La genetica del comportamento

Genetica quantitativa e molecolare

La genetica quantitativa ha l'obiettivo di valutare quanto le differenze individuali siano attribuibili alla genetica e all'ambiente. Le ricerche di genetica quantitativa sul comportamento umano si basano su: studi sui gemelli (natura) e studi sulle adozioni (ambiente).

Studi sulle adozioni

L'adozione può essere considerata un esperimento dell'ambiente che crea dei parenti genetici e dei parenti ambientali:

• Genitori genetici: genitori che danno in adozione un figlio poco dopo la nascita
• Parenti ambientali: genitori che crescono il figlio adottivo

genitori che adottano un bambino poco dopo la nascita Fratelli: - Genetici: figli di stessi genitori biologici adottati in età precoce da famiglie diverse. - Ambientali: bambini geneticamente non correlati che crescono in uno stesso ambiente familiare. Forniscono una stima del contributo genetico e del contributo dell'ambiente di crescita alle somiglianze dei membri di una famiglia. Problemi negli studi sulle adozioni: - Rappresentatività (correlata con la generalizzabilità dei risultati) - Influenze ambientali prenatali - Adozioni aperte - Adozioni selettive Studi sui gemelli La nascita dei gemelli è un esperimento della natura. I gemelli MZ sono geneticamente identici (100% del patrimonio genetico); sono dello stesso sesso e la loro somiglianza fisica è più marcata. I gemelli DZ condividono il 50% del patrimonio genetico, come due fratelli qualsiasi. Possono essere dello stesso sesso o di sessi diversi, si assomigliano meno fisicamente.

Individuare la zigosità dei gemelli in modo scientifico si usano i marcatori del DNA. Per un carattere che è influenzato geneticamente la somiglianza tra gemelli MZ deve essere più forte di quella riscontrata nei gemelli DZ. È possibile che la maggiore somiglianza però non sia dovuta alla genetica bensì all'ambiente. Secondo l'ipotesi degli ambienti equivalenti, le somiglianze causate dall'ambiente sono uguali per entrambi i tipi di gemelli cresciuti nella stessa famiglia.

Problema: rappresentatività e generalizzabilità dei risultati; i gemelli nascono spesso prematuri e l'ambiente intrauterino condiviso può essere ostile.

Studi combinati: studi delle famiglie (derivate da divorzi e seconde nozze), dei gemelli (differenze tra gemelli e non gemelli; gemelli dizigoti e fratelli normali; gemelli adottati da famiglie diverse e gemelli cresciuti insieme; figli di gemelli) e delle adozioni (confronto non solo tra gemelli adottati e non adottati, ma anche tra gemelli adottati da famiglie diverse).

parenti solo genetici con parenti solo ambientali ma anche con parenti sia genetici sia ambientali). Un esempio è il Colorado Adoption Project che ha mostrato che le influenze genetiche sulla capacità cognitiva generale aumentano durante l'infanzia.

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Capitolo 7

La stima delle influenze genetiche e ambientali

I geni esercitano un' influenza sul comportamento, quanto sia grande questa influenza ce lo dice la significatività statistica (=attendibilità dell'effetto). Essa dipende dalla grandezza dell'effetto (dimensione dell'effetto= differenze individuali dovute a differenze genetiche per un tratto nella popolazione) e dalla grandezza del campione esaminato.

Molti effetti ambientali statisticamente significativi sui tratti psicologici, corrispondono a effetti minimi nella popolazione (es. QI e ordine di nascita). Invece, le dimensioni degli effetti genetici sono molto grandi e arrivano a spiegare fino al 50% della

varianza. La porzione della varianza fenotipica che può essere attribuita a differenze genetiche tra gli individui di una popolazione è detta ereditabilità; può essere stimata a partire dalle correlazioni tra parenti. Ereditabilità = rapporto tra il valore della correlazione e la percentuale di geni in comune. Se la correlazione tra gemelli monozigoti è 1 e quella tra gemelli dizigoti è 0,5 l'ereditabilità è del 100%. Infatti: MZ: 1 -> 100% DZ: 0.5 -> 50% Per le malattie che sono diagnosticate come caratteri dicotomici del tipo tutto o nulla, le somiglianze tra i membri di una famiglia sono calcolate sulla base della concordanza. La concordanza è un indice del rischio genetico di malattie come cardiopatie, tumori o disturbi psichiatrici. Per la schizofrenia la concordanza tra gemelli MZ è dello 0.48, tra gemelli DZ è dello 0.17: c'è un'ereditabilità sostanziale ma inferiore al 100%.

Valutare l' ereditabilità delle malattie si usa il modello della soglia di rischio che traduce le concordanze in correlazioni, nell' ipotesi che una diagnosi dicotomica nasconda in realtà un rischio genetico continuo.

Gli studi genetici moderni utilizzano come approccio statistico il model fitting (adattamento al modello): valuta la significatività della corrispondenza tra un modello di relazioni geni-ambiente e i dati osservati. In seguito al confronto tra i vari modelli viene scelto il più adeguato per stimare le dimensioni degli effetti genetici e ambientali.

Per studiare l' ereditabilità dei caratteri quantitativi complessi in modo diretto dal Dna si usa il GCTA = Genome-wide Complex Trait Analysis. La GCTA usa la similarità genetica, valutata in base a centinaia di miglia di SNP (polimorfismi a singolo nucleotide), per predire la somiglianza fenotipica in coppie di individui all' interno di un campione di migliaia di soggetti.

Problemi: campione vasto (anche se aspecifico); molti SNP da analizzare e pochi microarray.

Interpretare l'ereditabilità

L'ereditabilità è una misura statistica che indica il ruolo svolto dalle differenze genetiche nel produrre le differenze osservate per un determinato carattere, in una certa popolazione e in un momento preciso.

Una questione correlata riguarda le differenze medie tra gruppi: le cause delle differenze medie tra gruppi non sono necessariamente correlate alle cause di differenze individuali all'interno dei gruppi.

Quindi le differenze medie tra i gruppi possono essere dovute esclusivamente a differenze ambientali anche quando l'ereditabilità all'interno dei gruppi è alta.

Inoltre l'ereditabilità NON implica il determinismo genetico: un tratto che è influenzato geneticamente può essere modificato, anche attraverso interventi ambientali (dieta, psicoterapia).

Per es. la PKU è una malattia monogenica che causa disabilità cognitiva ed è tenuta sotto controllo da una dieta povera di fenilanina. Il fatto che un gene si associato ad una malattia non vuol dire che sia cattivo; l'allele che provoca l' anemia falciforme negli omozigoti, protegge dalla malattia i portatori eterozigoti. Influenze ambientali Come per l' ereditabilità, si può stimare quanto le influenze ambientali contribuiscano a determinare le differenze individuali in comportamenti complessi. I metodi per valutare la significatività statistica delle influenze genetiche consentono di calcolare anche la significatività delle influenze ambientali, distinte in: 1) influenze ambientali condivise: influenze NON genetiche che rendono simili i membri di una famiglia. Es. livello diistruzione dei genitori, status socio-economico, conflitti familiari. I loro effetti si vedono durante l'infanzia e l'adolescenza, tendono a scomparire con il passare del tempo, quando i figli abbandonano la casa dei genitori. 2) influenze ambientali non condivise: influenze NON genetiche che sono indipendenti per i membri di una famiglia. Es. Diverso trattamento da parte dei genitori, scuole diverse, cerchie di amici, attività sportive). Le differenze riscontrate tra due gemelli MZ sono attribuibili all'ambiente NON condiviso. Stimare le influenze ambientali condivise e non condivise. Coppie di fratelli adottivi aiutano a stimare l'importanza dell'ambiente condiviso. Coppie di gemelli monozigoti cresciuti insieme invece aiutano a stimare l'importanza dell'ambiente non condiviso. Identificare ambienti non condivisi specifici (es. atteggiamento dei genitori verso i figli, manifestazioni affettive materne, ordine di nascita dei figli, differenza d'età).incidenti malattie)
Identificare ambienti non condivisi specifici che predicono esiti comportamentali
Il progetto NEAD (Nonshared Environment and Adolescent Development) mostra che comportamenti genitoriali negativi rivolti nello specifico verso uno dei figli adolescenti sono correlati durante l'adolescenza alla presenza di comportamenti antisociali e disturbi depressivi. Secondo risultati di altri studi genetici le differenze nei comportamenti dei genitori verso i figli sono gli effetti delle differenze tra fratelli.
Stando alle conclusioni di una metanalisi di 43 studi sulle correlazioni tra esperienze non condivise e differenze negli esiti in coppie di fratelli, la somma delle diverse misure delle differenze ambientali rende conto del 13% della varianza totale nelle misure degli esiti.
Inoltre, le influenze ambientali non condivise sono età-specifiche, per quanto riguarda psicopatologia, personalità e capacità cognitive.
Analisi multivariata
influenze ambientali. La stima multivariata valuta quanto i fattori genetici e ambientali influenzino più tratti differenti. L'analisi genetica multivariata si basa sull'analisi della covarianza crociata tra parenti. La correlazione genetica è una misura statistica che indica quanto le influenze genetiche su un carattere siano correlate con le influenze genetiche su un altro carattere, indipendentemente dall'ereditabilità dei due tratti. Nel capitolo 8 si affrontano le correlazioni e le interazioni tra genotipo e ambiente. Si evidenzia come l'ambiente sia una fonte di differenze individuali in tutte le aree del comportamento. Tre delle scoperte più significative della ricerca genetica in psicologia riguardano l'ambiente. In primo luogo, si riconosce che le influenze ambientali non condivise sono fondamentali nel determinare le differenze individuali. In secondo luogo, si fa riferimento alla correlazione genotipo-ambiente, che indica le esperienze correlate alle propensioni genetiche. Infine, si sottolinea l'importanza dell'interazione genotipo-ambiente, che indica la sensibilità genetica alle influenze ambientali.

Riguardo all'ambiente vanno ricordati tre dati: