На правах рукописи

ГУМЕРОВА ОКСАНА ВЛАДИМИРОВНА ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 03.00.15 - генетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Уфа - 2007 2

Работа выполнена на кафедре общей биологии и генетики Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Горбунова Валентина Юрьевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Ким Александр Иннокентьевич доктор биологических наук, профессор Мустафина Ольга Евгеньевна

Ведущая организация: Казанский государственный университет

Защита диссертации состоится л апреля 2007 г. в 14 часов на заседании Регионального диссертационного совета КМ 002.133.01 при Институте биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН по адресу: 450054, г.

Уфа, проспект. Октября, д. 69.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Уфимского научного центра РАН.

Автореферат разослан л марта 2007 г.

Ученый секретарь Регионального диссертационного совета, к.б.н. Бикбулатова С.В.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Молекулярно-генетическое изучение природы индивидуальности является одним из наиболее перспективных направлений исследований в области генетики человека. Так, в последние годы активно ведется поиск генов, определяющих фенотипические различия в проявлении признака линтеллект (Shimokata, Ando, Niino, et al, 2005; Gosso, Van Belzen, DeGeus, et al, 2006;

Popersco, MacLaren, Hopkins et al, 2006). Версии о его генетической детерминации высказаны в некоторых психологических и психогенетических исследованиях (Ушаков, 1977; Равич-Щербо, 1988; Loehlin, Vanderberg, 1976;

Plomin, DeFries, 1987; Boomsma, 1993; McGue et al, 1993; Thompson, 1993).

Современная гипотеза формирования признака линтеллект основана на многофакторности. Между тем, в научной литературе не обсуждается структура его генетической составляющей. Предполагается, что различия людей по их интеллектуальной деятельности могут зависеть от скорости, эффективности нейрональной передачи и переработки информации (Бурменская, 1991; Burdick, Lenez, Funke et al., 2006), во многом определяющихся работой нейромедиаторных систем мозга. Поэтому, изучение молекулярно-генетических особенностей проявления полиморфизма генов серотонин- и дофаминергической систем мозга, а также гена, определяющего синтез фермента моноаминоксидазы А, участвующего в обмене этих нейромедиаторов, представляет особый интерес.

Цель исследования: изучение степени генетической детерминации признака линтеллект.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Собрать банк ДНК индивидов.

2. Осуществить тестирование уровня интеллектуального развития.

3. Установить тип зиготности каждой близнецовой пары.

4. Изучить наследуемость признака л интеллект.

5. Провести типирование полиморфных локусов следующих генов:

* переносчика серотонина (SLC6A4), * рецептора серотонина (НТR2А), * переносчика дофамина (SLC6A3), * рецептора дофамина (DRD3), * моноаминоксидазы А (МАО А), * Alu-элемента Ya5NBC361, * интерлейкина-1 бета (IL-1В), * антагониста рецептора интерлейкина-1 (IL-1RA), * ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ).

6. Провести анализ ассоциаций полиморфных локусов генов, определяющих работу нейромедиаторной системы (SLC6A4, HTR2A, DRD3, SLC6A3, MAO A), а также Alu-элементов (Ya5NBC361, ACE) с показателями интеллектуального развития.

7. Провести анализ фенотипического распределения признака линтеллект.

Научная новизна исследования:

Создана коллекция ДНК близнецов (70 пар). Определена доля основных компонентов фенотипической дисперсии признака линтеллект близнецовым методом. Зиготность каждой близнецовой пары диагностировалась по полиморфным локусам различных генов. Установлено, что определяющая роль в формировании фенотипической дисперсии признака принадлежит генетическим факторам (h2=0.71), средовая же компонента обеспечивается, в первую очередь, индивидуальными различиями (Еинд=0.26).

При изучении молекулярно-генетических основ формирования признака показано, что на его проявление оказывают влияние гены, обеспечивающие функционирование серотонинергической нейромедиаторной системы. Так, в группе с высоким уровнем интеллектуального развития выявлено достоверное повышение частоты генотипов SLC6A4*L/*S и НТR2А*A/*, обеспечивающих интенсификацию переноса и рецепции нейромедиатора в синапсе.

Рассмотрен вариант взаимодействия двух неаллельных генов, определяющих регуляцию нейромедиатора серотонина (SERT), при формировании интеллектуальных различий. Установлено, что доминантные аллели следующих генов: переносчика SERT (SLC6A4*L), расположенного на 17 хромосоме и рецептора SERT (HTR2A*A), находящегося на 13 хромосоме, взаимодействуют между собой по типу кумулятивной полимерии, обеспечивая генетические различия между индивидами.

Научно-практическая значимость работы. Полученные результаты имеют значение для развития общетеоретических представлений о природе интеллекта, а также характере наследования интеллектуальных способностей человека. Эти исследования составляют часть программы работы БГПУ:

данные используются в системе организации работы отбора детей в профильные классы в школах Орджоникидзевского района г. Уфы (Башкортостана), что способствует выявлению склонностей учащихся в соответствии с их интеллектуальными запросами. Результаты исследования также включены в материалы различных курсов лекций и спецкурсов, читаемых в Башгоспедуниверситете.

Положения, выносимые на защиту.

1. Фенотипические различия людей по уровню развития интеллекта детерминированы генетическими факторами.

2. Достоверно высокая встречаемость генотипов SLC6A*L/*S и НТR2А*A/*G в группе с высокими показателями интеллектуального развития.

3. Частота генотипа *D/*D и аллеля *D гена ангиотензин-превращающего фермента ACE достоверно выше в группе с признаком лодаренность.

4. Сочетания генотипов HTR2A*A/*G-SLC6A4*S/*S и SLC6A4VNTR*12/*10SLC6A45HTTLPR*S/*S-ACE*I/*D достоверно чаще встречаются в группе с нормальным уровнем интеллектуального развития.

5. Неаллельные гены синтеза: переносчика (SLC6A) и рецептора (НТR2А) серотонина взаимодействуют по типу кумулятивной полимерии при формировании высокого уровня интеллекта.

Апробация диссертации. Материалы диссертационной работы были представлены на: международной конференции, посвященной 115-летию со дня рождения Н.И.Вавилова Вавилов и современная генетика (Уфа, 2004); на 5ом съезде Российского общества медицинских генетиков (Уфа, 2005); Девятой всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей Человек и его здоровье (Санкт-Петербург, 22 апреля 2006); European Human Genetics Conference European Meeting on Psychosocial Aspects of Genetics (6-May 2006, Amsterdam, Netherlands); Human Genome Meeting (May 31-June 3, 2006, Helsinki, Finland); Международной конференции Генетика в России и мире, посвященной 40-летию Института общей генетики имени Н.И. Вавилова РАН (28 июня-2 июля 2006, Москва), а также на совместном семинаре кафедры общей биологии и генетики и сотрудников Института биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 статей, из них - 2 в изданиях, рекомендованных ВАК и 7 тезисов в трудах Международных и Российских конференций.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 141 странице машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и библиографического списка, который включает 173 работы отечественных и зарубежных авторов. Диссертация иллюстрирована 27 таблицами и 26 рисунками и дополнена приложением (стр., 16 табл.).

Связь работы с крупными научными программами. За время выполнения работы получены гранты:

Министерства Образования РФ: Тематический план на 2005/06 и 2006/07 гг.

Молекулярно-генетические исследования интеллектуального, физического и психического здоровья человека.

Федеральной программы развития образования на 2004 год: по направлению л1.7: Развитие профессионального образования в области высоких технологий и инновационной деятельности в образовательной сфере в разделе 1.7.Развитие учебно-лабораторной базы научно-педагогических коллективов, обеспечивающих эффективную подготовку кадров высшей квалификации в области высоких технологий.

Стипендия президента Республики Башкортостан в 2004/05 уч. году.

Гранты БГПУ: по направлению 05.06 Наука и инновации - обществу (внедрение инновационных проектов, результатов НИР в практику).

Молекулярная, педагогическая генетика и психогенетика - возможности и перспективы их использования в образовательном процессе.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Материалы исследования. Объектом исследования явились 2398 человек, которые были протестированы по тесту Кеттеля (Денисов, Доровеев, 1994).

Материал исследования - 319 образцов ДНК здоровых индивидов в возрасте 18-35 лет, проживающих в Республике Башкортостан, из которых 140 близнецы (70 пар). Забор крови для выделения ДНК производили после медицинского осмотра с письменного согласия испытуемых. Образцы ДНК получены при содействии администрации Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы. Биологический материал для исследования собран также и в ходе экспедиционных выездов в 2002-2004 гг.

При анализе ассоциаций вся исследуемая выборка была разделена на группы, в зависимости от показателей коэффициента интеллектуального развития: высокий уровень интеллектуального развития (IQ выше 110 баллов) - 84 человек, нормальный уровень (IQ 90-110 баллов)- 150 человек и низкий уровень интеллектуального развития (IQ ниже 89 баллов) - 15 человек. Группа с высоким уровнем IQ в свою очередь разделена на подгруппы, в соответствии со следующей градацией признака: способность (111-120 баллов); одаренность (121-130 баллов); сверходаренность (131-140 баллов) и талантливость (выше 141 балла). Группа с нормальным уровнем интеллектуального развития послужила группой сравнения для остальных групп.

Методы исследования. ДНК была выделена из периферической крови методом фенольно-хлороформной экстракции (Mathew et al., 1984). Анализ полиморфных ДНК-локусов SLC6A4, HTR2A, SLC6A3, DRD3, MAO A, Ya5NBC361, ACE, IL-1B, IL-1RA осуществляли методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) синтеза ДНК с помощью праймеров, предложенных рядом исследователей (табл.1). Для определения нуклеотидных замен в генах HTR2A, DRD3, MAO A, IL-1B использовали метод ПДРФ-анализа, ПЦР-продукты расщепляли соответствующими рестриктазами: MspI, BalI, EcoRV, TaqI.

Продукты амплификации анализировались электрофоретически после окрашивания гелей бромистым этидием с последующей визуализацией ДНК в УФ-свете.

Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием пакета программ УStatistica for Windows 6.0Ф (StatSoft), УGENEPOPФ (Raymond and Rousset, 1995), УRxCФ (Rows x Columns) (Roff, Bentzen, 1989), программного обеспечения MS Excel 98 (Microsoft). При попарном сравнении частот генотипов и аллелей в двух различных группах использовался точный двусторонний критерий Фишера Р (F2), а также критерий 2 (Р)для таблиц сопряженности 2x2 с поправкой Иэйтса на непрерывность (Леонов, 1998). При необходимости проводили коррекцию на число сравнений.

Силу ассоциаций оценивали в значениях показателя соотношения шансов Odds Ratio (OR) (Schlesselman et al., 1982). Коэффициент внутриклассовой корреляции признака вычислялся по формуле, предложенной Егоровой (2004).

Наследуемость интеллектуальных способностей определялась по формуле Хольцингера (Равич-Щербо и др., 1999).

Таблица Характеристика полиморфных локусов Ген Локализация Полиморфизм Физиологические характеристики SLC6A4 17q11.1-12 5-HTTLPR, I/D 44 *L - повышает (переносчик п.н., промотор концентрацию серотонина) (Helias et al., 1999) переносчика серотонина 5-HTTVNTR (12, 10 9 Количество повторов единиц повтора - 22 влияет на п.н.), транскрипцию гена интрон (Ogilvie et al., 1996) HTR2A 13q14-21 A1438G полиморфизм *АЦнормальное (рецептор (точковая мутация по количество серотонина) типу транзиции), рецепторов в промотор синаптической щели;

(Nacamura et al., 1999) *G-понижение количества рецепторов DRD3 3q13-23 Ser9Glu полиморфизм Межиндивидуальные (рецептор (точковая мутация по различия в плотности дофамина) типу транзиции), на данного белка 25 п.н. выше стартового кодона в экзоне 1 (Piccardi et al., 1997) SLC6A3 5p15.3 VNTR (3-11 копий Ограничивает (переносчик размером 40 п.н.), активность дофамина) 3'-нетранслируемая дофаминергической область системы путем (Vanderberg et al., обратного захвата 1992) нейромедиатора в пресинаптические терминали MAOA Xp11.23-11.4 EcoRv полиморфизм *456 - снижение (моноамино (нонсенс мутация), уровня активности ксидаза А) экзон 8 (Hotamisligil et МАО А, накопление al., 1991) серотонина в мозге ACE 17q11.2 I/D - 287 п.н. Alu, *D - ускоренный (ангиотензин- интрон 16 выброс превращающий (Lee et al., 2002) нейромедиатора в фермент) синаптическую щель РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 1. Изучение вклада генетических и средовых компонентов в фенотипическую дисперсию признака линтеллект С целью оценки генетического влияния на проявление наблюдаемой изменчивости признака (фенотипической дисперсии) проведен анализ наследуемости интеллекта близнецовым методом. Сегодня уже не вызывает сомнения, что развитие интеллекта является процессом взаимодействия генотипа и среды, отсюда и две главные составляющие фенотипической дисперсии - генетическая и средовая.

В качестве оценки величины генетической составляющей фенотипической дисперсии мы использовали коэффициент наследуемости ИгнатьеваФальконера, определяемый на основе коэффициента внутриклассовой корреляции МЗ и ДЗ близнецов. Коэффициент наследуемости интеллекта (h2) составил 0.71, т.е. имеющиеся различия по интеллекту объясняются в первую очередь генетическими факторами (таблица 2).

На основании полученных данных была проведена оценка средовой компоненты фенотипической дисперсии интеллекта. Мы рассмотрели два основных типа средовых влияний: общие и индивидуальные.