Beyaz Madde Yapısı ve Genetiği, Beyinle İlgili Bozukluklarla Bağlantıları Ortaya Çıkarabilir
Yeni bir çalışma, 30.000'den fazla kişiden alınan beyin görüntülerini kullanarak, beynin beyaz maddesindeki yapısal farklılıklarla genetik ilişkileri ve beyinle ilgili çeşitli kalıtsal bozukluklarla olası bağlantıları haritalamak için kullandı. Araştırma Science Advances'te yayınlandı .
Beyin yapısı ve genetik
Beynimizi iki farklı doku türü oluşturur - gri madde ve beyaz madde. Gri madde, beyincik ve serebral korteks gibi beynin işlevsel olarak önemli alanlarında yaygındır, yani beyaz maddenin önemi bazen göz ardı edilir.
Adını beyindeki sinir hücrelerinin aksonlarını çevreleyen yağlı miyelin kılıflarının renginden alan beyaz cevher, nöral sinyalleri beynin farklı bölgelerini birbirine bağlayan bağlantılar boyunca iletir ve yapısal "konektom"un bir parçası olarak büyük ağlar oluşturur.
Önceki çalışmalar , beyaz cevher yapısındaki varyasyonların, majör depresif bozukluk ve şizofreni gibi çeşitli psikiyatrik ve nörolojik durumlara genetik yatkınlıkla bağlantılı olabileceğini öne sürdü. Bununla birlikte, çeşitli beyin görüntüleme yöntemleri, beyaz maddedeki yapısal değişiklikleri genomdaki (lokuslar) belirli genlere veya konumlara bağlamada başarısız olmuştur.
DNA varyantlarının, genlerinin ve yolaklarının beyaz madde yapısını nasıl değiştirebileceğini araştıran araştırmalar, bunun beyin bozukluklarına yatkınlığı nasıl etkileyebileceğini anlamak için şiddetle gereklidir.
Mevcut çalışmada araştırmacılar, genlerin veya genetik varyantların beyaz cevher konektomunu nasıl etkileyebileceğini ve beyin bozuklukları ve davranışsal özelliklerle olası bağlantıları belirlemeyi amaçladı.
Beyaz maddede yazıyor
Araştırmacılar, UK Biobank'tan alınan 30.810 yetişkin katılımcının beyin görüntülerini ve genotipleme verilerini analiz ettiler . Bir tür MRI taraması olan difüzyon tensör görüntüleme (DTI) kullanılarak elde edilen beyin görüntülerini incelediler ve yaygın yapısal varyasyonları belirlemek için beyaz madde liflerini (yollarını) 3 boyutlu olarak görselleştiren traktografi adı verilen bir teknik uyguladılar.
Ardından, katılımcıların genotipleme verilerini kullanarak genom çapında ilişkilendirme analizi gerçekleştirdiler ve tanımlanan yapısal değişikliklerle ilişkili 325 genetik lokus buldular.
"Beyindeki sinir lifleri, daha büyük ağlar oluşturmak için beynin farklı bölümlerini birbirine bağlayan demetler halinde düzenlenmiştir. Max Planck Psikodilbilim Enstitüsü'nde kıdemli araştırmacı ve çalışmanın kıdemli yazarı Profesör Clyde Francks , 30.000'den fazla katılımcıya baktığımızda, beyaz madde bağlantılarında bireyler arası varyasyonla ilişkili genomda yüzlerce varyant bulduk" dedi.
Ek olarak, insan ömrü boyunca toplanan daha önce yayınlanmış genetik verileri kullanan Francks ve meslektaşları, bu genetik varyantların embriyonik ve fetal beyin gelişimi sırasında en aktif olma eğiliminde olduğunu buldular. Rolleri, yeni sinir hücrelerinin üretilmesini ve bunların beyindeki doğru yere "bağlanmalarını" içeriyordu, bu da bazı yapısal varyasyonların yaşamın erken dönemlerinde kurulabileceğini düşündürüyor.
Bulgular ayrıca bu yapısal değişiklikler ile beyinle ilgili bozukluklar arasındaki olası bağlantılara da ışık tutuyor. Francks, "Psikiyatrik bozukluklara daha yüksek genetik yatkınlığı olan insanlar, beyinlerinde oldukça geniş bir şekilde, ancak farklı bozukluklar için biraz farklı şekilde, beyinlerinde biraz daha az miktarda beyaz madde bağlantısına sahip olma eğilimindeydiler." Örneğin, otizme genetik yatkınlık, beynin dikkat ve çalışma belleği ile ilgili bölgelerindeki beyaz madde bağlantısıyla ilişkilendirilirken, bipolar bozukluğa yatkınlık, ruh hali ile ilgili beyin bölgeleriyle ilişkilendirildi.
Francks, "Bu bulgular, azalmış bir beyaz cevher bağlantı ağının psikiyatrik bozukluklar için bir risk faktörü olduğunu ve etkilenen belirli bağlantıların, bir kişinin yatkın olduğu kesin psikiyatrik özellik türünü etkileyebileceğini gösteriyor" diye ekledi.
Konektom ve diğer beyin fonksiyonları
Çalışmanın bazı sınırlamalarına değinen Francks, kullanılan metodolojinin birkaç ay içinde 30.000'den fazla beyin görüntüsünü analiz etme ihtiyacıyla sınırlı olduğunun altını çizdi. "Beyaz madde ağlarının daha ince taneli özelliklerine izin verme açısından avantajları olan, ancak çalışma süremizi birkaç yıl sürecek başka hesaplamalı yaklaşımlar var" diye açıkladı. "Yaklaşımımız, beynin beyaz maddesi üzerindeki birçok yeni genetik etkiyi belirlemek için yeterince iyi performans gösterdi, ancak kesinlikle keşfedilecek daha çok şey var."
Francks ayrıca, bölümünün uzmanlık konusu olan beynin dil merkezlerinin incelenmesinin artık daha fazla araştırma için hedef alındığını açıkladı. "Disleksinin genetiği ve diğer dille ilgili özellikler ve bozukluklar üzerine gelecekteki çalışmalarımızda, beynin dil ağını kablolamada dahil ettiğimiz genlere özel bir ilgi göstereceğiz."
Referans: Sha Z, Schijven D, Fisher S, Francks C. İnsan beyninin beyaz cevher konektomunun genetik mimarisi. 2023. Bilim. Av . doi: 10.1126/sciadv.add2870
https://www.technologynetworks.com
Beyin yapısı ve genetik
Beynimizi iki farklı doku türü oluşturur - gri madde ve beyaz madde. Gri madde, beyincik ve serebral korteks gibi beynin işlevsel olarak önemli alanlarında yaygındır, yani beyaz maddenin önemi bazen göz ardı edilir.
Adını beyindeki sinir hücrelerinin aksonlarını çevreleyen yağlı miyelin kılıflarının renginden alan beyaz cevher, nöral sinyalleri beynin farklı bölgelerini birbirine bağlayan bağlantılar boyunca iletir ve yapısal "konektom"un bir parçası olarak büyük ağlar oluşturur.
Önceki çalışmalar , beyaz cevher yapısındaki varyasyonların, majör depresif bozukluk ve şizofreni gibi çeşitli psikiyatrik ve nörolojik durumlara genetik yatkınlıkla bağlantılı olabileceğini öne sürdü. Bununla birlikte, çeşitli beyin görüntüleme yöntemleri, beyaz maddedeki yapısal değişiklikleri genomdaki (lokuslar) belirli genlere veya konumlara bağlamada başarısız olmuştur.
DNA varyantlarının, genlerinin ve yolaklarının beyaz madde yapısını nasıl değiştirebileceğini araştıran araştırmalar, bunun beyin bozukluklarına yatkınlığı nasıl etkileyebileceğini anlamak için şiddetle gereklidir.
Mevcut çalışmada araştırmacılar, genlerin veya genetik varyantların beyaz cevher konektomunu nasıl etkileyebileceğini ve beyin bozuklukları ve davranışsal özelliklerle olası bağlantıları belirlemeyi amaçladı.
Beyaz maddede yazıyor
Araştırmacılar, UK Biobank'tan alınan 30.810 yetişkin katılımcının beyin görüntülerini ve genotipleme verilerini analiz ettiler . Bir tür MRI taraması olan difüzyon tensör görüntüleme (DTI) kullanılarak elde edilen beyin görüntülerini incelediler ve yaygın yapısal varyasyonları belirlemek için beyaz madde liflerini (yollarını) 3 boyutlu olarak görselleştiren traktografi adı verilen bir teknik uyguladılar.
Ardından, katılımcıların genotipleme verilerini kullanarak genom çapında ilişkilendirme analizi gerçekleştirdiler ve tanımlanan yapısal değişikliklerle ilişkili 325 genetik lokus buldular.
"Beyindeki sinir lifleri, daha büyük ağlar oluşturmak için beynin farklı bölümlerini birbirine bağlayan demetler halinde düzenlenmiştir. Max Planck Psikodilbilim Enstitüsü'nde kıdemli araştırmacı ve çalışmanın kıdemli yazarı Profesör Clyde Francks , 30.000'den fazla katılımcıya baktığımızda, beyaz madde bağlantılarında bireyler arası varyasyonla ilişkili genomda yüzlerce varyant bulduk" dedi.
Ek olarak, insan ömrü boyunca toplanan daha önce yayınlanmış genetik verileri kullanan Francks ve meslektaşları, bu genetik varyantların embriyonik ve fetal beyin gelişimi sırasında en aktif olma eğiliminde olduğunu buldular. Rolleri, yeni sinir hücrelerinin üretilmesini ve bunların beyindeki doğru yere "bağlanmalarını" içeriyordu, bu da bazı yapısal varyasyonların yaşamın erken dönemlerinde kurulabileceğini düşündürüyor.
Bulgular ayrıca bu yapısal değişiklikler ile beyinle ilgili bozukluklar arasındaki olası bağlantılara da ışık tutuyor. Francks, "Psikiyatrik bozukluklara daha yüksek genetik yatkınlığı olan insanlar, beyinlerinde oldukça geniş bir şekilde, ancak farklı bozukluklar için biraz farklı şekilde, beyinlerinde biraz daha az miktarda beyaz madde bağlantısına sahip olma eğilimindeydiler." Örneğin, otizme genetik yatkınlık, beynin dikkat ve çalışma belleği ile ilgili bölgelerindeki beyaz madde bağlantısıyla ilişkilendirilirken, bipolar bozukluğa yatkınlık, ruh hali ile ilgili beyin bölgeleriyle ilişkilendirildi.
Francks, "Bu bulgular, azalmış bir beyaz cevher bağlantı ağının psikiyatrik bozukluklar için bir risk faktörü olduğunu ve etkilenen belirli bağlantıların, bir kişinin yatkın olduğu kesin psikiyatrik özellik türünü etkileyebileceğini gösteriyor" diye ekledi.
Konektom ve diğer beyin fonksiyonları
Çalışmanın bazı sınırlamalarına değinen Francks, kullanılan metodolojinin birkaç ay içinde 30.000'den fazla beyin görüntüsünü analiz etme ihtiyacıyla sınırlı olduğunun altını çizdi. "Beyaz madde ağlarının daha ince taneli özelliklerine izin verme açısından avantajları olan, ancak çalışma süremizi birkaç yıl sürecek başka hesaplamalı yaklaşımlar var" diye açıkladı. "Yaklaşımımız, beynin beyaz maddesi üzerindeki birçok yeni genetik etkiyi belirlemek için yeterince iyi performans gösterdi, ancak kesinlikle keşfedilecek daha çok şey var."
Francks ayrıca, bölümünün uzmanlık konusu olan beynin dil merkezlerinin incelenmesinin artık daha fazla araştırma için hedef alındığını açıkladı. "Disleksinin genetiği ve diğer dille ilgili özellikler ve bozukluklar üzerine gelecekteki çalışmalarımızda, beynin dil ağını kablolamada dahil ettiğimiz genlere özel bir ilgi göstereceğiz."
Referans: Sha Z, Schijven D, Fisher S, Francks C. İnsan beyninin beyaz cevher konektomunun genetik mimarisi. 2023. Bilim. Av . doi: 10.1126/sciadv.add2870
https://www.technologynetworks.com