мини|310x310пкс| Области на фокус во неврогеномиката. Оваа бројка ги истакнува различните извори на податоци и области на истражување кои го водат полето на неврогеномиката. Неврогеномика ― студија за тоа како геномот на еден организам влијае на развојот и функцијата на неговиот нервен систем. Ова поле има намера да ги обедини функционалната геномика и невронауката со цел да биде разбран нервниот систем како целина од геномско гледиште.
Нервниот систем кај 'рбетниците е составен од два главни видови клетки - невроглиски клетки и неврони. Стотици различни видови неврони постојат кај луѓето, со различни функции - некои од нив обработуваат надворешни дразби; други создаваат одговор на стимули; други се организираат во централизирани структури (мозок, рбетни ганглии) кои се одговорни за сознавањето, перцепцијата и регулирањето на моторните функции. Невроните во овие централизирани места имаат тежнеење да се организираат во огромни мрежи и опширно да општат едни со други. Пред достапноста на изразувачки низи и методологии за секвенционирање на ДНК, истражувачите се обиделе да го разберат клеточното однесување на невроните (вклучувајќи создавање на синапси и развој на невроните и регионализација во човечкиот нервен систем) во однос на основната молекуларна биологија и биохемија, без никакво разбирање на влијанието на геномот на невронот врз неговиот развој и однесување. Како што било проширено разбирањето за геномот, улогата на мрежите на генски заемодејства во одржувањето на функцијата и однесувањето на невроните предизвика интерес во истражувачката заедница за невронаука. Неврогеномиката им овозможува на научниците да го проучуваат нервниот систем на организмите во контекст на овие основни регулаторни и транскрипциски мрежи. Овој пристап се разликува од неврогенетиката, која ја нагласува улогата на поединечни гени без контекст на мрежно заемодејство при проучување на нервниот систем.
Пристапи
Доаѓањето на биологијата со висока пропусност
Во 1999 година, Чирели и Тонони првпат ја пријавиле поврзаноста на профилирањето на мозочното генско изразување на целиот геном (со користење на микронизи) со фенотип на однесување кај глувците. Оттогаш, податоците за општото изразување на мозочните гени, добиени од микронизите, се усогласени со различни однесувачките квантитативни локуси со особини и пријавени во неколку публикации. Сепак, пристапите засновани на микронизи имаат свои проблеми што ја мешаат анализата - заситеноста на сондата може да резултира со многу мала мерлива варијанса на генското изразување помеѓу генетски единствени поединки, и присуството на единечни нуклеотидни полиморфизми може да резултира со артефакти на хибридизација. Понатаму, поради нивната природа заснована на сонда, микронизите може да пропуштат многу видови транскрипти (изоформи на некодирачка РНК, микро РНК и информациска РНК). Сондите исто така може да имаат сврзувачки афинитети специфични за видовите што може да ја збунат споредбената анализа.
Имено, поврзаноста помеѓу моделите на однесување и единечните генски локуси со висока пенетрантност спаѓа во делот на истражувањето за неврогенетика, каде што фокусот е да биде идентификувана едноставна причинско-последична врска помеѓу еден, ген со висока пенетрантност и набљудувана функција/однесување. Сепак, била покажана дека неколку невролошки болести имаат тежнеење да бидат полигени, под влијание на повеќе различни гени и регулаторни региони наместо само еден ген. Оттука, дојде до промена од пристапите од еден ген кон мрежни пристапи за проучување на невролошкиот развој и болестите, промена која во голема мера била поттикната од доаѓањето на методологиите за масивното напоредно секвенционирање.
Пристапи за масивното напоредно секвенционирање Студиите за близнаци откриле дека шизофренијата, биполарното растројство, нарушувањето на спектарот на аутизам, и нарушувањето на хиперактивноста со недостаток на внимание се многу наследни, генетски сложени душевни нарушувања. Сепак, студиите за поврзување во голема мера не успеале да ги идентификуваат предизвикувачките варијанти за душевни нарушувања како овие, првенствено поради нивната сложена генетска архитектура. Повеќекратните варијанти на ризик со ниска пенетрантност може да бидат собрани кај засегнатите поединци и семејства, а групите варијанти на предизвикувачот може да варираат во семејствата. Студиите по овие линии утврдиле полигена основа за неколку душевни нарушувања. Утврдено е дека неколку независни „де ново мутации“ кај пациенти Алцхајмеровата болест го нарушуваат заедничкиот сет на функционални патишта кои се вклучени во невронската сигнализација, на пример. Оттука, барањето за разбирање на предизвикувачката биологија на душевните нарушувања е многу потпомогната од способноста да бидат анализирани цели геноми на засегнати и незасегнати поединци на непристрасен начин.
Со достапноста на масовно напоредни методологии за секвенционирање, научниците можеле да погледнат подалеку од фаќањата на изразени гени засновани на сонда. Секвенционирање на РНК, на пример, идентификува 25-60% повеќе изразени гени отколку микронизите. Во претстојното поле на неврогеномиката, се надеваме дека со разбирање на геномските профили на различни делови од мозокот, можеби ќе можеме да го подобриме нашето разбирање за тоа како замнодејствата помеѓу гените и патиштата влијаат на клеточната функција и развој. Овој пристап е очекуван да може да ги идентификува секундарните генски мрежи кои се нарушени при невролошки нарушувања, што последователно ќе им помогне на стратегиите за развој на лекови за мозочни заболувања. Иницијативата за истражување на мозокот преку унапредување на иновативни невротехнологии започната во 2013 година, на пример, се стреми да го „информира развојот на идните третмани за мозочни нарушувања, вклучително и Алцхајмерова болест, епилепсија и трауматски повреди на мозокот“.
Студиите за поврзаност на ретки варијанти ја истакнале улогата на „де ново“ мутациите во неколку вродени и рани нарушувања од детството, како што е аутизмот. Неколку од овие мутации кои ја нарушуваат белковината биле во можност да бидат идентификувани само со помош на напорите за секвенционирање на целиот геном и потврдени со секвенционирање на РНК. Дополнително, овие мутации не се статистички збогатени со поединечни гени, туку покажуваат модели на статистичко збогатување во групи на гени поврзани со мрежи кои го регулираат невролошкиот развој и одржување. Таквото откритие би било невозможно со претходни геноцентрични пристапи (неврогенетика, невронаука на однесувањето). Неврогеномиката овозможува системски пристап со висок пропусен опсег за разбирање на полигенската основа на душевните нарушувања.
Студии за отсликување и оптичко картирање Кога аутизмот бил идентификуван како посебно биолошко нарушување во 1980-тите, истражувачите откриле дека аутистичните лица покажале абнормалност на растот во малиот мозок во нивните рани развојни години. Последователните истражувања покажале дека 90% од децата со аутизам имаат поголем волумен на мозокот од нивните врсници на возраст од 2 до 4 години и покажуваат проширување на содржината на белата и сивата маса во големиот мозок. Белата и сивата маса во големиот мозок се поврзани со учењето и сознавањето соодветно, а создавањето на амилоидни точки во белата маса е поврзано со Алцхајмерова болест. Овие наоди го истакнале влијанието на структурната варијанса во мозокот врз душевните нарушувања и ја мотивирале употребата на технологии за отсликување за картирање на регионите на дивергенција помеѓу здрави и болни мозоци. Понатаму, иако можеби не е секогаш можно да бидат извлечени биолошки примероци од различни области на живиот човечки мозок, техниките за невросликање нудат неинвазивни средства за разбирање на биолошката основа на невролошките нарушувања. Се надеваме дека разбирањето на шаблоните на наоѓање на различни психијатриски болести би можело да ги информира студиите за анализа на мрежата во неврогеномиката.
Магнетна резонанција Структурната магнетна резонанција може да биде користена за да биде идентификуван структурниот состав на мозокот. Особено во контекст на неврогеномиката, магнетната резонанција одиграла голема улога во проучувањето на Алцхајмеровата болест во последните четири децении. Првично била користена за да бидат исклучени други причини за деменција, но неодамнешните студии покажале присуство на карактеристични промени кај пациенти со Алцхајмерова болест. Како резултат на тоа, скенирањата со магнетна резонанција моментално се користени како алатка за невросликиње за да биде помогнато во идентификувањето на временската и просторната патофизиологија на Алцхајмеровата болест, како што се специфичните церебрални промени и амилоидното снимање.
Леснотијата и неинвазивната природа на скеновите со магнетна резонанција ги мотивирало истражувачките проекти кои го следат развојот и почетокот на душевните болести во мозокот. Алцхајмеровата болест станала клучен кандидат во овој топографски пристап кон психијатриските болести. На пример, скенирањата со магнетна резонанција во моментов се користени за следење на функционалните профили на мозокот зависни од одмор и задачи кај деца со автосомно доминантна Алцхајмерова болест. Овие студии пронашле индикации за ран почеток на мозочни промени кај лица изложени на ризик за Алцхајмерова болест. Аутистичкиот центар за извонредност при Универзитетот во Калифорнија, Сан Диего, исто така, спроведува студии со магнетни резонанци од деца помеѓу 12 и 42 месеци, со надеж дека ќе ги карактеризира абнормалности во развојот на мозокот кај децата кои покажуваат симптоми на аутизам во однесувањето.
Дополнителни истражувања покажале дека постојат специфични модели на атрофија во големиот мозок (како реперкусија на невродегенерација) кај различни невролошки нарушувања и болести. Овие шеми на напредок на атрофија специфични за болеста може да бидат идентификувани со скенирање со магнетна резонанција и да обезбедат контекст на клинички фенотип за неврогеномско истражување. Временските информации за напредокот на болеста обезбедени со овој пристап, исто така, може потенцијално да го информираат толкувањето на пертурбациите на ниво на генска мрежа кај душевните болести.
Оптичко картирање Една забранувачка особина на методологиите со масивното напоредно секвенционирање е горната граница на геномскиот опсег до кој може да биде пристапен со спарување. Оптичкото картирање е нова методологија што е користена за опфат на варијанти од големи размери кои обично не можат да бидат откриени со помош на спарени крајни отчитувања. Овој пристап е успешно применет за откривање на структурни варијанти кај олигодендроглиом, вид рак на мозокот. Неодамнешната работа, исто така, ја истакнала разновидноста на оптичките карти во подобрувањето на постоечките склопови на геномот. Хромозомските преуредувања, микробришењата и големите транслокации се поврзани со нарушена невролошка и когнитивна функција, на пример кај наследна невропатија и неврофиброматоза. Оптичкото картирање може значително да го подобри откривањето на варијантите и да ги информира моделите на мрежата за заемодејство на гените за заболената состојба кај невролошките нарушувања.
Проучување на други мозочни заболувања