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Studie hilft, den genetischen Bauplan des menschlichen Gehirns zu finden
Das Team analysierte MRT-Scans von 93 Paaren eineiiger Zwillinge und 68 Paaren zweieiiger Zwillinge.
Ziel war es, die genetische Verwandtschaft (oder Vererbbarkeit) von kortikalen und subkortikalen Strukturen in ihren Gehirnen zu kartieren. Eine Studie an gesunden Zwillingen ab 65 Jahren hat wichtige Hinweise auf den Einfluss von Genen auf die Entwicklung wichtiger Strukturen der grauen Substanz gewonnen und den Weg für einen genetischen Bauplan des menschlichen Gehirns geebnet. Ziel war es, die genetische Verwandtschaft ( oder Vererbbarkeit) kortikaler und subkortikaler Strukturen in ihren Gehirnen. Diese Strukturen sind für Funktionen verantwortlich, die vom Gedächtnis über die visuelle Verarbeitung bis hin zur motorischen Kontrolle reichen.
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Der leitende Forscher Professor Wei Wen sagte: Wir wissen, dass Gene die Gehirnentwicklung stark unterstützen. Aber wir verstehen immer noch nicht, welche spezifischen Gene daran beteiligt sind oder wie sie zu verschiedenen Gehirnstrukturen beitragen. Um diese Gene zu identifizieren, müssen wir zunächst wissen, ob sie von verschiedenen Teilen des Gehirns geteilt werden oder nur in einer einzigen Struktur vorkommen. Dies sei der erste Versuch, genetische Korrelationen zwischen allen Strukturen des Gehirns mithilfe des Zwillingsdesigns zu untersuchen, fügte er hinzu.
Das Team analysierte MRT-Scans von 93 Paaren eineiiger Zwillinge und 68 Paaren zweieiiger Zwillinge. Diese Teilnehmer waren alle kaukasische Männer und Frauen ohne Demenz mit einem Durchschnittsalter von 70 Jahren, die in den östlichen Bundesstaaten Australiens lebten.
Die Wissenschaftler maßen das Volumen ihrer Gehirnstrukturen (insgesamt 12) und bestimmten mit statistischen und genetischen Modellen die Vererbbarkeit für jede. Erblichkeit ist das Ausmaß, in dem Gene zu phänotypischen oder physischen Unterschieden beitragen. Einige der wichtigsten Schlüsselergebnisse waren, dass das Volumen der kortikalen und subkortikalen Gehirnstrukturen mäßige bis starke genetische Beiträge (zwischen 40 und 80 Prozent) hat. Der subkortikale Hippocampus, der eine Schlüsselrolle bei Gedächtnisprozessen spielt, hat bei älteren Menschen einen genetischen Anteil von mehr als 70 %.
Die Studie ergab, dass kortikale Strukturen, einschließlich des Frontallappens (Bewegung, Gedächtnis und Motivation) und des Hinterhauptlappens (visuelle Verarbeitung), genetische Beiträge von mehr als 70 Prozent haben.
Und schließlich deuten die Daten darauf hin, dass es im Gehirn drei genetisch korrelierte Cluster gibt. Dies sind Regionen, in denen die gleichen Gensätze mehrere Strukturen zu beeinflussen scheinen.
Ein Cluster umfasst die vier kortikalen Lappenstrukturen, während die anderen beiden Cluster subkortikaler Strukturen beinhalten.
Professor Perminder Sachdev sagte: Das Vorhandensein dieser drei genetisch korrelierten Cluster ist das bedeutendste Ergebnis und darin liegt die Neuheit der Arbeit.
Es gibt uns eine Blaupause für die Bildung eines neuen Gehirnmodells, das in genetisch verknüpfte Strukturen unterteilt ist. Dies können wir auf die Analyse von Big Data anwenden und nutzen, um effektiver nach den spezifischen Genen zu suchen, die an der Gehirnentwicklung beteiligt sind, fügte er hinzu.
Sachdev sagte, das klassische Zwillingsdesign sei ein wichtiges Instrument, um zu verstehen, ob körperliche oder Verhaltensmerkmale eine genetische Determinante haben.
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Zwillingsstudien vergleichen die Ähnlichkeit eines bestimmten Merkmals (oder Merkmals) zwischen eineiigen (eineiigen) Zwillingen, die 100 Prozent ihrer DNA teilen, und zweieiigen (zweieiigen) Zwillingen, die 50 Prozent ihrer DNA teilen.
Wenn in diesen Studien ein körperliches Merkmal bei eineiigen Zwillingen wesentlich ähnlicher ist als bei zweieiigen Zwillingen, deutet dies auf einen starken genetischen Beitrag hin.
Obwohl er in allen untersuchten Strukturen starke genetische Beiträge fand, sagte Sachdev, er sei überrascht von der geringen genetischen Korrelation zwischen kortikalen und subkortikalen Strukturen. Diese Strukturen neigten dazu, einzigartige genetische Determinanten aufzuweisen und waren nur schwach verwandt.
Es sei eine Erinnerung daran, dass das Gehirn ein unglaublich komplexes Organ ist, das für genetische Zwecke nicht als homogene Struktur behandelt werden kann, sagte er.
Die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse zu Fortschritten auf diesem Gebiet und einem besseren Verständnis des genetischen Bauplans des menschlichen Gehirns führen werden.
Dies sei einer der entscheidenden ersten Schritte, die unternommen werden müssten, sagte Sachdev.
Es ist noch ein langer Weg, aber wenn wir die genetischen Grundlagen der Variabilität im menschlichen Gehirn verstehen, können wir die Mechanismen verstehen, die diese Unterschiede verursachen und die auch in Zukunft die Entwicklung von Krankheiten unterstützen.
Die Studie wurde in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.