Кора головного мозга представляет собой относительно тонкий, сложенный, внешний слой «серого вещества» мозга, необходимый для мышления, обработки информации, памяти и внимания. Не так много было обнаружено о генетических основах, которые влияют на размер площади поверхности коры и ее толщину, которые ранее были связаны с различными психическими особенностями, включая шизофрению, биполярное расстройство, депрессию, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), и аутизм.

В настоящее время впервые более 360 ученых из 184 различных учреждений, в том числе UNC-Chapel Hill, внесли свой вклад в глобальные усилия по поиску более 200 областей генома и более 300 конкретных генетических вариаций, которые влияют на структуру коры головного мозга и, вероятно, играют важную роль в психиатрических и неврологических условиях.

Исследование, опубликованное в Science было проведено со-старшими авторами Джейсоном Стейном, доктором наук, доцентом кафедры генетики Медицинской школы UNC; Сара Медланд, доктор философии, старший научный сотрудник Медицинского исследовательского института QIMR Berghofer в Австралии; и Пол Томпсон, доктор философии, заместитель директора Института нейровизуализации и информатики им. Марка и Мэри Стивенс в Университете Южной Калифорнии. Десять лет назад эти ученые основали консорциум ENIGMA, международную исследовательскую сеть, которая объединила сотни исследователей в области геномики, чтобы понять структуру мозга, его функции и болезни на основе визуализации мозга и генетических данных.

Это исследование стало возможным только благодаря огромному научному сотрудничеству более 60 сайтов, вовлеченных в МРТ-сканирование и генотипирование участников. Это исследование до сих пор является жемчужиной консорциума ENIGMA ».

Джейсон Стейн, доктор философии, доцент кафедры генетики, Медицинский факультет UNC

Исследователи изучили МРТ и ДНК более 50 000 человек, чтобы определить 306 генетических вариантов, которые влияют на структуру мозга, чтобы пролить свет на то, как генетика вносит вклад в различия в коре головного мозга отдельных лиц. Генетические варианты или вариации – это просто небольшие генетические различия, которые делают нас уникальными. Вообще говоря, некоторые варианты способствуют различиям, таким как цвет волос или группа крови. Некоторые вовлечены в болезни. Однако большинство миллионов генетических вариантов не имеют известного значения. Вот почему точное определение генетических вариантов, связанных с размером и структурой коры, имеет большое значение. Штейн и его коллеги считают свою новую генетическую дорожную карту мозга своего рода «розеттским камнем», который поможет понять, как некоторые гены влияют на физическую структуру мозга и неврологические последствия для людей.

Среди результатов исследований, опубликованных в Science:

• Некоторые генетические варианты связаны с кортикальным складыванием, измеренным как площадь поверхности, в то время как другие генетические варианты связаны с толщиной коры.
• Гены, определяющие площадь поверхности, связаны с очень ранним развитием коры плода, в то время как толщина, по-видимому, определяется генами, активными в коре взрослого человека.
• Люди с генетическим риском депрессии или бессонницы генетически склонны иметь меньшую площадь поверхности, тогда как люди с генетическим риском болезни Паркинсона, как правило, имеют более высокую площадь поверхности.
• Огромный масштаб проекта позволил обнаружить конкретные гены, которые управляют развитием мозга и старением у людей во всем мире.
• «Большинство нашего предыдущего понимания генов, влияющих на мозг, основано на модельных системах, таких как мыши», – сказал Стейн. «С мышами мы можем найти гены, нокаутировать гены или сверхэкспрессировать гены, чтобы увидеть, как они влияют на структуру или функцию мозга. Но есть несколько проблем с этим».

Одна из проблем заключается в том, что мышь – это не человек. Есть много специфических для человека особенностей, которые ученые могут изучать только в человеческом мозге.

«Генетическая основа для мыши сильно отличается от генетической основы для человека, – сказал Стейн, – особенно в некодирующих областях генома».

Гены содержат ДНК, основной человеческий код, который, будучи переведен в действие, создает белки, которые «делают» что-то, например, помогают мышцам пальцев, сердцебиению или токсинам печени. Но только около 3 процентов генома человека кодирует белки. Подавляющее большинство генома человека называется некодирующим геномом. Большая часть этого региона не разделена между мышами и людьми. Этот некодирующий геном состоит из крошечных молекулярных переключателей, которые могут модулировать экспрессию других генов. Эти переключатели напрямую не изменяют функцию белка, но могут влиять на количество белка, который экспрессируется. Оказывается, большинство генетических вариантов, связанных с психическими расстройствами, находятся в некодирующей области генома.

Эти данные теперь могут стать источником информации для ученых, чтобы помочь ответить на важные вопросы о генетических воздействиях на мозг и о том, как они связаны с многочисленными состояниями.