La genómica cognitiva (o genómica neuronal ) es el subcampo de la genómica perteneciente a la función cognitiva en el que se estudian los genes y secuencias no codificantes del genoma de un organismo relacionados con la salud y la actividad del cerebro . Al aplicar la genómica comparada , se comparan los genomas de múltiples especies para identificar diferencias genéticas y fenotípicas entre especies. Las características fenotípicas observadas relacionadas con la función neurológica incluyen comportamiento , personalidad , neuroanatomía y neuropatología . La teoría detrás de la genómica cognitiva se basa en elementos de la genética , la biología evolutiva , la biología molecular , la psicología cognitiva , la psicología del comportamiento y la neurofisiología .
La inteligencia es el rasgo de comportamiento más estudiado . [1] En los seres humanos, aproximadamente el 70% de todos los genes se expresan en el cerebro. [2] La variación genética representa el 40% de la variación fenotípica. [3] Se han utilizado enfoques en genómica cognitiva para investigar las causas genéticas de muchos trastornos mentales y neurodegenerativos , incluido el síndrome de Down , el trastorno depresivo mayor , el autismo y la enfermedad de Alzheimer .
El enfoque más utilizado para la investigación del genoma es la biología genómica evolutiva, o evo-geno, en la que se comparan los genomas de dos especies que comparten un ancestro común. [4] Un ejemplo común de evo-geno son las pruebas genómicas cognitivas comparativas entre humanos y chimpancés que compartieron un ancestro hace 6-7 millones de años. [5] Se examinan los patrones en la expresión genética local y el empalme de genes para determinar la diferenciación genómica. Los análisis transcriptómicos comparativos realizados en cerebros de primates para medir los niveles de expresión genética han mostrado diferencias significativas entre los genomas humanos y de chimpancé. [4] El enfoque evo-geno también se utilizó para verificar la teoría de que los humanos y los primates no humanos comparten niveles de expresión similares en genes relacionados con el metabolismo energético que tienen implicaciones para el envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas. [4]
El enfoque de la biología del desarrollo evolutivo (evo-devo) compara patrones de desarrollo cognitivo y neuroanatómico entre conjuntos de especies. Los estudios de cerebros de fetos humanos revelan que casi un tercio de los genes expresados están diferenciados regionalmente, mucho más que en especies no humanas. [4] Este hallazgo podría explicar potencialmente las variaciones en el desarrollo cognitivo entre individuos. Los estudios neuroanatómicos evo-devo han conectado el orden cerebral superior con la lateralización cerebral que, aunque está presente en otras especies, está muy ordenada en los humanos.
El enfoque de la biología evolutiva del fenotipo (evo-feno) examina la expresión del fenotipo entre especies. El enfoque de la biología de la patología evolutiva (evo-patho) investiga la prevalencia de enfermedades entre especies.
En genómica, un gen del que se obtienen imágenes y se analiza se denomina gen candidato. Los genes candidatos ideales para las pruebas genómicas comparativas son genes que albergan polimorfismos funcionales bien definidos con efectos conocidos sobre la función neuroanatómica y/o cognitiva. [2] Sin embargo, son suficientes los genes con polimorfismos de un solo nucleótido identificados o variaciones alélicas con posibles implicaciones funcionales en los sistemas neuroanatómicos. [2] Cuanto más débil sea la conexión entre el gen y el fenotipo, más difícil será establecer la causalidad mediante pruebas. [2]
Los factores no genéticos como la edad, la enfermedad, las lesiones o el abuso de sustancias pueden tener efectos significativos sobre la expresión genética y la variación fenotípica. [2] La identificación y contribución de la variación genética a fenotipos específicos solo se puede realizar cuando otros posibles factores contribuyentes pueden coincidir entre grupos de genotipos. [2] En el caso de las neuroimágenes durante la realización de tareas, como en la resonancia magnética funcional, los grupos se emparejan por nivel de rendimiento. Los factores no genéticos tienen un efecto potencial particularmente grande sobre el desarrollo cognitivo. En el caso del autismo, los factores no genéticos representan el 62% del riesgo de enfermedad. [6]
Para estudiar la conexión entre un gen candidato y un fenotipo propuesto, a menudo se le asigna al sujeto una tarea que provoca el fenotipo conductual mientras se somete a alguna forma de neuroimagen . Muchas tareas conductuales utilizadas para estudios genómicos son versiones modificadas de pruebas conductuales y neuropsicológicas clásicas diseñadas para investigar sistemas neuronales críticos para comportamientos particulares. [2]
En 2003, el Proyecto Genoma Humano produjo el primer genoma humano completo. [7] A pesar del éxito del proyecto, se sabe muy poco sobre la expresión de genes cognitivos. [8] Antes de 2003, cualquier evidencia sobre la conectividad del cerebro humano se basaba en observaciones post-mortem . [9] Debido a preocupaciones éticas, no se han realizado estudios genómicos invasivos in vivo en humanos vivos. [ cita necesaria ]
Como parientes genéticos más cercanos a los humanos, los primates no humanos son los sujetos de imágenes genómicas más preferibles. En la mayoría de los casos, las imágenes de los primates se toman bajo anestesia . [8] Debido al alto costo de criar y mantener poblaciones de primates, las pruebas genómicas en primates no humanos generalmente se realizan en instalaciones de investigación de primates.
Los chimpancés ( Pan troglodytes ) son los parientes genéticos más cercanos a los humanos , compartiendo un 93,6% de similitud genética. [10] Se cree que los humanos y los chimpancés compartieron un ancestro genético común hace unos 7 millones de años. [8] El movimiento para secuenciar el genoma del chimpancé comenzó en 1998 y los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de EE. UU. le dieron alta prioridad. [11]
Actualmente, los humanos y los chimpancés tienen los únicos genomas secuenciados de la extensa familia de los primates. [12] Algunas comparaciones de segmentos de ADN intergénicos autosómicos no repetitivos sugieren tan solo un 1,24% de diferencia genética entre humanos y chimpancés a lo largo de ciertas secciones. [13] A pesar de la similitud genética, el 80% de las proteínas entre las dos especies son diferentes, lo que subestima las claras diferencias fenotípicas. [14]
Los macacos Rhesus ( Macaca mulatta ) exhiben un 93% de similitud genética con los humanos aproximadamente. [15] A menudo se utilizan como grupo externo en estudios genómicos en humanos y chimpancés. [8] Los humanos y los macacos rhesus compartieron un ancestro común hace aproximadamente 25 millones de años. [5]
Los orangutanes ( Pongo pygmaeus ) y los gorilas ( Gorilla gorilla ) se han utilizado en pruebas genómicas, pero no son sujetos comunes debido al costo. [8]
A pesar de lo que a veces se informa, la mayoría de los fenotipos conductuales o patológicos no se deben a una única mutación genética sino a una base genética compleja. [16] Sin embargo, existen algunas excepciones a esta regla, como la enfermedad de Huntington , que es causada por un solo trastorno genético específico. [16] La aparición de trastornos neuroconductuales está influenciada por una serie de factores, genéticos y no genéticos.
El síndrome de Down es un síndrome genético marcado por discapacidad intelectual y rasgos craneofaciales distintos y ocurre en aproximadamente 1 de cada 800 nacidos vivos. [17] Los expertos creen que la causa genética del síndrome es la falta de genes en el cromosoma 21 . [17] Sin embargo, el gen o genes responsables del fenotipo cognitivo aún no se han descubierto.
El síndrome de X frágil está causado por una mutación del gen FRAXA situado en el cromosoma X. [17] El síndrome se caracteriza por discapacidad intelectual (moderada en hombres, leve en mujeres), deficiencia del lenguaje y algunas conductas del espectro autista . [17]
La enfermedad de Alzheimer es un trastorno neurodegenerativo que causa un deterioro cognitivo progresivo correlacionado con la edad. [17] en modelos animales que utilizan ratones han investigado la fisiopatología y sugieren posibles tratamientos como la inmunización con beta amiloide y la administración periférica de anticuerpos contra la beta amiloide. [17] Los estudios han relacionado el Alzheimer con alteraciones genéticas que causan anomalías en la proteína SAMP8 . [18]
El autismo es un trastorno generalizado del desarrollo caracterizado por un desarrollo social anormal, incapacidad para sentir empatía y comunicarse de manera efectiva y patrones de interés restringidos. [17] Una posible causa neuroanatómica es la presencia de tubérculos en el lóbulo temporal. [17] Como se mencionó anteriormente, los factores no genéticos representan el 62% del riesgo de desarrollo del autismo. [6] El autismo es un trastorno específico del ser humano. Como tal, la causa genética ha sido implicada en una lateralización cerebral altamente ordenada exhibida por los humanos. [4] Dos genes se han relacionado con el autismo y los trastornos del espectro autista (TEA): c3orf58 (también conocido como eliminado en el autismo-1 o DIA1) y cXorf36 (también conocido como eliminado en el autismo-1 relacionado o DIA1R). [19]
El trastorno depresivo mayor es un trastorno del estado de ánimo común que se cree que es causado por una captación neural irregular de serotonina . Si bien se desconoce la causa genética, los estudios genómicos de cerebros post-mortem con TDM han descubierto anomalías en el sistema del factor de crecimiento de fibroblastos, lo que respalda la teoría de que los factores de crecimiento desempeñan un papel importante en los trastornos del estado de ánimo. [20]
Otros trastornos neurodegenerativos incluyen el síndrome de Rett , el síndrome de Prader-Willi , el síndrome de Angelman y el síndrome de Williams-Beuren .
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace )