Basi fisiologiche e molecolari delle attività mentali e del comportamento

GENETICA QUANTITATIVA

- genetica quantitativa:

• per comportamento umano: cerca di mettere in relazione in base a studi quanto

genetica e ambiente possono in uenzare comportamento

• per comportamento animale = studi di selezione: vengono studiate caratteristiche

comportamentali rispetto alle varie razze

GENETICA QUANTITATIVA - ANIMALI

- studi di selezione: vengono studiate caratteristiche comportamentali rispetto agli incroci

su razze canine, create da uomo in modo da selezionare caratteristiche sia siche che

comportamentali -> cane è ottimo esempio di grande variabilità genetica intraspecie,

poiché ci sono tantissime razze

- sequenza genomica di cane ottenuta nel 2005 -> si scopre che in base al DNA si

distinguono 4 razze genetiche principali per somiglianze siche e comportamentali

(sequenza genomica mostra più somiglianze all’interno di stessi gruppi):

• origine asiatica o africana

• mastini e simili

• cani da lavoro o da pastore

• cani da caccia

- studi di tratti comportamentali (=studi su selezione di un fenotipo comportamentale) ->

es: aggressività, ansia da separazione, tratti ossessivi-compulsivi, paura dei rumori,

reattività-impulsività, cure parentali

- studi di selezione bidirezionali: si selezionano e incrociano sia individui con alti

punteggi per un fenotipo che individui con punteggi molto bassi per lo stesso fenotipo

(=si incrociano individui con meno tratti comportamentali in comune)

• test open eld: topi vengono messi in un campo aperto e viene studiato il loro

comportamento (=livello di ansia, agitazione, paura) tramite lo studio dei loro

movimenti -> viene osservato che man mano che si incrocia progenie di topi molto

esplorativi (con poca ansia) + poco esplorativi (con molta ansia), i gli presentano man

mano sempre più caratteristiche comportali simili -> se incrociati nuovamente con con

soggetti che hanno le stesse caratteristiche dei genitori, ripresentano i tratti intermedi

dei genitori

- studi di linee consanguinee: ceppi di animali geneticamente quasi identici che derivano

dall’accoppiamento tra fratelli e sorelle per almeno 20 generazioni -> ottimi modelli per

studiare di erenze genetiche e ambientali sul comportamento

- es di organismi utilizzati nelle ricerche:

• E. Coli: batterio che a seconda dell’espressione o meno di un gene dei agelli rispetto

ad un altro, si sposta nuotando o mediante rotazione agellare

16

fi ff fl fl fi fi fl fi

• c.elegans: batterio con genoma che presenta il 50% dei geni corrispondenti a quelli

umani

• drosophila: insetto di piccole dimensioni, facile da allevare, con un breve ciclo vitale,

un alto tasso riproduttivo, un genoma sequenziato e di cui si conoscono centinaia di

mutanti comportamentali

• pesce zebra: essendo trasparente è utile per lo studio dello sviluppo embrionale e del

comportamento

• alcune specie di ratti: presentano un genoma interamente sequenziato, sono i

mammiferi più utilizzati per produrre mutazioni mirate (=produzione di chimere tramite

manipolazione genetica), utilizzati per studi di siologia e farmacologia

GENETICA QUANTITATIVA - UOMO

- studi su gemelli omozigoti/monozigoti (=condividono patrimonio genetico a 100%,

dizigoti/eterozigoti = condividono patrimonio a 50%) -> condotti su gemelli separati alla

nascita, in modo tale che si possa osservare in modo chiaro quali tratti comportamentali

dipendono da ambiente e quali da genetica => si può studiare in uenza di fattori genetici

sullo stesso cervello

- studi su adozioni di gemelli monozigoti -> es: Jim Lewis e Jim Springer -> separati alla

nascita, adottati da famiglie diverse, non hanno saputo l’uno dall’esistenza dell’altro no

ai 40 anni -> quando sono stati messi a confronto si scoprì che:

• fumavano le stesse sigarette e bevevano la stessa birra

• stessi problemi di salute: cardiopatia ed emicrania

• entrambi seguivano le corse di stock car e detestavano il baseball

• entrambi avevano un’o cina di carpenteria

• entrambi si sposarono 2 volte e con donne che portavano gli stessi nomi

• dettero ai gli lo stesso nome

• dettero al cane lo stesso nome

- studi su adozioni -> soggetti che vivono nello stesso ambiente, ma con diversi genomi

(=non imparentati) -> è possibile attribuire le somiglianze all’interno della famiglia

unicamente a contributo ambientale/genetico -> si scopre che bambini adottati

presentano spesso comportamenti simili alla madre biologica, ma anche ai genitori

adottivi

17

fi ffi fi fl fi

- studi su genetica dell’intelligenza: determina quanto la genetica in uenza il quoziente

intellettivo

- inoltre si è scoperto che:

• cultura può mascherare relazioni fra aspetti genetici e ambientali

• patologie psichiatriche dipendono da fattori genetici

- strategie di studio:

• studi di linkage: tramite lo studio di soggetti

della stessa famiglia con un fenotipo che

ricorre frequentemente in diverse generazioni

-> si può comprendere quanto genetica abbia

ruolo decisivo su quel determinato tratto che

ricorre -> es: presenza di malattia

• studi di alleli di suscettibilità -> tramite studio di

associazione caso-controllo: si vuole capire se

e come un certo gene (=allele) in uenzi la

presenza di un certo fenotipo:

- selezione delle 2 popolazioni:

• devono di erire solo per il fenotipo di interesse

• devono essere il più omogenee possibile per tutti gli altri aspetti (sesso, età,

etnia...)

• non devono esserci strati cazioni all’interno (= sottogruppi diversi)

• devono essere su cientemente numerose (la potenza del campione dipende dalla

frequenza degli SNP studiati)

- Strategie per aumentare il potere degli studi di associazione:

• mettere a confronto i due fenotipi estremi di un tratto comportamentale

• Analizzare un numero elevato di varianti polimor che (HapMap e dati di aplotipo)

• validare i risultati in una popolazione indipendente

• Utilizzare endofenotipi (=componenti quanti cabili di tipo neuro siologico,

biochimico o neuropsicologico che possono anche essere condivisi da patologie

diverse -> es. delirio, essione del tono dell’umore comuni a schizofrenia,

depressione, disturbo bipolare)

- strategia per selezionare varianti geniche di interesse:

• in base a geni che so che vengono espressi in un certo organismo studio solo quelli

• studi di linkage -> se genotipo può ricorrere in famiglie, tramite questi studi si possono

identi care quali potrebbero essere le regioni del genoma coinvolti -> poi si attua

studio di associazione per de nire speci camente geni coinvolti

18

fi ff ffi fl fi fi fl fi fi fi fi fl

• studi di genome-wide -> osservano quali varianti genetiche si associano a punteggi

alti/bassi di intelligenza

• micro arrays -> ?

• letteratura e altre malattie correlate -> info già presenti possono essere utili a

comprendere quali possano essere i geni coinvolti

- Fattore di vulnerabilità: è un fattore che, se posseduto, ci può rende vulnerabili ad uno

speci co fenotipo (=comportamento) -> aumenta la probabilità di avere un certo

comportamento

INTERAZIONE GENI-AMBIENTE NEL COMPORTAMENTO ANTISOCIALE

- alcune varianti genetiche sono state associate al comportamento antisociale =incapacità

di gestire le proprie emozioni e reazioni

- 1° variante -> enzima MAO-A = ha compito di catalizzare (=annullare) neurotrasmettitori a

livello sinaptico dopo l’impulso nervoso

- relazione fra enzima MAO-A e comportamenti aggressivi -> è stata fatta ricerca (da

Brunner) per osservare una famiglia di soggetti dove quasi tutti gli individui di sesso

maschile erano catalogabili come estremamente violenti

• si osserva che tutti i membri della famiglia presentavano un cambio di basi

nell’anticodone di uno speci co gene (polimor smo SNP)

• questo generava una conseguenza sul gene MAO-A, che era tronco -> La mutazione

di stop all’interno del MAO-A è de nita mutazione di tipo causativo (=che condiziona e

determina il comportamento)

• => in tutti i maschi con mutazione si osservava comportamento violento (in femmine

no, poiché IL gene che codi ca MAO-A è presente solo in cromosoma X => femmine

compensano mutazione con l’altro cromosoma sano)

• conferma avvenuta tramite studio su topi con inserimento di gene modi cato (modi ca

knockout) -> topi con gene modi cato sviluppavano comportamenti violenti nei

confronti di altri topi

- enzima MAOA uVNTR -> variante di MAO-A, è una VNTR (polimor smo ripetuto in

tandem) presente sul promotore -> a seconda del numero di ripetizioni presenti in un

individuo, il comportamento variava:

• 2/3/5 ripetizioni -> hanno enzima MAO-A a bassa e cienza (low)

• 3-5 ripetizioni -> hanno enzima ad alta e cienza (high), è la condizione di normalità

- In uno studio del 2002 vengono studiati degli adolescenti, dividendoli in 2 gruppi in base

all’e cienza del MAO-A -> si ricerca l’associazione fra il loro comportamento antisociale,

la loro infanzia e la presenza low/high del MAO-A:

19

ffi fi fi fi fi fi ffi fi ffi fi fi fi

• viene dimostrato che low MAOA + maltrattamenti = aumento decisivo di probabilità di

essere antisociali -> 1° dimostrazione di interazione fra geni e ambiente nella

modulazione del comportamento umano

• se si ereditano geni high di MAOA, sia che si venga maltrattati, che se si viva in un

ambiente sereno, si ha stessa probabilità di sviluppare comportamenti antisociali

- Si esegue uno studio sul DNA di Giovanni Dalle Bande Nere -> glio di Cosimo De Medici

-> noto per essere stato un combattente molto violento + era cresciuto orfano di padre,

con madre assente => è risultato avere 2 ripetizioni di allele low MAOA

- altre varianti associate ad un comportamento aggressivo:

• SLC6A4 - 5HTTLPR -> variante VNTR all’interno del promotore del gene che codi ca

per il trasportatore della serotonina

• DRD4 - VNTR -> variante VNTR che codi ca per il recettore n° 4 della dopamina

• DRD4 - rsl800955 -> variante SNP con cambio di basi su gene che codi ca per il

recettore n° 4 della dopamina

• COMPT - rs4680 (Val/Met) -> produce un cambio amminoacidico per il gene COMT,

che codi ca per il trasportatore della serotonina

- esempi correlazione geni - comportamenti antisociali:

• Abdelmalek Bayout:

- ha ucciso una persona che l’aveva preso in giro perché aveva trucco su occhi

- richiesta perizia psichiatrica, ma giudizi erano contrastanti => vennero richiesti

risonanza magnetica cerebrale + esame at