علم الجينوم المعرفي

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

علم الجينوم المعرفي (أو علم الجينوم العصبي ) هو فرع من علم الجينوم يُعنى بالوظائف المعرفية، حيث تُدرس الجينات والتسلسلات غير المشفرة في جينوم الكائن الحي المرتبطة بصحة الدماغ ونشاطه . وباستخدام علم الجينوم المقارن ، تُقارن جينومات أنواع متعددة لتحديد الاختلافات الجينية والظاهرية بينها. وتشمل الخصائص الظاهرية الملحوظة المرتبطة بالوظائف العصبية السلوك ، والشخصية ، والتشريح العصبي ، وعلم الأمراض العصبية . وتستند النظرية الكامنة وراء علم الجينوم المعرفي إلى عناصر من علم الوراثة ، وعلم الأحياء التطوري ، وعلم الأحياء الجزيئي ، وعلم النفس المعرفي ، وعلم النفس السلوكي ، وعلم وظائف الأعصاب .

يُعدّ الذكاء أكثر السمات السلوكية دراسةً . [ 1 ] في البشر، يُعبَّر عن حوالي 70% من جميع الجينات في الدماغ. [ 2 ] يُفسِّر التباين الجيني 40% من التباين الظاهري. [ 3 ] استُخدمت مناهج علم الجينوم المعرفي لدراسة الأسباب الجينية للعديد من الاضطرابات العقلية والعصبية التنكسية ، بما في ذلك متلازمة داون ، واضطراب الاكتئاب الشديد ، والتوحد ، ومرض الزهايمر .

اختبار الجينوم المعرفي

الأساليب

التطور الجيني

يُعدّ علم الأحياء الجينومي التطوري، أو ما يُعرف اختصارًا بـ evo-geno، النهج الأكثر شيوعًا في دراسة الجينوم، حيث تتم مقارنة جينومات نوعين يشتركان في سلف مشترك. [ 4 ] ومن الأمثلة الشائعة على evo-geno اختبارات الجينوم المعرفي المقارن بين البشر والشمبانزي، اللذين يشتركان في سلف مشترك منذ 6-7 ملايين سنة. [ 5 ] تُفحص أنماط التعبير الجيني الموضعي وتضفير الجينات لتحديد التمايز الجينومي. وقد أظهرت تحليلات النسخ الجيني المقارنة التي أُجريت على أدمغة الرئيسيات لقياس مستويات التعبير الجيني اختلافات كبيرة بين جينومات البشر والشمبانزي. [ 4 ] كما استُخدم نهج evo-geno للتحقق من صحة النظرية القائلة بأن البشر والرئيسيات غير البشرية يتشاركون مستويات تعبير متشابهة في الجينات المرتبطة باستقلاب الطاقة، وهو ما له آثار على الشيخوخة والأمراض التنكسية العصبية. [ 4 ]

التطور النمائي

يقارن منهج علم الأحياء التطوري النمائي (evo-devo) أنماط التطور المعرفي والعصبي التشريحي بين مجموعات من الأنواع. تكشف دراسات أدمغة الأجنة البشرية أن ما يقرب من ثلث الجينات المُعبر عنها متمايزة إقليميًا، وهو ما يفوق بكثير ما هو موجود في الأنواع غير البشرية. [ 4 ] قد يُفسر هذا الاكتشاف الاختلافات في التطور المعرفي بين الأفراد. ربطت دراسات علم الأحياء التطوري النمائي التشريحي العصبي بين التنظيم الدماغي الأعلى والتخصص الوظيفي لنصفي الدماغ ، والذي على الرغم من وجوده في أنواع أخرى، إلا أنه شديد التنظيم لدى البشر.

التطور الظاهري والتطور المرضي

يدرس منهج علم الأحياء التطوري للنمط الظاهري (evo-pheno) التعبير عن النمط الظاهري بين الأنواع. بينما يبحث منهج علم الأحياء التطوري للأمراض (evo-patho) في مدى انتشار الأمراض بين الأنواع.

التصوير الجينومي

اختيار الجينات المرشحة

في علم الجينوم، يُشار إلى الجين الذي يتم تصويره وتحليله باسم الجين المرشح. الجينات المرشحة المثالية لاختبارات الجينوم المقارن هي تلك التي تحمل تعددات أشكال وظيفية محددة جيدًا ذات تأثيرات معروفة على الوظائف العصبية التشريحية و/أو الإدراكية. [ 2 ] ومع ذلك، تكفي الجينات التي تم تحديد تعددات أشكال النوكليوتيدات المفردة فيها أو اختلافات الأليلات ذات الآثار الوظيفية المحتملة على الأنظمة العصبية التشريحية. [ 2 ] كلما كانت العلاقة بين الجين والنمط الظاهري أضعف، كلما زادت صعوبة إثبات السببية من خلال الاختبار. [ 2 ]

التحكم في العوامل غير الوراثية

يمكن أن يكون للعوامل غير الوراثية، كالعمر والمرض والإصابة وتعاطي المخدرات، تأثيرات كبيرة على التعبير الجيني والتباين الظاهري. [ 2 ] ولا يمكن تحديد مساهمة التباين الجيني في أنماط ظاهرية محددة إلا عند مطابقة العوامل المساهمة الأخرى المحتملة بين مجموعات الأنماط الجينية. [ 2 ] وفي حالة التصوير العصبي أثناء أداء المهام، كما في التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي، تتم مطابقة المجموعات حسب مستوى الأداء. وللعوامل غير الوراثية تأثير كبير محتمل على التطور المعرفي. ففي حالة التوحد، تُشكل العوامل غير الوراثية 62% من خطر الإصابة بالمرض. [ 6 ]

اختيار المهمة

لدراسة العلاقة بين جين مرشح ونمط ظاهري مقترح، يُطلب من الشخص الخاضع للدراسة أداء مهمة تستثير النمط الظاهري السلوكي أثناء خضوعه لنوع من أنواع التصوير العصبي . العديد من المهام السلوكية المستخدمة في الدراسات الجينومية هي نسخ معدلة من الاختبارات السلوكية والعصبية النفسية الكلاسيكية المصممة لدراسة الأنظمة العصبية الحاسمة لسلوكيات معينة. [ 2 ]

الأنواع المستخدمة في علم الجينوم المعرفي المقارن

البشر

في عام ٢٠٠٣، أنتج مشروع الجينوم البشري أول جينوم بشري كامل. [ ٧ ] ورغم نجاح المشروع، لا يزال القليل معروفًا عن التعبير الجيني الإدراكي. [ ٨ ] قبل عام ٢٠٠٣، كانت جميع الأدلة المتعلقة بترابط الدماغ البشري تستند إلى ملاحظات ما بعد الوفاة . [ ٩ ] ونظرًا للاعتبارات الأخلاقية، لم تُجرَ أي دراسات جينومية جراحية على البشر الأحياء .

الرئيسيات غير البشرية

باعتبارها أقرب الكائنات الحية صلةً بالبشر من الناحية الجينية، تُعدّ الرئيسيات غير البشرية الخيار الأمثل لتصوير الجينوم. وفي معظم الحالات، يتم تصوير الرئيسيات تحت التخدير . [ 8 ] ونظرًا للتكلفة الباهظة لتربية الرئيسيات والحفاظ عليها، تُجرى اختبارات الجينوم على الرئيسيات غير البشرية عادةً في مرافق أبحاث الرئيسيات.

الشمبانزي

يُعدّ الشمبانزي ( Pan troglodytes ) أقرب الكائنات الحية صلةً بالبشر من الناحية الجينية ، إذ يتشاركان في 93.6% من التشابه الجيني. [ 10 ] ويُعتقد أن البشر والشمبانزي يشتركان في سلف جيني مشترك منذ حوالي 7 ملايين سنة. [ 8 ] بدأت جهود فك شفرة جينوم الشمبانزي في عام 1998، وحظيت بأولوية قصوى من قِبل المعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة (NIH). [ 11 ]

حالياً، يمتلك الإنسان والشمبانزي الجينوم الوحيد المُتسلسل في عائلة الرئيسيات الممتدة. [ 12 ] تشير بعض المقارنات لقطاعات الحمض النووي غير المتكررة بين الجينات الجسدية إلى اختلاف جيني ضئيل يصل إلى 1.24% بين الإنسان والشمبانزي في بعض الأجزاء. [ 13 ] على الرغم من التشابه الجيني، فإن 80% من البروتينات بين النوعين مختلفة، مما يُقلل من شأن الاختلافات الظاهرية الواضحة. [ 14 ]

قرود المكاك الريسوسي

تُظهر قرود المكاك الريسوسي ( Macaca mulatta ) تشابهًا جينيًا بنسبة 93% تقريبًا مع البشر. [ 15 ] وغالبًا ما تُستخدم كمجموعة خارجية في الدراسات الجينومية البشرية/الشمبانزي. [ 8 ] وقد تشترك البشر وقرود المكاك الريسوسي في سلف مشترك منذ حوالي 25 مليون سنة. [ 5 ]

القردة

تم استخدام إنسان الغاب ( Pongo pygmaeus ) والغوريلا ( Gorilla gorilla ) في اختبارات علم الجينوم، لكنهما ليسا من المواضيع الشائعة بسبب التكلفة. [ 8 ]

الاضطرابات العصبية السلوكية والمعرفية

على عكس ما يُشاع أحيانًا، فإن معظم الأنماط الظاهرية السلوكية أو المرضية لا تعود إلى طفرة جينية واحدة ، بل إلى أساس جيني معقد. [ 16 ] ومع ذلك، توجد بعض الاستثناءات لهذه القاعدة، مثل مرض هنتنغتون الذي ينتج عن اضطراب جيني محدد. [ 16 ] ويتأثر حدوث الاضطرابات العصبية السلوكية بعدد من العوامل، الجينية وغير الجينية.

متلازمة داون

متلازمة داون هي متلازمة وراثية تتميز بإعاقة ذهنية وملامح وجه وجمجمة مميزة، وتحدث في حوالي حالة واحدة من كل 800 ولادة حية. [ 17 ] يعتقد الخبراء أن السبب الوراثي للمتلازمة هو نقص في الجينات الموجودة على الكروموسوم 21. [ 17 ] ومع ذلك، لم يتم اكتشاف الجين أو الجينات المسؤولة عن النمط الظاهري المعرفي حتى الآن.

متلازمة إكس الهشة

متلازمة إكس الهشة ناتجة عن طفرة في جين FRAXA الموجود على الكروموسوم X. [ 17 ] وتتميز هذه المتلازمة بإعاقة ذهنية (متوسطة لدى الذكور، وخفيفة لدى الإناث)، وضعف في اللغة، وبعض السلوكيات التي تُصنف ضمن طيف التوحد . [ 17 ]

مرض الزهايمر

مرض الزهايمر هو اضطراب تنكسي عصبي يُسبب تدهورًا معرفيًا تدريجيًا مرتبطًا بالعمر. [ 17 ] وقد بحثت نماذج حيوانية باستخدام الفئران في الفيزيولوجيا المرضية، واقترحت علاجات محتملة مثل التحصين ببروتين بيتا النشواني وإعطاء الأجسام المضادة له عن طريق الحقن المحيطي. [ 17 ] ربطت الدراسات مرض الزهايمر بتغيرات جينية تُسبب تشوهات في بروتين SAMP8 . [ 18 ]

توحد

التوحد اضطراب نمائي شامل يتميز بنمو اجتماعي غير طبيعي، وعدم القدرة على التعاطف والتواصل الفعال، وأنماط اهتمام محدودة. [ 17 ] أحد الأسباب التشريحية العصبية المحتملة هو وجود نتوءات في الفص الصدغي. [ 17 ] كما ذُكر سابقًا، تُشكل العوامل غير الوراثية 62% من خطر الإصابة بالتوحد. [ 6 ] التوحد اضطراب خاص بالبشر. ولذلك، يُعزى السبب الوراثي إلى التخصص الوظيفي الدقيق لنصفي الدماغ لدى البشر. [ 4 ] تم ربط جينين بالتوحد واضطرابات طيف التوحد: c3orf58 (المعروف أيضًا باسم DIA1) وcXorf36 (المعروف أيضًا باسم DIA1R). [ 19 ]

اضطراب الاكتئاب الشديد

يُعدّ اضطراب الاكتئاب الشديد اضطرابًا مزاجيًا شائعًا يُعتقد أنه ناجم عن خلل في امتصاص السيروتونين في الخلايا العصبية . ورغم أن السبب الجيني غير معروف، فقد كشفت الدراسات الجينومية لأدمغة مرضى الاكتئاب الشديد بعد الوفاة عن وجود تشوهات في نظام عامل نمو الخلايا الليفية، مما يدعم نظرية أن عوامل النمو تلعب دورًا هامًا في اضطرابات المزاج. [ 20 ]

آحرون

تشمل الاضطرابات التنكسية العصبية الأخرى متلازمة ريت ، ومتلازمة برادر-ويلي ، ومتلازمة أنجلمان ، ومتلازمة ويليامز-بورين .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بلومين، روبرت؛ سبينات، فرانك م. (يناير 2004). "الذكاء: علم الوراثة، والجينات، وعلم الجينوم". مجلة الشخصية وعلم النفس الاجتماعي . 86 (1): 112-129 . CiteSeerX 10.1.1.525.3970 . doi : 10.1037/0022-3514.86.1.112 . PMID 14717631 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 7 حريري، أحمد ر؛ واينبرغر، دانيال ر (مارس 2003). "التصوير الجينومي" . النشرة الطبية البريطانية . 65 (1): 259-270 . doi : 10.1093/bmb/65.1.259 . PMID 12697630 . 
  3. ↑ بلومين، روبرت؛ سبينات، فرانك م. (يناير 2004). "الذكاء: علم الوراثة، والجينات، وعلم الجينوم" ( ملف PDF) . مجلة الشخصية وعلم النفس الاجتماعي . 86 (1): 112-129 . doi : 10.1037/0022-3514.86.1.112 . PMID 14717631. S2CID 5734393. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 26 يوليو 2020.  
  4. 1 2 3 4 5 كونوبكا، جينيفيف؛ غيشويند، دانيال هـ. (21 أكتوبر 2010). "تطور الدماغ البشري: تسخير (إعادة) تطور علم الجينوم لربط الجينات والإدراك والسلوك" . نيرون . 68 ( 2): 231-244 . doi : 10.1016/j.neuron.2010.10.012 . PMC 2993319. PMID 20955931 .  
  5. 1 2 كاسيريس، ماريو؛ لاشوير، جويل؛ زابالا، ماثيو أ.؛ ريدموند، جون س.؛ كودو، ليلي؛ غيشويند، دانيال هـ.؛ لوكهارت، ديفيد ج.؛ برويس، تود م.؛ بارلو، كارولي (28 أكتوبر 2003). "مستويات التعبير الجيني المرتفعة تميز أدمغة البشر عن أدمغة الرئيسيات غير البشرية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 100 (22): 13030-13035 . Bibcode : 2003PNAS..10013030C . doi : 10.1073/pnas.2135499100 . PMC 240739. PMID 14557539 .  
  6. 1 2 ديجيتال، إيرين (4 يوليو 2011). "دراسة جماعية: العوامل غير الوراثية تلعب دورًا كبيرًا بشكلٍ مفاجئ في تحديد التوحد" . كلية الطب بجامعة ستانفورد، جامعة ستانفورد.
  7. ↑ "أسئلة وأجوبة حول مشروع الجينوم البشري" . المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري .
  8. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ مقابلة مع تود برويس، الحاصل على درجة الدكتوراه، مركز يركيس الوطني لأبحاث الرئيسيات
  9. ↑ بيرنز، تي إي جيه؛ جوهانسن-بيرج، إتش؛ وولريتش، إم دبليو؛ سميث، إس إم؛ ويلر-كينغشوت، سي إيه إم؛ بولبي، بي إيه؛ باركر، جي جيه؛ سيليري، إي إل؛ شيهان، كيه؛ سيكاريلي، أو؛ طومسون، إيه جيه؛ برادي، جي إم؛ ماثيوز، بي إم (15 يونيو 2003). "رسم خرائط غير جراحية للوصلات بين المهاد البشري والقشرة الدماغية باستخدام التصوير بالانتشار". مجلة نيتشر لعلم الأعصاب . 6 (7): 750-757 . doi : 10.1038/nn1075 . PMID 12808459. S2CID 827480 .  
  10. ↑ كوهين، جون (7 يونيو 2007). "الفروق النسبية: أسطورة 1%". مجلة ساينس . 316 (5833): 1836. doi : 10.1126/science.316.5833.1836 . PMID 17600195. S2CID 84106299 .  
  11. ↑ أولسون، ماينارد ف.؛ فاركي، أجيت (يناير 2003). "تسلسل جينوم الشمبانزي: رؤى حول التطور البشري والأمراض". مجلة Nature Reviews Genetics . 4 (1): 20-28 . doi : 10.1038/nrg981 . PMID 12509750. S2CID 205486561 .  
  12. ↑ غودمان، موريس؛ غروسمان، لورانس آي؛ وايلدمان، ديريك إي. (سبتمبر 2005). "توسيع نطاق علم جينوم الرئيسيات ليشمل ما هو أبعد من جينوم الشمبانزي". اتجاهات في علم الوراثة . 21 (9): 511-517 . doi : 10.1016/j.tig.2005.06.012 . PMID 16009448 . 
  13. ↑ تشين، فينغ-تشي؛ لي، وين-هسيونغ (2001). "الاختلافات الجينومية بين البشر وأشباه البشر الأخرى وحجم التجمع السكاني الفعال للسلف المشترك للبشر والشمبانزي" . المجلة الأمريكية لعلم الوراثة البشرية . 68 (2): 444-456 . CiteSeerX 10.1.1.329.720 . doi : 10.1086/318206 . PMC 1235277. PMID 11170892 .   
  14. ^ جلازكو، جالينا؛ فيراماتشانيني، فامسي؛ ني، ماساتوشي؛ ماكالوفسكي ، فويتشخ (فبراير 2005). "ثمانون بالمائة من البروتينات تختلف بين الإنسان والشمبانزي". الجين . 346 : 215-219 . دوى : 10.1016/j.gene.2004.11.003 . بميد 15716009 . 
  15. ↑ «تسلسل الحمض النووي لقرد المكاك الريسوسي له دلالات تطورية وطبية» (بيان صحفي). كلية بايلور للطب. 12 أبريل 2007.
  16. 1 2 ماكغافين، بيتر؛ رايلي، بريان؛ بلومين، روبرت (16 فبراير 2001). "نحو علم الجينوم السلوكي". مجلة ساينس . 291 (5507): 1232-1249 . doi : 10.1126/science.1057264 . PMID 11233447. S2CID 83900633 .  
  17. 1 2 3 4 5 6 7 8 فيش، جين س. (2003). "علم الوراثة وعلم الجينوم للاضطرابات العصبية السلوكية: مقدمة تاريخية ونظرة عامة" . علم الوراثة وعلم الجينوم للاضطرابات العصبية السلوكية . دار هومانا للنشر. الصفحات 3-19 . doi : 10.1007/978-1-59259-353-8_1 . ISBN  978-1-59259-353-8.
  18. ↑ باترفيلد، د؛ بون، هـ (أكتوبر 2005). "الفأر المعرض للشيخوخة المتسارعة (SAMP8): نموذج للتدهور المعرفي المرتبط بالعمر ذو صلة بتغيرات التعبير الجيني وشذوذات البروتين في مرض الزهايمر". علم الشيخوخة التجريبي . 40 (10): 774-783 . CiteSeerX 10.1.1.313.4638 . doi : 10.1016 / j.exger.2005.05.007 . PMID 16026957. S2CID 15860658 .   
  19. ↑ عزيز، أزهري؛ هاروب، شون ب.؛ بيشوب، نعومي إي. (19 يناير 2011). "توصيف عائلة بروتين الحذف في التوحد 1: دلالات لدراسة الاضطرابات المعرفية" . PLOS ONE . 6 (1) e14547. Bibcode : 2011PLoSO...614547A . doi : 10.1371/journal.pone.0014547 . PMC 3023760. PMID 21283809 .  
  20. ↑ نيكوليسكو، ألكسندر ب (2005). "دراسات جينومية لاضطرابات المزاج - الدماغ كعضلة؟" . علم الأحياء الجينومي . 6 (4): 215. doi : 10.1186 / gb-2005-6-4-215 . PMC 1088952. PMID 15833130 .