательности молекулы ДНК. Например, фолиевая кислота участвует в переносе метильной группы (реметилировании) на молекулу гомоцистеина –токсической для клеток серосодержащей аминокислоты, которая может приводить к разрыву цепей ДНК, окислительному стрессу и апоптозу (т.е. смерти клетки). Фолиевая кислота способствует метилированию ДНК. При низком уровне фолата (соли фолиевой кислоты) в организме происходит цепь реакций, в итоге приводящая к снижению метилирования ДНК, повышению уровня транскрипции генов и разрыву ДНК, а также снижению способности ДНК восстановливаться от повреждений. Все эти процессы в результате способствуют возникновению мутаций или запуску смерти клетки271. Другой важный микронутриент витамин В12 - вовлечен в регуляцию синтеза ДНК, синтеза полиненасыщенных жирных кислот и энергии и играет существенную роль в изменении уровня метилирования катехоламинов, фосфолипидов и хроматина. Известно, что дефицит витамина В12 во время беременности, как и в случае с фолиевой кислотой, приводит к повышению уровня гомоцистеина (цитотоксической аминокислоты) у плода272. Наиболее важными омега-3 полиненасыщенными жирными кислотами являются альфа-линоленовая (АЛК), эйкозапентаеновая (ЭПК) и докозагексаеновая кислота (ДГК). 269 J. Chotai, M. Joukamaa, A. Taanila, et al. Novelty seeking among adult women is lower for the winter borns compared to the summer borns: replication in a large Finnish birth cohort // Comprehensive psychiatry. – 2009. – V. 50. – №. 6. – P. 562-566. 270 Rihmer, P. Erdos, M. Ormos, et al. Association between affective temperaments and season of birth in a general student population // Journal of affective disorders. – 2011. – V. 132. – №. 1. – P. 64-70. 271 McKay J.A., Williams E.A., Mathers J.C. Folate and DNA methylation during in utero development and aging // Biochem Soc Trans. – 2004. – V. 32(Pt 6). – P. 1006-1007. 272 Dhobale M., Joshi S. Altered maternal micronutrients (folic acid, vitamin B(12)) and omega 3 fatty acids through oxidative stress may reduce neurotrophic factors in preterm pregnancy // J Matern Fetal Neonatal Med. – 2012. – V. 25(4). – P. 317-323. 128 Известно, что на ~ 50% мозг состоит из докозагексаеновой и арахидоновой кислот, которые играют ключевую роль в его развитии. Важно, что организм человека не способен синтезировать эти жирные кислоты, хотя он может образовывать длинноцепочечные ЭПК и ДГК из более короткоцепочечной АЛК. Таким образом, накопление длинноцепочечных ЭПК и ДГК в тканях является наиболее эффективным, когда они поступают непосредственно из пищи или, когда конкурирующие количества омега-6 аналогов являются низкими. Омега-3 полиненасыщенные жирные кислоты существенны для нормального развития нервной системы, являются важными компонентами клеточных мембран, оказывая влияние на метаболизм эйкозаноидов, генную экспрессию и межклеточные взаимодействия268. Таким образом, дефицит необходимых микронутриентов в питании беременной женщины приводит к изменению эпигенетической регуляции с помощью различных механизмов, включая метилирование ДНК и гистонов, что приводит к формированию особого личностного психологического профиля в будущем. 8.6. Влияние солнечной активности на вариации черт личности Учеными давно было замечено, что всплески солнечной/геомагнитной активности оказывают негативное воздействие не только на отдельные личности, но и на человечество в целом. Уровень солнечной активности было предложено оценивать по количеству пятен, наблюдаемых на солнце. Причем, в среднем цикл солнечной активности (иначе называется цикл Швабе или цикл Швабе-Вольфа) длится 11 лет, характеризуясь довольно быстрым (в среднем примерно за 4 года) увеличением числа солнечных пятен и последующим более медленным (около 7 лет) его уменьшением. Интересные наблюдения были связаны с «пиками» солнечной активности во время таких 11-летних циклов, поскольку уровень природных и антропогенных катаклизмов, стихийных бедствий и войн был наиболее высоким именно в такие периоды. Существует ли какая-либо взаимосвязь между уровнем солнечной (геомагнитной) активности и, например, склонностью к развитию депрессивных расстройств и эмоциональной неустойчивости? Оказалось, что действительно такая взаимосвязь существует. Дело в том, что высокая геомагнитная активность, которой подвергались беременные женщины во время третьего триместра беременности, коррелирует с повышенным образованием кортизола (гормона стресса) уже у их новорожденных 129 детей273, приводя к большей предрасположенности детей к проявлению излишней тревожности. Другим возможным механизмом действия геомагнитной активности на свойства личности представляется снижение уровня мелатонина – вещества, играющего важную роль в контроле над циркадными ритмами, вовлеченными в целый каскад реакций и участвующими в формировании определенных паттернов нашего поведения (см. главу 7.2.10) в ответ на высокую солнечную активность274. Было предположено, что внешнее магнитное поле может также изменять функциональную активность белков семейства криптохромов (CRY), регулирующих циркадные ритмы человека, что влияет на транскрипцию многих генов, определяя тот или иной путь формирования индивидуальных психологических свойств. *** 273 Oberlander T.F., Weinberg J., Papsdorf M. et al. Prenatal exposure to maternal depression, neonatal methylation of human glucocorticoid receptor gene (NR3C1) and infant cortisol stress responses // Epigenetics. – 2008. – V. 3(2). – P. 97-106. 274 S. J. Palmer, M. J. Rycroft, M. Cermack. Solar and geomagnetic activity, extremely low frequency magnetic and electric fields and human health at the Earth’s surface // Surveys in Geophysics. – 2006. – V. 27(5). – P. 557-595. 130 9. Межгенные и ген-средовые взаимодействия 9.1. Роль ген-средовых взаимодействий в межиндивидуальных вариациях черт личности К настоящему времени известно большое количество работ, оценивающих эффект ген-средовых взаимодействий (GxE, от англ. Gene x Environment), поскольку исследования такого рода помогают лучше раскрыть комплексные признаки и идентифицировать новые гены, эффект действия которых проявляется только в определенных условиях окружающей среды. Самыми изученными средовыми факторами, оказывающими важное значение в выявление генетической ассоциации с различиями в темпераменте и характере, являются наличие стрессовых ситуаций (особенно в детстве), включая воспитание в неблагоприятной обстановке, а также стиль родительского воспитания. К таким выводам пришли ученые из Института Психиатрии Ямагатского медицинского университета в Японии. Они изучали, каким образом влияет стиль родительского воспитания на каждую из пяти личностных черт, оцениваемых опросником «Большая пятерка», а также оценивали генетический эффект полиморфного локуса Val66Met в гене нейротрофического фактора головного мозга (BDNF)275. Интересно, что отдельного эффекта ни генетического, ни средового компонента в вариации свойств личности обнаружено не было. Однако, был обнаружен имеено эффект ген-средового взаимодействия, который свидетельствует об увеличении уровня эмоциональной неустойчивости («нейротизма») у людей, воспитанных «малозаботливыми» матерями, в геноме которых имеется генотип Met/Met в данном полиморфном локусе. Неблагоприятная обстановка в детстве модулирует ассоциацию генов гипоталамогипофизарно-надпочечниковой системы (отражающей реакцию на стресс) с уровнем нейротизма. Так, определенный гаплотип (т.е. совместное наличие определенных полиморфных вариантов) в гене кортикотропин-рилизинг гормона 1 (CRHR1) был ассоциирован с повышенным «нейротизмом» только у детей, воспитанных в неблагоприятной обстановке276. Исследования, проведенные на высших обезьянах, также свидетельствуют о важной роли «благоприятной обстановки» в детстве, которая оказывает влияние на ассоциацию определенного генотипа в гене переносчика серотонина (5-НТТ) с изменениями поведения и темперамента. В частности, у воспитанных человеком высших обезьян отмечалась корреляция короткого аллеля S с пониженными значениями 275 Suzuki A., Matsumoto Y., Shibuya N. et al. The brain-derived neurotrophic factor Val66Met polymorphism modulates the effects of parental rearing on personality traits in healthy subjects // Genes Brain Behav. – 2011. – V. 10(4). – P. 385-391. 276 De Young A.C., Kenardy J.A., Cobham V.E. Trauma in early childhood: a neglected population // Clin Child Fam Psychol Rev. – 2011. – V. 14(3). – P. 231-250. 131 5-гидрокси-3-индол уксусной кислоты (5-ГИУК, отражающими снижение уровня серотонина), что не наблюдалось у обезьян с тем же генотипом, но воспитанными биологической матерью277. Наличие неблагоприятной обстановки в детстве оказывает большое значение в развитии психопатологий при наличии особого варианта гена нейротрофического фактора головного мозга. Так, женщины - носительницы аллеля Met в гене BDNF обладают повышенным риском развития депрессии в случае перенесенной психоэмоциональной травмы в детстве278. Также отмечено, что стиль родительского воспитания модулирует симптомы депрессии и тревожности у женщин в зависимости от определенного генотипа в локусе rs2254298 гена рецептора окситоцина (OXTR)279. Одним из средовых факторов, вызывающих многочисленные споры и сомнения, однако, оказывающим решающую роль в развитии ряда психических расстройств, а также свойств личности, является «сезон рождения». Ряд исследований показывают модулирующий эффект «сезона рождения» в выявлении ассоциации гена рецептора D4 дофамина (DRD4) с коммуникативными чертами личности (например, с «зависимостью от награды»)280. В частности, мужчины, рожденные в зимнее время и имеющие в своем генотипе аллель с семью повторами (7R) в гене DRD4, для своего комфортного существования нуждаются в получении похвалы со стороны других людей чаще, чем представители сильной половины, рожденные в другое время года. Несмотря на увеличение числа исследований, проводимых на основе анализа генсредовых взаимодействий (GxE), необходимо учитывать некоторые особенности данного метода: в частности, GxE анализ предполагает тестирование большого количества возможных GxE-гипотез, связанных со множеством переменных и анализов, что ведет к публикации только наиболее значимых результатов. К настоящему времени почти все исследования GxE-взаимодействий основывались на выборе генов-кандидатов и средовых факторов на основании их функциональной значимости. Однако полногеномные анализы ассоциаций не смогли подтвердить выявленных 277 ассоциаций на уровне GxE- Benjamin J., Ebstein R.P., Belmaker R.H. Personality genetics // Isr J Psychiatry Relat Sci. – 2002. – V. 39(4). – P. 271-279. 278 Lavebratt C., Aberg E., Sjöholm L.K., Forsell Y. Variations in FKBP5 and BDNF genes are suggestively associated with depression in a Swedish population-based cohort // J Affect Disord. – 2010. – V. 125(1-3). – P. 249255. 279 Thompson R.J., Parker K.J., Hallmayer J.F. et al. Oxytocin receptor gene polymorphism (rs2254298) interacts with familial risk for psychopathology to predict symptoms of depression and anxiety in adolescent girls // Psychoneuroendocrinology. – 2011. – V. 36(1). – P. 144-147. 280 Roussos P., Giakoumaki S.G., Bitsios P. Cognitive and emotional processing associated with the Season of Birth and dopamine D4 receptor gene // Neuropsychologia. – 2010. – V. 48(13). – P. 3926-3933. 132 взаимодействий281. Мета-анализ, проведенный Duncan и Keller282 на основании 103 работ (2000-2009 годы), выявил, что 96% новых GxE-работ являлись статистически значимыми, в то время как всего 27% репликативных исследований достигли уровня значимости. Таким образом, дальнейшие исследования в этой области необходимо проводить на большой выборке как на первом этапе (GxE-анализа), так и на этапе репликации, учитывая возможную вовлеченность многих средовых факторов. 9.2. Роль межгенных взаимодействий в межиндивидуальных вариациях черт личности Как было уже отмечено в главе 7, формирование нашего темперамента и характера определяется многочисленными генами, кодирующими белки, выполняющие четкие функции в различных системах. Поэтому неудивительно, что белковые продукты генов одной системы взаимодействуют, обеспечивая слаженную ее работу. Кроме того, ни одна система в мозге не функционирует отдельно, они находятся в тесном контакте друг с другом, определяя все многоообразие фенотипов. Таким образом под ген-генным взаимодействием мы понимаем не только и не столько взаимодействие нуклеотидных последовательностей молекулы ДНК, но взаимодействие белковых продуктов, кодируемых изучаемыми генами. В последнее время популярным подходом в молекулярно-генетических исследованиях стал анализ полигенных баллов (c англ. polygenic score analysis), который основывается на данных, полученных в результате полногеномных анализов ассоциаций. При этом исследователи производят поиск не одиночных однонуклеотидных локусов, ассоциированных с признаком (напр., свойствами личности), а оценивают весь массив SNPs, который вносит больший вклад в вариации изучаемого признака. Таким образом находят локусы, принадлежащие различным генам и их системам. Этот подход, приобретающий все большую популярность, подтверждает полигенную природу свойств темперамента и личности. Рассмотрим наиболее часто изучающиеся модели ген-генных взаимодействий. К настоящему времени существует большое количество исследований, демонстрирующих взаимодействие системы нейротрофического фактора и серотониновой системы на уровне взаимодействия генов нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) и переносчика серотонина (5-НТТ), играющих определенную роль в формировании различий в свойствах, характеризующих тревожность - «избегании 281 Bosker F.J., Hartman C.A., Nolte I.M. et al. Poor replication of candidate genes for major depressive disorder using genome-wide association data // Mol Psychiatry. – 2011. – V. 16(5). – P. 516-532. 282 Duncan L.E., Keller M.C. A critical review of the first 10 years of candidate gene-by-environment interaction research in psychiatry // Am J Psychiatry. – 2011. – V. 168(10). – P. 1041-1049. 133 ущерба» и «нейротизме». В частности, носители генотипа L/L в гене 5-HTT в случае наличия аллеля Val (по локусу Val66Met) в гене BDNF характеризовались пониженным «нейротизмом», а при наличии аллеля Met в гене BDNF, наоборот, имели повышенные значения этой черты тревожного ряда283. Взаимодействие гена 5-НТТ (генотип S/S локуса 5-HTTLPR) и гена BDNF (генотип Val/Val локуса Val66Met) обуславливало повышенный уровень черт тревожного ряда («депрессии» и «психастении») у здоровых родителей индивидов с аффективными расстройствами284. Можно предположить, что индивидуальные различия в стрессовой регуляции и чувствительности к стрессу модулируют эффект взаимодействия переносчика серотонина и нейротрофического фактора головного мозга. Существуют данные о взаимодействии системы нейротрофического фактора с другими системами нейротрансмиссии. В частности, нейротрофический фактор головного мозга регулирует работу дофаминовой системы мозга, вовлеченной в контроль над процессами мотивации, вознаграждения, обучения. Так, нейротрофический фактор головного мозга усиливает высвобождение дофамина в прилежащем ядре – регионе мозга, вовлеченном в контроль за вознаграждением, импульсивностью, зависимостью от психоактивных веществ. Молекулярно-генетические исследования выявили модель межгенного взаимодействия, включающую ген нейротрофического фактора головного мозга (BDNF) и ген рецептора D2 дофамина (DRD2), определяющую различия между людьми в уровне целеустремленности. В частности, носители аллеля Met (локуса Val66Met) в гене BDNF при наличии аллеля A1 (локуса Taq1) в гене DRD2 характеризовались пониженной «самонаправленностью»285. Существуют данные о взаимодействии BDNF с катехол-орто-метилтрансферазой (СОМТ) – ферментом, участвующем в разрушении нейромедиаторов (дофамина, адреналина, норадреналина), определяющем различия в тревожности. Результаты этой работы были опубликованы японскими учеными в 2014 году, свидетельствуя о том, что носители аллеля Met (локуса Val158Met) в гене COMT характеризуются повышенной тревожностью только если у них есть генотип Val/*Val в гене BDNF286. 283 Terracciano A., Martin B., Ansari D. et al. Plasma BDNF concentration, Val66Met genetic variant and depression-related personality traits // Genes Brain Behav. – 2010. – V. 9(5). – P. 512-518. 284 Golimbet V., Alfimova M., Korovaitseva G. et al. Emotional distress in parents of psychotic patients is modified by serotonin transporter gene (5-HTTLPR)--brain-derived neurotrophic factor gene interactions // Span J Psychol. – 2009. – V. 12(2). – P. 696-706. 285 Montag C., Weber B., Jentgens E. et al. An epistasis effect of functional variants on the BDNF and DRD2 genes modulates gray matter volume of the anterior cingulate cortex in healthy humans // Neuropsychologia. – 2010. – V. 48(4). – P. 1016-1021. 286 Konishi Y., Tanii H., Otowa T. et al. Gene×gene×gender interaction of BDNF and COMT genotypes associated with panic disorder // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. – 2014. – V. 51. – P. 119-125. 134 Ряд исследований свидетельствуют о взаимодействии окситоцина и аргининвазопрессина с другими гормональными и нейромедиаторными системами. В частности, экспрессия гена рецептора окситоцина (OXTR) контролируется уровнем половых гормонов, в то время как действие окситоцина, выражающееся в возникновении тревожности, находится под контролем серотониновой системы. Так, взаимодействие белковых продуктов генов 5-НТТ и OXTR определяет различия в родительском поведении, причем меньшая забота и поддержка своих детей характерна для людей, имеющих в своем геноме короткий аллель S в гене 5-НТТ и низкоактивный аллель в гене OXTR287. Кроме того, проявление тревожного поведения обусловлено взаимодействием локусов rs878886, rs28632197 генов CRHR1 и AVPR1B, что подтверждает ранее описанное взаимовлияние аргинина-вазопрессина и кортикотропин-рилизинг фактора при стрессе. Известно, что гены, кодирующие половые гормоны, взаимодействуют с другими системами нейротрансмиссии. Комбинация генов рецептора андрогена, переносчика дофамина, переносчика серотонина оказывает влияние на становление таких свойств личности как импульсивность и гиперактивность как при синдроме дефицита внимания, так и при других расстройствах детского поведения, характеризующихся непослушанием и нарушением социальных норм288, а взаимодействие генов рецепторов андрогена (AR) и эстрогена (ESR1) – на склонность к антисоциальному поведению289. Результаты нейромедиаторных исследований с систем, учетом эпистатических гипоталамо-гипофизарной взаимодействий системы, генов системы нейротрофических факторов головного мозга и генов половых гормонов в большинстве сложно интерпретируемы. Для получения достоверной картины необходимо проведение функциональных исследований для выявленных генетических ассоциаций. 10. О чем говорят полученные данные? Генетический паспорт и предиктивная медицина. Несмотря на большой прогресс в области исследования наследственных факторов, отвечающих за формирование свойств личности, выявление множества однонуклеотидных замен в различных генах за более чем 20-летний этап исследования, человечество находится еще в самом начале изучения такого сложного феномена как «личность» и ее свойства. Аналогично, долгожданная расшифровка генома человека в 287 Bakermans-Kranenburg M.J., van Ijzendoorn M.H. Oxytocin receptor (OXTR) and serotonin transporter (5HTT) genes associated with observed parenting // Soc Cogn Affect Neurosci. – 2008. – V. 3(2). – P. 128-134. 288 Comings D.E. Polygenic inheritance and micro/minisatellites // Mol Psychiatry. – 1998. – V. 3(1). – P. 21-31. 289 Prichard Z.M., Jorm A.F., Mackinnon A., Easteal S. Association analysis of 15 polymorphisms within 10 candidate genes for antisocial behavioural traits // Psychiatr Genet. – 2007. – V. 17(5). – P. 299-303. 135 2003 году, представляющая собой данные о нуклеотидной последовательности генома и структуре генов, не принесла миру информации о механизмах развития тех или иных заболеваний и признаков. Тем не менее, генетические и молекулярно-биологические технологии развиваются скачкообразными темпами, и даже самые сложные и дорогостоящие методы через несколько лет становятся все более доступными, появляются новые подходы, которые позволят решить проблему «потерянной наследуемости». Индивидуальные свойства личности не только определяют склонность к развитию нарушений в поведении в подростковом периоде, психических отклонений, успешность в профессиональной и спортивной деятельности, но и могут служить предикторами эффективного выздоровления в случае тяжелых заболеваний, а также «предсказать» продолжительность жизни. Ни от кого не секрет, что человек, настроенный оптимистично, не унывающий и стремящийся сделать как можно больше в жизни, будет выздоравливать значительно быстрее человека с повышенной возбудимостью и эмоциональной неустойчивостью. С оптимистами все понятно, но что же делать с пессимистами? Ученые уже на протяжении длительного времени говорят о создании в будущем генетических паспортов, в которых будет записана необходимая информация о нашем геноме. Таким образом, знание наследственных факторов, участвующих в развитии как заболеваний, так и формировании нашего темперамента (который определяет многочисленные стороны нашей жизни) позволит скорректировать негативные последствия, «закодированные» в генах, с помощью изменения окружающей обстановки. Это позволит грамотно использовать генетически обусловленные преимущества нашего темперамента и нивелировать его отрицательные стороны, что в целом, повысит здоровье нации и ее благополучие. 136 Заключение За последние два десятилетия учеными из разных уголков земного шара было проведено и проводится огромное количество исследований, стремящихся выявить гены и их варианты, отвечающие за наши различия в свойствах личности, в темпераменте и характере. При этом использовались различные методы и подходы, основанные как на заранее выдвигаемых гипотезах о роли конкретного гена и его дальнейшем анализе, так и на исследовании большого массива генетической информации без привязки к конкретной гипотезе. Последняя методика, называемая полногеномный анализ ассоциаций, получила в настоящее время большую популярность, и предполагает объединение выборок, собранных в разных популяциях мира, под единством одного большого «консорциума». Все эти исследования дали определенные результаты. Были обнаружены определенные варианты генов различных систем, включающие гены серотониновой, дофаминовой, норадреналиновой, иммунной систем, ГАМК, гены глутаматной, половых гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой, гормонов и их рецепторов, гены системы нейротрофического фактора, нейрексинов, циркадного ритма и многие другие, вносящие свой небольшой, но важный вклад в формирование индивидуальных различий в свойствах личности. Однако, этот вклад «всех обнаруженных вариантов генов» насчитывает не более 10% из оцененного наследственного компонента в 40-60%. Оставшаяся доля «неизвестных» наследственных факторов относится к проблеме «потерянной наследуемости», которую ученые в настоящий момент времени предлагают объяснить существованием изменений в эпигеноме под действием средовых факторов. Эти эпигенетические изменения представляют собой такие модификации в ДНК, белках и мРНК, которые влияют на уровень экспрессии генов. Таким образом, вне зависимости от последовательности нуклеотидов в ДНК существуют изменения в уровне образуемого белка, которые и определяют все существующее разнообразие поведенческих реакций между людьми в той или иной социальной обстановке. Однако, несмотря на результаты, полученные к настоящему моменту разными исследовательскими группами, многие из них противоречивы. Что же является причиной таких противоречий? Оказывается, их множество. Во-первых, черты личности находятся под влиянием множества генов, вносящих небольшой эффект каждый (1-2%), и ассоциация этих гентических вариантов с признаком обнаруживается только в случае использования большой выборки. Во-вторых, панели маркеров, используемые в полногеномных анализах, зачастую включают локусы, имеющие частоту минорного аллеля в популяции более 5%, в то время как функционально значимые маркеры зачастую 137 упускаются из генотипирования в связи с низкой частотой минорного аллеля. Кроме того, к настоящему времени не существует возможности выявления вариаций числа копийности в геноме в ходе проведения полногеномного анализа. В-третьих, необходимо использование новых, одномолекулярного пока еще секвенирования), дорогостоящих которые позволят технологий в ближайшем (например, будущем идентифицировать редкие варианты генов, совместное влияние которых контролирует формирование личностных черт. 138 Приложение. Условные обозначения и сокращения A – аденин (нуклеотид в молекуле ДНК или РНК) G – гуанин (нуклеотид в молекуле ДНК) C – цитозин (нуклеотид в молекуле ДНК или РНК) T – тимин (нуклеотид в молекуле ДНК или РНК) 5-НТТ (или SLC6A4) - переносчик серотонина ANKK1 - ген, содержащий анкириновые повторы и киназный домен 1 AR - андрогенный рецептор AVP - аргинин-вазопрессин AVPR1A - рецептор 1А аргинин-вазопрессина AVPR1B - рецептор 1В аргинин-вазопрессина BDNF - нейротрофический фактор головного мозга CNV - вариации числа копийности (от англ. copy number variations) СОМТ - катехол-орто-метилтрансфераза CRY – криптохром DNMT - ДНК-метилтрансферазы DRD2 - рецептор D2 дофамина DRD4 - рецептор Д4 дофамина ESR1 - рецептор эстрогена альфа GABAA – ионотропный рецептор ГАМК GABAB - метаботропный рецептор ГАМК GWAS – полногеномный анализ ассоциаций GWL – полногеномный анализ сцепления GxE - ген-средовые взаимодействия GxG – ген-генные взаимодействия H1/Н5, H2A, H2B, H3, H4 - гистоны HTR2A - рецептор 2А серотонина HTR2C – рецептор 2С серотонина IL-1β - интерлейкин-1бета Met – метионин (аминокислота) NEO-PI-R – опросник «Большая пятерка» (Neuroticism, Extraversion, Openness Personality Inventory) NET (SLC6A2) - Переносчик норэпинэфрина 139 NMDA - N-метил-D-аспартат NR3C1 (или ГР) – глюкокортикоидный рецептор NR3C2 (или МР) – минералокортикоидный рецептор NRXN - нейрексин OXT - окситоцин PER – белок семейства «период» Pro – пролин (аминокислота) rs25531 – обозначение полиморфного локуса в базе данных dbSNP Ser – серин (аминокислота) SLC6A3 - переносчик дофамина SNP – однонуклеотидный полиморфизм TCI – опросник С.Р. Клонинджера (Temperament and Character Inventory) Inventory) ТН - триптофандекарбоксилаза TNFa (или ФНО-альфа) - фактор некроза опухолей-альфа ТРН – триптофангидроксилаза Val – валин (аминокислота) VNTR - варьирующее число тандемных повторов (с англ. Variable Number of Tandem Repeats) АСП – антисоциальное поведение ГАМК (или GABA) - гамма-амино-масляная кислота ДНК - дезоксирибонуклеииновая кислота ИЛ (или IL) - интерлейкин ИМТ - индекс массы тела МАОА - моноаминоксидаза А п.н. – пар нуклеотидов ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты ПЭТ - позитронно-эмиссионная томография РНК - рибонуклеииновая кислота СДВГ – синдром дефицита внимания с гиперактивностью ТФ – транскрипционный фактор ТФР-бета - трансформирующий фактор роста β фМРТ - функциональная магнитно-резонансная томография ЦНС - центральная нервная система 140