Genetika chováníGenetika chování prof. RNDr. Jiřina Relichová, CSc. Oddělení genetiky a molekulární biologie Ústav experimentální biologie Přírodovědecká fakulta MU Jednovaječná dvojčata Velmi podobné chování Dědičnost vs. prostředí nurturenature nurture deterministé behavioristé Metodologie studia genetiky chování Studium vyselektovanýchStudium vyselektovaných nebo inbredních kmenůnebo inbredních kmenů Úspěšnost selekce v populaciÚspěšnost selekce v populaci Studium jednotlivých genů (mutace,Studium jednotlivých genů (mutace, ,,knock-out") Molekulárně-genetické přístupy Aplysia Drosophila melanogaster Caenorhabditis elegansAplysia Drosophila melanogaster Caenorhabditis elegans Rattus norvegicus Mus musculus Spotřeba alkoholu u čtyř inbredních kmenů myší (pokus D. A. Rogers a G. E. McClearn, 1962)(pokus D. A. Rogers a G. E. McClearn, 1962) Kmen týden podíl absolutního průměrKmen týden podíl absolutního průměr alkoholu v celkové tekutině 1 0,085 C57BL 2 0,093 9,4% 3 0,104 alkoholu3 0,104 alkoholu 1 0,065 C3H/2 2 0,066 6,9%C3H/2 2 0,066 6,9% 3 0,075 alkoholu 1 0,024 BALB/c 2 0,019 2,0% 3 0,018 alkoholu3 0,018 alkoholu 1 0,021 A/3 2 0,016 1,7%A/3 2 0,016 1,7% 3 0,015 alkoholu Pokus s myšmi v otevřeném prostoru (,,open-field experiment")(,,open-field experiment") Papio anubis a Papio hamadryas Krysy - učenlivost orientace v bludištiKrysy - učenlivost orientace v bludišti E.C. Tolman, 1924, R.C. Tryon, 1942 Testování krys ve voděTestování krys ve vodě ,,Chytré" a ,,hloupé" krysy chované v různém prostředí,,Chytré" a ,,hloupé" krysy chované v různém prostředí - výsledky testů v bludišti chytré chyby v pokusu chytré hloupé 170 160 150 140 130130 120 110 deprivace normální obohacené prostředí 110 deprivace normální obohacené prostředí Schematické znázornění bludištěSchematické znázornění bludiště použitého při studiu geotaxe u drozofily Selekce na pozitivní a negativní geotaxi u drozofilySelekce na pozitivní a negativní geotaxi u drozofily x neselektovaná markerová linie selektovaná linie B Cy Sb x B Pm Ubx F1 : : : F1 B Cy Sb B Cy Ubx B Pm Sb B Pm Ubx : : : xx B Cy zpětné křížení B B Sb Cy Cy Sb Sb B Cy Sb Schéma křížení drozofily pro lokalizaci genů zodpovědných za geotaxi Hygienické chování včelHygienické chování včel Plod před zavíčkováním Včely pečující o plodPlod před zavíčkováním Včely pečující o plod Hygienické chování včel ­ podmíněno dvěma geny W. Rothenbuhler, 1964 P diploidní ,,hygienická" královna x haploidní ,,nehygienický" trubecP diploidní ,,hygienická" královna x haploidní ,,nehygienický" trubec uu rr u+ r+ F1 diploidní potomstvo - všichni nehyg.F1 diploidní potomstvo - všichni nehyg. u+u r+r F1 neoplozená vajíčka haploidní trubci dělnice chování u r uu rr hygienické u r+ zpětné křížení uu r+r odvíčkují u+ r s hyg. matkami u+u rr (odstraní larvy) u+ r+ uu rr u+u r+r nehygienické ekvivalentní gametám hybridních matek F1 Tančící myši ­ mutace jednoho genu Více než 100 známých mutací neurologické povahy Cirkadiánní rytmické chování u drozofilychování u drozofily Drozofila ­ cirkadiánní rytmy při vykuklováníDrozofila ­ cirkadiánní rytmy při vykuklování 24 hodinový cyklus vykuklování Mutace: X - period (per0, perS, perL) A ­ timeless (tim), clock (clk), cycle (cyc), double-time (dbt)A ­ timeless (tim), clock (clk), cycle (cyc), double-time (dbt) Drozofila ­ ultradiánní rytmy - námluvyDrozofila ­ ultradiánní rytmy - námluvy Fáze námluv u samečků drozofily standardního typuFáze námluv u samečků drozofily standardního typu a mutanta se žlutým tělem Drozofila ­ typická ,,píseň lásky" v průběhu námluv Metoda attached X používaná k detekci mutací u drozofily EMS XX Mutace: X - period (per0, perS, perL)Mutace: X - period (per , per , per ) A ­ timeless (tim), clock (clk), cycle (cyc), double-time (dbt) Změna chování v péči o potomstvo u myši -Změna chování v péči o potomstvo u myši - mutace v genu fosB Typická péče myší samičky o potomstvo Mutantní samička fosB nejeví zájem o mláďata krátce po vylíhnutí a ta krátce po vylíhnutí umírají Genetika lidského chováníGenetika lidského chování Schopnosti, pocity, nálady, inteligence, osobnostní charakteristiky,osobnostní charakteristiky, komunikační schopnosti, ovládáníkomunikační schopnosti, ovládání stavu stresu a hněvu. Choroby ­ fobie, úzkost, demence,Choroby ­ fobie, úzkost, demence, psychóza, závislost a změny nálady. Metody studia dědičnosti lidskéhoMetody studia dědičnosti lidského chování Analýza specifických mutací u jedinců s neobvyklým chovánímneobvyklým chováním Studium dvojčat Familiální výskyt určitého typu chování Asociační studie (molekulární markery)Asociační studie (molekulární markery) Vliv mutace v jednom genu na chováníVliv mutace v jednom genu na chování člověka Fenylketonurie (PKU) AR ­ 1: 10.000 EvropanéFenylketonurie (PKU) AR ­ 1: 10.000 Evropané 1: 16.500 Asiaté fenylalanin tyrozinfenylalanin tyrozin jaterní enzymjaterní enzym fenylalanin hydroxyláza (PAH) Odvozené metabolity ­ abnormální myelinace nervových buněk Vliv mutace v jednom genu na chováníVliv mutace v jednom genu na chování člověka Lesch ­ Nyhanův syndrom (LNS) mutace v genu pro tvorbu enzymu HGPRT pro metabolismus purinuHGPRT pro metabolismus purinu Huntingtonova choroba (HD) expanze trinukleotidových repeticí CAG postupná ztrátapostupná ztráta neuronů v mozku Předurčení ke kriminálnímuPředurčení ke kriminálnímu chování? Syndrom Jacobsové, XYY Rodokmen holandské rodiny,Rodokmen holandské rodiny, v níž se vyskytli mimořádně agresivní muži Princip vedení vzruchuPrincip vedení vzruchu Mutace v genu zodpovědného za odbourávání neurotransmiterů gen pro MAOA (monoaminoxidázu A)gen pro MAOA (monoaminoxidázu A) CAG (glutamin) bodová mutace TAG (terminační kodon) Metoda konkordance dvojčat heritabilita = KMZ - KDZ / 100 - KDZ Monozygotní Dizygotní Nepříbuzní Metoda korelace dvojčat Monozygotní Dizygotní Nepříbuzní dvojčata dvojčata jedinci vychovávaná vychovávaná vychovávanívychovávaná vychovávaná vychovávaní společně odděleně společně odděleně společně r = H2 + C2 r = H2 r = (1/2)H2+C2 r = (1/2)H2 r = C2 r = korelační koeficient T = + g + e T ... kvantit. měřítko znakur = korelační koeficient H2 = dědivost v širším slova smyslu C2 = vliv prostředí T ... kvantit. měřítko znaku ... průměrná hodnota znaku g ...odchylka od prům. podmíněná genyC2 = vliv prostředí g ...odchylka od prům. podmíněná geny e... odchylka od prům. podm. prostředím Familiální znaky a choroby autismus anorexie schizofrenieschizofrenie mánická depresemánická deprese sexuální orientace inteligenceinteligence Narkolepsie a kataplexie svalová ochablost (chromozom 6)(chromozom 6) kolaps (chromozom12) Příklad poruchy cirkadiánního spánkového rytmu ­Příklad poruchy cirkadiánního spánkového rytmu ­ rodina s předsunutou periodou spánku (AD) Součásti celkové inteligenceSoučásti celkové inteligence Apercepční ­ rychle chápe, dobrý postřehApercepční ­ rychle chápe, dobrý postřeh Reprodukční ­ rychle a snadno se učí Iniciativní ­ má hodně podnětů a nápadů, vše zařídíIniciativní ­ má hodně podnětů a nápadů, vše zařídí Mnestická ­ velmi dobrá paměť Expresní ­ vyjádření myšlenky slovem a písmem, rychlé reakce, dobří řečníci a diskutéřirychlé reakce, dobří řečníci a diskutéři Sociální ­ dobré jednání s lidmi Abstraktní ­ používání a práce se symbolyAbstraktní ­ používání a práce se symboly Praktická ­ manipulace s různými věcmi Korelační koeficienty pro hodnoty testů IQ u monozygotních a dizygotních dvojčatu monozygotních a dizygotních dvojčat vychovávaných společně a odděleně Pramen MZS MZO DZS DZOPramen MZS MZO DZS DZO Newman et al. 1937 0,71 Juel-Nielsen 1980 0,69Juel-Nielsen 1980 0,69 Shields 1962 0,75 Bouchard et al. 1990 0,83 0,75Bouchard et al. 1990 0,83 0,75 Pedersen et al. 1992 0,80 0,78 0,22 0,32 Newman et al. 1998 0,47 Průměr 0,82 0,75 0,22 0,38 Dle: Bouchard, T.J. 1998 Jiný přístup k vyjádření dědičnosti IQ: započítat tzv. ,,kulturní dědictví" h2 = 0, 297 + 0,023 (genetická složka)h2 = 0, 297 + 0,023 (genetická složka) b2 = 0, 289 + 0,016 (kulturní složka)b2 = 0, 289 + 0,016 (kulturní složka) Schizofrenie ­ rizikové faktory prostředí Podvýživa matkyPodvýživa matky Infekce virem Borna Nedostatek kyslíku pro plodNedostatek kyslíku pro plod Komplikace při porodu Použití psychoaktivních léků (fencyklidin)Použití psychoaktivních léků (fencyklidin) Traumatické poranění mozku Infekce herpes v době narozeníInfekce herpes v době narození Genetická determinace pohlavíGenetická determinace pohlaví ˇGonadální pohlaví ­ biologické pohlaví ˇSomatické pohlaví ­ biologické pohlaví ˇPohlavní identifikace ­ transsexualismus (x transvestitismus) ˇPohlavní orientace - heterosexualita homosexualita (1-5%, 2-10%, 4%)homosexualita (1-5%, 2-10%, 4%) bisexualita Nepravidelný crossing-over u pohlavních chromozomů muže (1/10.000 meióz) PAR = pseudoautozomální oblast TDF = ,,testis determining factor" naTDF = ,,testis determining factor" na chromozomu Y v blízkosti PAR Výzkum genetické podmíněnosti homosexualityVýzkum genetické podmíněnosti homosexuality VÝZKUM SEXUÁLNÍ ORIENTACE U DVOJČATVÝZKUM SEXUÁLNÍ ORIENTACE U DVOJČAT muži MZ DZ Bratrmuži MZ DZ Bratr Konkordance >50% 24% 13%Konkordance >50% 24% 13% 57% 24% -57% 24% celkem 161 HOS mužů 52% 22% 11%*celkem 161 HOS mužů 52% 22% 11%* * adoptovaný bratr Ženy >50% 16% 13% 50% 13% -50% 13% - Výzkum genetické podmíněnosti homosexuality FAMILIÁLNÍ VÝSKYT SEXUÁLNÍ ORIENTACEFAMILIÁLNÍ VÝSKYT SEXUÁLNÍ ORIENTACE Muži HOS muži mají ve svém příbuzenstvu více HOS mužů než vHOS muži mají ve svém příbuzenstvu více HOS mužů než v jiných rodinách a než je četnost v populaci * asi 25% bratrů HOS mužů bylo také HOS * asi 7 až 10% * 4 krát víceˇ 4 krát více * 13,5% ŽenyŽeny HOS ženy mají signifikantně vyšší podíl HOS sester (ale ne bratrů)bratrů) Výzkum rodin s výskytemVýzkum rodin s výskytem homosexuality mužů Hamer, D.H., et al.Hamer, D.H., et al. Science 261:321-327, 1993 Hamer, D.H., et al.Hamer, D.H., et al. Science 261:321-327, 1993 Oblast na chromozomu XOblast na chromozomu X s předpokládanými geny pro homosexualitupro homosexualitu Homosexuální chování samečků drozofilyHomosexuální chování samečků drozofily Samečci drozofily homozygotní v genu fruitless (fru) Úloha genu fru v determinaci pohlaví u drozofily samice samecsamice samec X:A = 1,0 X:A = 0,5 Sxl SxlSxl Sxl SXLSXL tra tra2 tra tra2 TRA + TRA2 + TRA2 dsx fru dsx fru DSX FRU? DSX FRUDSX FRU? DSX FRU samičí samičí samčí samčí cílové geny ? cílové geny cílové geny samičí pohlavní samčí pohlavní samčí sexuální anatomie anatomie chování