Temperamentum, kognitív teljesítmény és hipnábilitás pszichogenetikai asszociációvizsgálatai

Temperamentum, kognitív teljesítmény és hipnábilitás pszichogenetikai asszociációvizsgálatai Habilitációs dolgozat Veres-Székely Anna, Ph.D. 2010

TARTALOMJEGYZÉK BEVEZETÉS... 4 Ábrajegyzék... 6 Táblázatok jegyzéke... 6 Rövidítésjegyzék... 7 1 AZ ASSZOCIÁCIÓ VIZSGÁLATOK LOGIKÁJA... 9 1.1.1 Eset-kontroll vizsgálatok... 10 1.1.2 Dimenzionális vizsgálatok... 11 1.2 Kandidáns gének... 13 1.2.1 Kandidáns gének kiválasztása funkciójuk alapján... 14 1.2.2 Kandidáns gének kiválasztása kromoszómális pozíciójuk alapján... 14 1.2.3 Genetikai polimorfizmusok... 16 1.3 A dopamin rendszer kandidáns génjei... 18 1.3.1 A D4-es dopamin receptor (DRD4)... 18 1.3.2 A dopamin jel terminálása: a dopamin transzporter (DAT 1)... 24 1.3.3 A dopamin bontó enzime: COMT... 26 1.4 A szerotonin rendszer kandidáns génjei... 28 1.4.1 A szerotonin transzporter... 28 1.5 Hogyan lesz a szájhámsejtből genetikai adat?... 32 1.5.1 Etikai engedély... 33 1.5.2 Fájdalommentes szájnyálkahártya mintavétel és a DNS biobank létrehozása... 33 1.5.3 A genetikai vizsgálatok alapelve, és a genotipizálás lépései... 34 1.6 A genotípus-fenotípus adatbázis... 41 1.6.1 A genetikai adatok validálása... 42 1.6.2 Összevont genotípus kategóriák... 43 1.7 Módszertani buktatók miért fontos a jó endofenotípus?!... 44 2 A TEMPERAMENTUM DIMENZIÓK GENETIKAI HÁTTERÉNEK VIZSGÁLATA... 47 2.1 Cloninger pszicho-biológiai modellje és személyisékérdőíve... 48 2.2 A kaland gén vizsgálatainak ellentmondó eredményei...49 2.3 A vizsgált minta jellemzése és módszertani aspektusok... 51 2.3.1 Genotípus és fenotípus adatok megbízhatósága... 51 2.3.2 Nemi hatások és a korfüggés tesztelése... 53 2.4 A DRD4 exon III VNTR 7-es allélt hordozó férfiak kitartása alacsonyabb... 54 2.5 Gén-gén interakció két TCI temperamentum dimenzióban... 57 2.6 Az eredmények megbeszélése következtetések... 60 3 KOGNITÍV ENDOFENOTÍPUSOK PSZICHOGENETIKAI VIZSGÁLATA... 62 3.1 A figyelem és figyelemzavar kandidáns génjei... 63 3.2 A figyelmi rendszer összetevői és mérésük: Attention Network Test (ANT)... 65 3.3 Egészséges személyek figyelmi funkcióinak asszociáció vizsgálata... 67 3.4 A kutatás előzményei: igény egy objektív kitartás endofenotípus kidolgozására... 69 3.5 A kutatás résztvevői, genetikai validálás és egy új kognitív endofenotípus... 70 3.5.1 Az elemzett dopaminerg génváltozatok validálása... 70 3.5.2 A résztvevők egyéni kognitív teljesítményét mérő feladatok... 72 3.5.3 A fenotípusos adatok jellemzése és a feladat-független reakcióidő endofenotípus... 73 3.5.4 Kor és nem, mint a kognitív teljesítményt befolyásoló tényezők... 74 3.6 A dopaminerg polimorfizmusok és a válaszidő asszociáció elemzései... 75 3.6.1 A DRD4 7-es allélt hordozók átlagos válaszideje minden feladatban lassabb... 75 3.6.2 A standardizált válaszidő és a dopaminerg génváltozatok összefüggései... 77 3.7 Nemi különbségek a DRD4 VNTR válaszidőre gyakorolt hatásában... 79 3.8 További elemzési szempontok: fáradás, a feladat hossza, típusa és nehézsége... 80 3.9 Az eredmények megbeszélése következtetések... 82 4 A HIPNÓZIS IRÁNTI FOGÉKONYSÁG KANDIDÁNS GÉNJE... 86 4.1 Hipnábilitás, kitartás és figyelmi képességek... 87 4.2 A hipnózisban lezajló tudati változások és a szkizofrénia... 88 2

4.3 Az egyéni hipnózisban mért fogékonyság optimális genotípusa: COMT Val/Met... 90 4.4 Célkitűzés, módszerek és a résztvevők jellemzése... 91 4.4.1 A tesztelt kandidáns polimorfizmusok és a genetikai adatok megbízhatósága... 92 4.4.2 Új hipnábilitás endofenotípus: a Waterloo-Stanford Szuszceptibilitási Csoportskála... 93 4.4.3 Csoporthipnózisban mért fogékonyság és dopaminerg génváltozatok asszociáció elemzése... 95 4.4.4 A WSGC hipnábilitás mutató temperamentum és kognitív összetevőinek feltárása... 99 4.4.5 A hipnózis iránti fogékonyság összetevőinek statisztikai modellezése... 104 4.5 Az eredmények összefoglalása, megbeszélés következtetések... 105 5 KITEKINTÉS... 109 Köszönetnyilvánítás... 111 HIVATKOZÁSOK... 112 MELLÉKLET... 128 3

BEVEZETÉS Napjainkban genetikusok és "fenomikusok" (orvosok, pszichiáterek, pszichológusok) kutatják, hogy pontosan mit is kódol "az élet könyve", a humán genom. A PhD megszerzése után lehetőségem adódott arra, hogy bekapcsolódjak egy kiterjedt nemzetközi kutatócsoport munkájába ezen az izgalmas, interdiszciplináris területen. Pszichogenetikai vizsgálataink során öröklött emberi jellemzők hátterében igyekszünk önálló génhatásokat azonosítani. Ezeket a tulajdonságokat jellemzően sokféle génváltozat alakítja egymással és környezeti tényezőkkel interakcióban. Egyetlen génvariáns hatása általában igen kicsi, ezért az elemzéshez több száz személy genetikai és fenotípusos adatát ideális felhasználni. Kutatásaink során a résztvevőktől fájdalommentes módszerrel DNS mintát veszünk, mely a Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézetének Molekuláris Genetikai Laboratóriumában kerül genetikai tesztelésre. A vizsgálandó fenotípusos jellemzők egyéni különbségeit kérdőíves és viselkedés tesztek alapján mérjük. Míg tíz évvel ezelőtt a genetikai adatok meghatározása volt a bonyolultabb feladat, ma a chiptechnológia alkalmazásával több száz személy számos génváltozata határozható meg néhány óra alatt. A pszichológiai tesztelés azonban továbbra is hosszadalmas, így a mai pszichogenetikai kutatások időigénye a fenomikusok irányába tolódott el. Az interdiszciplináris kutatás során nyert pszichológiai és genetikai paraméterek együttes kiértékelése statisztikai asszociáció vizsgálattal történik. Az elemzés célja olyan génvariánsok meghatározása, melyek kimutathatóan hozzájárulnak a mért fenotípusos jellemző populációs szintű variabilitásához. Az eredmények elsősorban elméleti jelentőségűek, és populációs szinten érvényesülnek, azaz egyedileg nem értékelhetők. Habilitációs dolgozatomban a temperamentummal, a kognitív teljesítménnyel és a hipnábilitással kapcsolatos pszichogenetikai asszociáció vizsgálataink eredményeit foglalom össze. Az első fejezetben a pszichogenetikai kutatások logikáját, módszereit és buktatóit vázolom fel, illetve röviden bemutatom a vizsgált kandidáns géneket. A következő fejezetben a temperamentum egyéni különbségeit alakító génváltozatokkal kapcsolatos kutatási eredményeket prezentálom. A harmadik fejezetben a kognitív teljesítménnyel összefüggő génváltozatokat elemzem egy több mint kétszáz fős minta adatai alapján. Eredményeink szerint egy dopaminerg génvariáns kismértékben, de konzekvensen lassítja a válaszidőt több, különböző feladatban. Úgy tűnik, hogy ebben a munkában sikerült egy olyan örökletes tényezőt azonosítanunk, mely kimutatható hatással van az információ feldolgozás 4

sebességére. A dolgozat negyedik fejezete egy igen érdekes jellemző, a hipnózis iránti fogékonyság örökletes elemeinek kutatásáról szól. Korábbi, szakirodalmi vizsgálatok eredményeivel összhangban igazoltuk egy fontos genetikai tényező hatását. Ugyanakkor, a két vizsgálatban eltér az a génváltozat, mely a mély hipnózis eléréséhez optimális. Elméletünk szerint ez arra vezethető vissza, hogy a szakirodalomban leírt és az általunk alkalmazott hipnózis helyzet eltérő volt. Valószínű, hogy egyéni hipnózis helyzetben az optimális agyi történések mások, mint amikor a személy talán feszültebb hangulatban csoportos helyzetben reagál a hipnotizőr szuggesztióira. Ezek az eredmények felhívják a figyelmet arra, hogy a környezeti tényezők jelentősen módosíthatják a gének hatásait. A szakirodalom néhány, nagysikerű, gén-környezet interakciót leíró közleményében olyan genetikai hatásokra mutattak rá, melyek csak bizonyos környezeti helyzetben realizálódnak. Például egy adott génvariáns csak akkor válik a depresszió, vagy az öngyilkosság rizikófaktorává, ha a személy stresszes életeseményeket él át. Ilyen hatások kimutatásához azonban igen nagy (ezres nagyságrendű) mintára van szükség ahhoz, hogy az eredmények megfelelő statisztikai szignifikanciát érjenek el. Fontos alapelv, hogy az asszociáció vizsgálatok eredményei alapján kimutatott génvariánsok nem determinálnak egyértelműen egy adott viselkedést. Például a fenti tanulmányokban biztosan volt olyan személy is, aki hordozta a depresszióra hajlamosító génvariánst, stresszel teli élete volt, ám mégsem fordult meg a fejében soha az öngyilkosság gondolata. A komplex öröklődésű, azaz több gén és a környezet által alakított jellegek vizsgálatánál rizikó tényezőkről vagy hajlamosító faktorokról szokás beszélni. Egyetlen személy esetében ezeknek a faktoroknak a hatása nem egyértelmű, ezért komplex öröklődésű jellegek esetében életvezetési tanácsok vagy diagnózis csupán génvizsgálatok alapján nem adható. Ugyanakkor az olyan tulajdonságok öröklött hátterének feltárása, mint a temperamentum, a kognitív teljesítmény vagy a hipnábilitás, fontos elméleti kérdésekre világít rá. Az ember korántsem tiszta lappal születik, ezért érdemes megfejteni genetikai örökségünk titkait. 5

Ábrajegyzék 1. ábra Az eset-kontroll asszociáció vizsgálatok modellje... 11 2. ábra A dimenzionális asszociáció vizsgálatok modellje... 12 3. ábra A kandidáns gének kiválasztása a gén funkciója (1) vagy kromoszómális pozíciója (2) alapján... 13 4. ábra Egy kémiai ingerületátvitel vázlata... 14 5. ábra Új kandidáns gének keresése pozíciójuk alapján... 15 6. ábra A polimorfizmusok csoportosítási lehetőségei... 17 7. ábra A dopamin D4-es receptor (DRD4) gén szerkezete és fontosabb polimorfizmusai... 20 8. ábra A dopamin transzporter (DAT 1) gén szerkezete és hosszúság polimorfizmusa... 25 9. ábra A COMT gén szerkezete és fontosabb polimorfizmusai... 27 10. ábra A szerotonin transzporter gén szerkezete és polimorfizmusai... 29 11. ábra A PCR reakció elve... 35 12. ábra A DRD4 exon III VNTR genotipizálásának elve... 36 13. ábra SNP genotpipzálása PCR RFLP-vel... 37 14. ábra SNP genotipizálása TaqMan rendszerrel... 39 15. ábra Nyitott SNP chip (ABI-BioTrove OpenArray)... 41 16. ábra A DRD4 VNTR kitartás asszociáció férfiakra jellemző... 56 17. ábra DRD4 és 5-HTTPR génváltozatok interakciós hatása a temperamentumra... 59 18. ábra A 7-es allélt hordozók átlagos válaszideje minden feladatban nagyobb... 76 19. ábra A DRD4 7-es allél és válaszidő asszociáció nemi különbségei... 79 20. ábra A 7+ és 7 csoportok átlagos válaszideje a feladatok teljes időtartama alatt... 80 21. ábra DRD4 521 CT SNP és COMT Val/Met génváltozatok interakciós hatása a hipnózis iránti fogékonyságra csoporthelyzetben... 99 22. ábra A kitartás és hipnábilitás kapcsolata nemenként... 101 23. ábra A COMT genotípusok feltételezett működési modellje különböző hipnózis helyzetekben... 106 24. ábra A hipnózis iránti fogékonyság összetevői... 108 Táblázatok jegyzéke 1. táblázat: A genetikai adatbázis felépítése... 41 2. táblázat Genetikai adatok validálása a Hardy-Weinberg egyensúly alapján... 43 3. táblázat: A DRD4 exon III VNTR lehetséges genotípusai... 44 4. táblázat A vizsgált polimorfizmusok genotípus eloszlása... 52 5. táblázat Hasonló genotípus gyakoriságok férfiaknál és nőknél... 53 6. táblázat Nemi különbségek a TCI temperamenum dimenziókban...54 7. táblázat A DRD4 VNTR összefüggése a temperamentum dimenziókkal... 55 8. táblázat DRD4 VNTR temperamentum skála asszociációk férfiaknál... 57 9. táblázat Interakciós génhatások a TCI személyiségdimenziókra... 58 10. táblázat A 48 bp DRD4 VNTR genotípusok Hardy Weinberg egyensúlya... 71 11. táblázat További tesztelt genotípus kategóriák gyakoriság értékei a mintában... 72 12. táblázat Az asszociációelemzésekhez használt kognitív feladatok jellemzői... 73 13. táblázat Dopaminerg polimorfizmusok hatása a standardizált válaszidőre... 78 14. táblázat A vizsgált génváltozatok gyakorisága... 93 15. táblázat Nők és férfiak hipnábilitása hasonló... 94 16. táblázat A WSGC 12 hipnózis indukciójának pszichometriai jellemzése... 95 17. táblázat A hipnábilitás mértéke egyes kandidáns génváltozatok mellett... 96 18. táblázat A hipnábilitás nem mutat lineáris kapcsolatot a temperamentum dimenziókkal... 100 19. táblázat A hipnábilitás nem mutat lineáris kapcsolatot a fókuszált figyelmi teljesítmény mérőszámaival a Pearson-féle kapcsolati mérőszám alapján... 102 20. táblázat A hipnábilitás gyenge pozitív összefüggést mutat a fókuszált figyelmi teljesítmény mérőszámaival a Spearman-féle kapcsolati mérőszám alapján... 102 21. táblázat Alacsony és magas hipnábilitású személyek fókuszált figyelmi teljesítménye... 103 22. táblázat A hipnábilitás temperamentum, kognitív és genetikai összetevői... 104 6

Rövidítésjegyzék 120 bp dup lásd DRD4 120 bp dup 3 a gén alsó végét jelző biokémiai rövidítés 3 UTR 3 untranslated region, magyarul: 3 nem-átíródó génszakasz 5 a gén felső végét jelző biokémiai rövidítés 521 CT lásd DRD4 521 CT 5-HT 5-hidroxitriptofán = szerotonin 5-HTTLPR 5-hydroxytryptophan transporter linked polymorhic region, magyarul: 5-hidroxitriptofán transzporter génhez kapcsolódó polimorf régió (a szerotonin transporter leggyakrabban vizsgált polimorfizmusa) 615 AG lásd DRD4 615 AG 616 CG lásd DRD4 616 CG ADHD Attention Deficit Hyperactivity Disorder, magyarul: figyelemhiányos hiperaktivitási zavar ANOVA ANCOVA ANT APIK ASA bp BP COMT COMT G1947A COMT Val/Met DAT DAT 1 DAT 1 3 UTR VNTR DNS DRD4 DRD4 120 bp dup DRD4 521 CT DRD4 615 AG DRD4 616 CG DRD4 exon III. VNTR DRD4 VNTR DRD4 VNTR 4 DRD4 VNTR 7 DSM IV EPQ analysis of variance, magyarul: variancia analízis analysis of covariance, magyarul: kovariancia analízis Attention Network Test Affektív Pszichológiai Intézeti Központ allél specifikus amplifikáció (egy SNP azonosítási módszer) bázispár (genetikai betű ) Bipolar Disorder, magyarul: bipoláris zavar catechol-o-methyl transferase, magyarul: katekol-o-metiltranszferáz lásd COMT Val/Met a COMT gén polimorfizmusa (SNP), ahol az 1947-es helyen G lehet vagy A, melynek eredményeképp a fehérje egy adott helyén valin (Val) vagy metionin (Met) van dopamin transzporter dopamin transzporter génje (lásd még: SLC6A3) a dopamin transzporter gén (DAT 1) 3 UTR régójában található hosszúság polimorfizmus (VNTR); (lásd még: 3 UTR, VNTR, DAT 1) dezoxiribonukleinsav, a genetikai információ anyaga D4-es dopamin receptor, ill. a gén nevének rövidítése a DRD4 gén promoterében előforduló hosszúság polimorfizmus, ahol egy 120 genetikai betűből álló szakasz csak egyszer fordul elő, vagy duplikálódott a DRD4 gén promoterében előforduló polimorfizmus (SNP), melynél a 521-es pozícióban C vagy T lehet a DRD4 gén promoterében előforduló polimorfizmus (SNP), melynél a 615-es pozícióban A vagy G lehet a DRD4 gén promoterében előforduló polimorfizmus (SNP), melynél a 616-os pozícióban C vagy G lehet a DRD4 gén III. exonjában előforduló hosszúság polimorfizmus (VNTR) lásd DRD4 III. exon VNTR a DRD4 gén III. exonjában 4 ismétlési egységet tartalmazó (leggyakoribb) genetikai variáns a DRD4 gén III. exonjában 7 ismétlési egységet tartalmazó (ritkább) genetikai variáns Diagnostic and Statistical Manual, IV. verzió Eysenck Personality Questionnaire, magyarul: Eysenck-féle személyiség kérdőív 7

ETT TUKEB fmri GWAS HGP Egészségügyi Tudományos Tanács Tudományos és Kutatásetikai Bizottság funkcionális MRI genom wide association study, magyarul: teljes genomra kiterjedő asszociációs vizsgálat Humán genom projekt l allél long (hosszú) allél a szerotonin transporter promoterében található 5-HTTLPR 16 ismétlődést hordozó változata MANOVA MDD Met MRI mrns ms P2RX7 PCR PCR RFLP PET RFLP multivariate analysis of variance, magyarul: többváltozós variancia analízis Major Depresszive Disorder, magyarul: major depresszió metionin egy fehérjealkotó aminósav Magnetic Resonance Imaging, magyarul: mágneses magrezonancia képalkotó eljárás messenger (hírvivő) RNS millisecond, magyarul: ezredmásodperc a P2X purinoceptor 7 receptor (egy ATP függő ioncsatorna típus) génje polymerase chain reaction, magyarul: polimeráz láncreakció a DNS egy részének mesterséges felsokszorosítására szolgáló módszer polymerase chain reaction resctriction fragment lenght polymorphism, magyarul: polimeráz lánc reakció (felhasználásával kapott) restrikciós fragmentumok hosszúság polimorfizmusa egy SNP azonosítási módszer (lásd még: PCR, RFLP) Positron emission tomography, magyarul: pozitronemissziós tomográfia restriction fragment length polymorphism, magyarul: restrikciós fragmentumok hosszúság polimorfizmusa s allél rövid (short) allél a szerotonin transporter promoterében található 5-HTTLPR 14 ismétlődését hordozó változata SERT SHSS SLC6A3 SLC6A4 smri SNP SSRI StIn2 TCI TPQ Val VNTR WSGC serotonin transporter, magyarul: szerotonin transzporter (a fehérje, illetve a fehérjét kódoló gén rövidítése; lásd még SLC6A4) Stanford Hipnotikus Szuszceptibilitási Skála (diádikus hipnózis helyzet, A, B és C formája létezik) solute carrier family 6 (neurotransmitter transporter, dopamine), member 3 a DAT1 gén hivatalos neve solute carrier family 6 (neurotransmitter transporter, serotonin), member 4 a SERT gén hivatalos neve strukturális MRI single nucleotide polymorphism, magyarul egypontos nukleotid polimorfizmus egy genetikai polimorfizmus típus, melyben egy genetikai betű (A,G,C vagy T) legalább kétféle változatban fordul elő selectiv serotonin reuptake inhibitor, magyarul: szelektív szerotonin visszavétel gátló anyag serotonin transporter intron 2, magyarul: a szerotonin transzporter gén 2. intronja az itt található polimorfizmust jelöli Temperament and Character Inventory egy személyiség kérdőív Tridimensional Personality Questionnaire egy személyiség kérdőív valin egy fehérjealkotó aminósav variable number of tandem repeats, magyarul: tandem isméltődések változó számú ismétlődése egy hosszúság polimorfizmus típus Waterloo-Stanford Group Scale of Hypnotic Susceptibility, Form C., magyarul: Waterloo- Stanford Hipnábilitási Csoportskála, C forma 8

1 Az asszociáció vizsgálatok logikája A pszichológiai jellegeket és a pszichiátriai rendellenességeket kialakító biológiai folyamatok létezése ma már egyértelműen elfogadott, ezen belül az öröklött (genetikai) komponensek szerepe is alátámasztott (R. Plomin, 2001). Az, hogy egy humán jellemző vagy betegség öröklődik-e, többféleképpen is vizsgálható. Az egyetlen gén hibájából adódó, azaz monogénes betegségek felismerése egyszerű, mivel a betegség öröklődése Mendel törvényeit követi. A mutáns gén előfordulhat homozigóta és heterozigóta formában, a homozigóta mutáns értelemszerűen beteg lesz. A heterozigóta akkor lesz beteg, ha a jelleg domináns öröklődésű. Ha a mutáció recesszív, akkor a heterozigóta csupán hordozza a betegségre való hajlamot. Például ha valaki a recesszív fenilketonúria mutáns allélját heterozigóta formában örökli, ő maga nem lesz beteg, de a betegséget okozó allélt a mendeli törvényeknek megfelelően örökíti tovább. Mára már a Humán genom projekt (HGP) eredményei alapján a mindössze pár tízezer gén pontos kromoszómális helyzete ismert, így a monogénes betegségeket okozó mutáns változatok azonosítása viszonylag könnyű feladat (Hamosh, 1995). A monogénes öröklődésű betegségek azonban ritkák, mivel a mutáns génváltozat fenotípusos hatása jelentős (gyakran halálos betegséget kódol), így a betegséget okozó allél legtöbbször nem terjed el a populációban. Ezzel szemben a gyakori betegségeket okozó génvariánsok csak úgy terjedhettek el a populációban, ha egyenként kicsi a hatásuk. A Common Disease Common Variant ( Népbetegségek Gyakori változatok ) teória alapján a népbetegségek genetikai háttere szükségképpen komplex, azaz sok gén (poligénes öröklődés) és a környezet hatására együttesen alakul ki a fenotípus (Wright és Hastie, 2001). Egyes daganatos betegség-típusok, a szív és érrendszeri betegségek, illetve számos egyéb betegség hátterében megtalálhatók olyan génvariánsok, melyek fontos rizikófaktorok a betegség kialakulásának szempontjából, azonban hatásuk a monogénes betegségektől eltérően nem minden vagy semmi jellegű. Ez még inkább igaz az emberi pszichikum természetesnek (egészségesnek) tekintett változékonyságára. A pszichogenetikai vizsgálatok tehát olyan, egyenként kishatású génekkel foglalkoznak, melyek összessége a környezethatásokkal együtt alakítja ki az emberi viselkedést. A kishatású gének vizsgálata módszertanilag nem könnyű feladat, mivel a vizsgált genetikai komponens csak nagyon kis eltérést okoz a fenotípusban. A poligénes tulajdonságok/betegségek örökölhetősége családi halmozódás, valamint iker- és adoptációs vizsgálatok alapján mutatható ki (R. Plomin, 2001). Ezek azonban csak általánosságban támasztják alá a vizsgált jelleg/rendellenesség/betegség örökölhetőségét, a 9

hátterében álló gének felderítése ezzel a módszerrel nem lehetséges. Ehhez legtöbbször a kandidáns génvariánsok genetikai asszociáció analízisét használják, melynél elméleti alapon feltételezik, hogy egy adott gén egy vizsgált fenotípusos kialakításában részt vesz, majd ezt vizsgálati úton igazolják. A bizonyítás során molekuláris genetikai módszerekkel mérik egy nagy, genetikailag független egyedekből álló mintában a kandidáns génvariánsokat, valamint a vizsgált fenotípusos jellemzőt. A génváltozat és a fenotípusos jelleg együttes előfordulását a nagyszámú minta adatai alapján statisztikai módszerekkel elemzik (Taylor, Choi, Foster, és Chanock, 2001). Ha a statisztikai elemzés szignifikáns összefüggést mutat, az valószínűsíti, hogy a kiválasztott génváltozat részt vesz a vizsgált betegség vagy jelleg átörökítésében. Azonban a szignifikáns asszociáció csupán azt jelzi, hogy ez a génváltozat összefügg a fenotípusos jellemzővel, mely nem jelent ok-okozati összefüggést. A génvariáns valószínűleg nem közvetlenül, hanem több lépcsőn keresztül hat, a háttérben lévő biológiai mechanizmusokat további vizsgálatokkal kell kideríteni (lásd például (Rebbeck, Spitz, és Wu, 2004). Mivel az asszociáció vizsgálatok során egy adott populáció egyedeit vizsgáljuk, az eredmények is erre a populációra érvényesek. A poligénes öröklődésű jellemzőket kialakító variánsok egyedi hatásaival kapcsolatban csupán durva becslésekre van mód, például megadhatjuk, hogy az adott génváltozat mellett mennyire nő meg egy betegség esetleges bekövetkezésének rizikója. Ez az érték a legtöbb kandidáns gén esetében igen alacsony, például a relatív rizikó (értelmezését lásd az 1.1.1 alfejezetben) egyetlen genetikai variánsra az ezt a változatot nem hordozó testvérhez képes 1,1 1,3 (Wright és Hastie, 2001). Mindezek alapján az asszociáció vizsgálatokban azonosított genetikai információ egyénre lebontva jelenleg nem informatív a hatékony genetikai szaktanácsadáshoz elsőként a poligénes öröklődésű jellemző többi ismert komponensét is azonosítani kellene. Felmerülhet, hogy akkor mi a haszna ezeknek a vizsgálatoknak? A kandidáns gének asszociáció vizsgálata a poligénes rendszerek megismerésének első lépése, ami hozzásegíthet a vizsgált viselkedés hátterében álló biológiai mechanizmusok feltárásához. Az alábbiakban bemutatom az asszociáció vizsgálatok leggyakoribb kísérlet elrendezéseit. 1.1.1 Eset-kontroll vizsgálatok A poligénes öröklődésű népbetegségek genetikai asszociáció vizsgálatában az alapvető mintavételi elrendezés két populációból áll. Az egyik csoport a klinikai (beteg) minta, a másik kontroll (egészséges) személyekből áll (lásd 1. ábra). A fenotípus ebben az esetben egy diagnosztikus kategória (betegség) megléte vagy hiánya. A genetikai vizsgálat célja, hogy 10

megtudjuk, vajon gyakrabban fordul-e elő a feltételezett rizikó allél a beteg csoportban a kontrollhoz képest. Klinikai minta Kontroll minta Allél gyakoriság értékek Rizikó allél Védő allél Klinikai minta Kontroll minta a b c d Relatív rizikó = a/b Kockázati arány = a/b x d/c 1. ábra Az eset-kontroll asszociáció vizsgálatok modellje Az ábrán a nagy körök a vizsgált mintákat jelzik, a benne található kis körök a személyek, akik vagy hordozzák a rizikó allélt (pirossal jelölve), vagy nem (üres kis körök). A rizikó allélt hordozók lehetnek homozigóták (pirossal kitöltött kör) vagy heterozigóták (félig piros kör). A rizikó allél párját védő allélnek is nevezhetjük. A statisztikai analízis során a két minta allél (vagy genotípus) gyakoriság értékekeit hasonlítjuk össze 2 próbával. Szignifikáns különbség esetén megadható a relatív rizikó (relative risk) és a kockázati arány (odds ratio) értéke. A relatív rizikó azt mutatja meg, hogy mennyivel többször fordul elő a betegség a rizikó alléllel rendelkezők között, mint a kontroll populációban. A kockázati arány arról ad információt, hogy mennyire különbözik az allélok eloszlása az eset és a kontrol csoportok között. Mindkét paraméter esetében az érték 1,0, ha a vizsgált allél (vagy genotípus) eloszlása egyenletes a populációk között, azaz az adott allél (vagy genotípus) valójában nem tekinthető rizikófaktornak. Minél nagyobb a relatív rizikó ill. a kockázati arány értéke, annál nagyobb a vizsgált genetikai faktor hatása. 1.1.2 Dimenzionális vizsgálatok A genetikai asszociáció vizsgálatok másik mintavételi elrendezésében egyetlen populációt vizsgálunk. A vizsgálati személyeket egy kvantitatív klinikai vagy pszichológiai paraméter mentén jellemzik, így minden személyhez tartozik egy skálaérték. A statisztikai elemzéshez a mintát a személyek genotípusa alapján osztjuk fel csoportokra: pl. hordozzák, vagy nem hordozzák a vizsgált rizikó allélt (2. ábra). A kérdés az, hogy az egyes genotípus csoportba tartozó személyek klinikai/pszichológiai paramétereinek átlagértékei mutatnak-e statisztikailag szignifikáns eltérést egymástól. A jelen dolgozat eredményeinek túlnyomó többségénél ezt az elrendezést használom. 11

Újdonságkeresés 24 16 8 7-es allélt hordozók 7-es allélt nem hordozók 2. ábra A dimenzionális asszociáció vizsgálatok modellje Az ábrán a nagy körök a vizsgált mintákat jelzik, a kis körök a személyek, akik kétféle allélt hordozhatnak, az egyik piros félkörrel, a másik fehér félkörrel van jelölve (egy személynek 2 allélja van). A vizsgált mintát a genetikai eredmények birtokában osztják szét csoportokra, a személyek genotípusa alapján. Az így létrejött csoportok kvantitatív paramétereinek átlagértékeit hasonlítják össze. Az ábra egy illusztráció, melyben a DRD4 gén 7-es allélját hordozók és nem hordozók csoportjai eltérést mutatnak az Újdonságkeresés temperamentum dimenzió értékeiben. Ebstein és munkatársainak (Ebstein, és mtsai., 1996) sokszorosan referált cikke a klasszikus példája a 2. ábra bemutatott elrendezésnek. Ebstein munkacsoportja egy egészséges populációban vett fel személyiség kérdőívet, valamint meghatározta a vizsgált személyek DRD4 VNTR genotípusát. Eredményei azt mutatták, hogy a dopamin D4-es receptor hosszabb (7-es) allélját hordozók csoportja szignifikánsan magasabb átlagértékkel jellemezte önmagát az újdonságkeresés temperamentum dimenzióban. Ez volt az első olyan vizsgálat, melyben egy pszichológiai paraméterhez egy genetika variációt sikerült kapcsolni. Ugyanebben az évben még két ilyen jellegű vizsgálat jelent meg, melyekben hasonló eredményeket kaptak: Benjamin és munkatársai (1996) megismételték Ebstein munkacsoportjának eredményeit egy független minta alapján, illetve Lesch és munkatársai (1996) kimutatták a szerotonin transzporter 5-HTTLPR polimorfizmusa és a szorongással kapcsolatos személyiségdimenziók összefüggését. 12

1.2 Kandidáns gének A genetikai asszociáció vizsgálatokban a fenotípust a molekuláris hatásmechanizmusban résztvevő, azaz elméleti úton kiválasztott génekkel (ezeket kandidáns géneknek nevezik) próbálják összefüggésbe hozni. Fontos, hogy a kiválasztott génnek többféle allélja forduljon elő a vizsgált populációban, azaz polimorf legyen. A polimorfizmus ténye azonban önmagában nem elegendő, szükséges az is, hogy funkcionális eltérés legyen a génváltozatok között, azaz más legyen a kódolt fehérje mennyisége vagy minősége. Ha az asszociáció vizsgálat eredménye szignifikáns, feltételezhetjük, hogy a kandidáns gén alléljai közül valamelyik a vizsgált fenotípus kialakításában közrejátszik, azaz genetikai rizikófaktorként azonosítható. De minek alapján választják ki egy vizsgálat kandidáns génjét a sok ezer lehetséges alternatíva közül? A kiválasztás jellemzően (1) a gén funkciója vagy (2) kromoszómális pozíciója alapján történik (3. ábra). A pszichogenetikai asszociáció vizsgálatok kandidáns génjeit egészen a közelmúltig szinte kizárólag funkciójuk alapján választották ki. Jelen dolgozatban is nagyobbrészt ilyen vizsgálatokat mutatok be. A molekuláris genetika rohamos módszertani fejlődésével azonban egyre jobban teret hódítanak az olyan asszociáció vizsgálatok is, amelyekben az egész genomot egyszerre vizsgálják (Genom Wide Association Study, GWAS). Az ilyen vizsgálatok eredményeként olyan, ún. kandidáns kromoszómális régiókat határoznak meg, amely egy adott betegséggel vagy jelleggel összefüggést mutatnak. Ezekben a régiókban valószínűsíthetők olyan gének, melyek kromoszómális pozíciójuk alapján összefügghetnek a vizsgált fenotípussal. Ismert agyi funkciók komponensei (1) Kandidáns gének Teljes genomra kiterjedő asszociáció vizsgálatok (GWAS) Kandidáns kromoszómális régiók (2) A kandidáns régióban található gének kiválasztása pozíciójuk alapján 3. ábra A kandidáns gének kiválasztása a gén funkciója (1) vagy kromoszómális pozíciója (2) alapján 13

1.2.1 Kandidáns gének kiválasztása funkciójuk alapján Funkcionális alapon tipikusan olyan kandidáns géneket választunk ki az asszociáció elemzésekhez, melyekről tudjuk, hogy az általuk kódolt fehérjék az idegi folyamatokban kulcsfontosságúak. Ilyenek például a neurotranszmisszióban szerepet játszó fehérjék (4. ábra) génjei. preszinaptikus neuron visszaszívás (transzporter) szintézis receptorok szinaptikus rés posztszinaptikus neuron 4. ábra Egy kémiai ingerületátvitel vázlata A kémiai ingerületátvitel főszereplője maga a neurotranszmitter, mint például a dopamin vagy a szerotonin. Ugyan a dopamin és a szerotonin nem fehérje, azonban szintézisükhöz és lebontásukhoz fehérjékre van szükség. A posztszinaptikus neuronok receptorai is fehérjék, melyek génjei gyakran szerepelnek kandidáns génként a pszichogenetikában, ilyen például a dopamin D4-es receptor. Kiemelkedő jelentőségű még a transzporter fehérje, mely a neurotranszmittert a szinaptikus résből a preszinaptikus neuronba visszaszívja. A dopamin transzporter például nemcsak fontos kandidáns gén a pszichogenetikában, de a pszichiátriai betegségek gyógyszereinek egyik célpontja is. 1.2.2 Kandidáns gének kiválasztása kromoszómális pozíciójuk alapján A GWAS során a genom teljes területén szétszórt több százezer marker és egy adott tulajdonság/betegség előfordulása között végeznek asszociáció analízist (5. ábra A része). A markerek olyan polimorfizmusok, melyek kromoszómális pozíciója jól ismert, funkciójuk azonban érdektelen. A GWAS eredményeképp megkapják azokat a markereket, melyek (a többszörös tesztelésre való korrekció után) szignifikáns asszociációt mutatnak a vizsgált fenotípussal. Az asszociáló markerek pozíciója határozza meg a kandidáns kromoszómális 14

régió(ka)t. A következő lépés a kandidáns kromoszómális régió részletes elemzése, melynek célja egy új kandidáns gén azonosítása. Az asszociáció elemzés az előbbiekhez hasonlóan történik, azzal a különbséggel, hogy itt valamennyi marker a kandidáns kromoszómális régióba esik (5. ábra B része). A: Teljes genom asszociáció vizsgálata (GWAS) B: A kandidáns kromoszómális régió génjeinek vizsgálata 5. ábra Új kandidáns gének keresése pozíciójuk alapján A. Valamennyi emberi kromoszómán (1-22; X; Y és mitokondriális DNS: MT) nagyjából egyenletesen eloszlásban választanak ki marker polimorfizmusokat (vízszintes vonalakkal jelölve; az egyszerűség kedvéért az ábrán kromoszómánként csak néhány marker pozícióját jelöltem, de a valóságban sok ezer markert használnak). A vizsgált fenotípussal legjobban asszociáló marker(ek) pozíciója jelöli ki a kandidáns kromoszómális régiót, mely itt a pirossal jelölt marker. B. A 12. kromoszóma modellképén a 12q24.2 és a 12q24.3 közti szürke csík jelöli az A részben leírt módszerekkel kapott kandidáns kromoszómális régiót. Ez a régió az ábra jobb oldali részén ki van nagyítva, az itt található gének listázva vannak (kék nagybetűs rövidítések). A finom analízis során a kandidáns kromoszómális régióban választanak ki több száz marker polimorfizmust (az ábrán néhány vízszintes vonallal van jelölve). A vizsgált fenotípussal legjobban asszociáló marker(ek) jelölik ki az új kandidáns gént, mely ebben a példában a P2RX7. Az ábra a HGP szabadon felhasználható web oldalai alapján készült: (http://www.ncbi.nlm.nih.gov homo sapiens (build 36.3), search: P2X7R) A kiválasztott fenotípussal asszociáló markerek kijelölik az új kandidáns gént. Tehát a kandidáns gén kiválasztása ebben az esetben kromoszómális pozíciója alapján történik. 15

Meg kell azonban jegyezni, hogy a GWAS vizsgálatok igen költségesek, így általában nemzetközi összefogással jöhetnek csak létre. Másrészt a GWAS vizsgálatokban a sokszoros tesztelés (több ezer markert vizsgálnak) statisztikai jellegű problémája miatt nagyon fontosak az új kandidáns gének szerepét megerősítő, független (mások kutatócsoportok által, más populáción elvégzett) vizsgálatok. 1.2.3 Genetikai polimorfizmusok A 2003-ban befejezett Humán genom projekt óriási lendületet adott a genetikai-genomikai kutatásoknak. A HGP alapvető célkitűzése az ember 22 + X + Y (és a mitokondrium) kromoszómáiban található, összesen 3 x 10 9 genetikai betűsorrendjének megismerése, azaz a humán haploid genom megismerése volt (Lander, és mtsai., 2001, Venter, és mtsai., 2001). Ezt a nemzetközi összefogással megszerzett tudásanyagot teljesen szabadon hozzáférhető formában tették közzé a világhálón (NCBI, 2009 a homo spaiens DNS szekvenciájának legutolsó verziója jelenleg a Build 37.1 adatbázis). A közelmúltban ez a tudásanyag tovább bővült az első két diploid genom adataival. A DNS szerkezetének megismeréséért Nobel díjjal kitüntetett James Watson (Wheeler, és mtsai., 2008), és az alternatív HGP vezetője, Craig Venter (S. Levy, és mtsai., 2007) voltak azok a személyek, akiknek egyedi genom információját elsőként fejtették meg. Még ebben az évben megszületett egy ázsiai (J. Wang, és mtsai., 2008), és egy afrikai (Bentley, és mtsai., 2008) személy egyedi genom szekvenciája is. Ez a tudásanyag elengedhetetlen forrása minden modern genetikai kutatásnak, így a modern pszichogenetikai kutatásoknak is. Mindezek az eredmények alátámasztották azt a régebben is ismert tényt, hogy az emberek öröklött (genetikai) információjában jelentős egyéni különbségek vannak, melyek hozzájárulnak a populáció variabilitásához, esetenként betegségek kialakulásához vezethetnek, de általánosságban inkább segítik a környezethez való alkalmazkodást (R. Plomin, 2001). A HGP eredeti becslései alapján ezek a különbségek a teljes genom kb. 0,1 %- át teszik ki, amely hozzávetőlegesen 3 millió genetikai betű-eltérést jelent. Az újabb vizsgálatok azonban arra utalnak, hogy az egyedi különbségek legalább ötször nagyobbak, mint ahogy azt eredetileg becsülték (Lander, és mtsai., 2001, Venter, és mtsai., 2001). Mutációnak szokás nevezni azokat a ritka variánsokat, amelyek előfordulási gyakorisága 1% alatt van. A mutációk általában monogénesen öröklődő, súlyos betegségeket okoznak. Ezzel szemben a gyakoribb, ám kisebb hatású genetikai változatokat polimorfizmusoknak nevezik (Taylor, Choi, Foster, és Chanock, 2001). Jelen dolgozatban kizárólag polimorfizmusokkal kapcsolatos kutatásokról lesz szó. 16

A fenotípusos hatás szempontjából a polimorfizmusok lehetnek semlegesek, ilyenek például a DNS ujjlenyomathoz használt variációk (lásd 6. ábra). A polimorfizmusok egy részéről azonban feltételezik, és gyakran kísérleti úton bizonyították is, hogy funkcionális hatásúak, azaz hatásuk molekuláris szinten kimutatható (funkcionális polimorfizmusok). A polimorfizmusok lokalizációja szempontjából beszélünk a fehérjéket kódoló gének exonjaiban (kódoló régió) elhelyezkedő variációkról. Ezek gyakran (de nem minden esetben) megváltoztatják a génről képződő fehérje szerkezetét. Ha a genetikai variánsok nem a kódoló szakaszokban vannak, akkor gyakran semleges hatású a polimorfizmus. De az is lehet, hogy egy genetikai variáció a gének kifejeződését szabályozó DNS területeken (pl. promoter) található, és hatással van a génről képződő fehérje (pl. receptor) mennyiségére. Fenotípusos hatás Funkcionális polimorfizmus (Kimutatott fenotípusos hatás van) Semleges polimorfizmus (Nincs kimutatható fenotípusos hatás) Pozíció Kódoló régióban (exonban) Nem-kódoló régióban (Megváltozhat a képződő fehérje minősége) (Megváltozhat a képződő fehérje mennyisége) Technikai felosztás Betűcsere (SNP) Hosszúság polimorfizmus (VNTR) G C AG A T A C C C G T A A T G G G C A AT A C C C G T T A T G G Apai kromoszóma Anyai kromoszóma 4-szeres ismétlődés 7-szeres ismétlődés Genotípus: GA Genotípus: 4,7 6. ábra A polimorfizmusok csoportosítási lehetőségei Formai szempontból a polimorfizmusoknak két fő típusát különböztetjük meg (Sasvári- Székely, Székely, Nemoda, és Rónai, 2003): a polimorfizmusok egyik csoportjában a genetikai információsorozat egy adott helyén egyetlen betű (bázis) változik meg, ez az ún. SNP (single nucleotide polymorphism). Másrészt gyakran előfordul, hogy egyes genetikai 17

információrészletek egymás után többször ismétlődnek ( tandem repeat ). Az is előfordul, hogy az egymást követő ismétlődések száma eltérő az egyes emberekben, ezt hosszúság polimorfizmusnak VNTR (variable number of tandem repeats) nevezzük (6. ábra). Az itt bemutatásra kerülő eredmények között mindkét típusra találunk majd példákat. 1.3 A dopamin rendszer kandidáns génjei A dopamin az egyik legkiterjedtebben vizsgált neurotranszmitter. Fő termelési területe az agyszövet, de emellett a mellékvesében is képződik. A dopamin termelő sejtek egy része a dopamint továbbalakítja noradrenalinná, illetve adrenalinná, melyek biológiai hatása szintén rendkívül jelentős. Az agyi dopamin rendszer két fő, anatómiailag jól körülhatárolható pályarendszerből áll: a nigrastriatális pályákból, illetve a pszichológiai-pszichiátriai szempontból igen fontos mezokortikális és mezolimbikus pályarendszerekből (Martin, 2003). A mezolimbikus pályarendszer ventrális tegmentális területről kiinduló rostjai a limbikus rendszer elemeihez, a nucleus accumbenshez, az amygdalához, és a hippokampuszhoz, valamint a prefrontális agykéreg mediális részéhez futnak. A mezokortikális pálya rostjai szintén a ventrális tegmentális területről indulnak ki, és a frontális kérgi régiókhoz futnak. Mindkét rendszer kulcsfontosságú a motiváció és az érzelmek kialakításában, illetve az agyi jutalmazó mechanizmusokban. Ezek a pályarendszerek különösen jelentősek az egészséges kognitív működés szempontjából. A nigrastriatális pályarendszer diszfunkciója a Parkison kórral, míg a mezokortikolimbikus pályarendszer sérülései a szkizofrénia és a depresszió tüneteivel függhetnek össze (Martin, 2003). A dopaminerg neurotranszmisszió fő komponensei az idegsejtek dopamin szintetizáló és bontó rendszere, a dopamin kiválasztása a szinaptikus résbe, a posztszinaptikus neuron dopamint érzékelő receptorai, valamint a dopamint a szinaptikus résből visszaszívó dopamin transzporter. A dopaminerg neurotranszmisszió fehérjéit kódoló leggyakoribb kandidáns gének (és a dolgozatban később részletes tárgyalásra kerülő polimorfizmusok) a következők: dopamin receptor gének (pl. a dopamin D4-es receptor polimorfizmusai: 120 bp DUP, DRD4 exon III. VNTR, 521 CT SNP) dopamin transzporter fehérjék (pl. DAT 1 3 UTR VNTR) dopamin bontó fehérjék (pl. COMT Val/Met) 1.3.1 A D4-es dopamin receptor (DRD4) A dopamin receptorok az idegsejtek felszínén található kémiai ingerületátvivők. A dopamin receptor-családhoz tartozó fehérjék szerkezetük és funkciójuk szempontjából nagyon hasonlóak. Génjeik egy közös ősi génből származnak, de már az evolúció korai szakaszában 18

több változat alakult ki. Funkcionális szempontból két fő típust különböztetünk meg: a D1- szerű (D1-es és D5-ös) és a D2-szerű receptorokat (D2-es, D3-as és D4-es). A D1-szerű receptorok növelik, míg a D2-szerűek csökkentik a ciklikus AMP szintjét. Mivel a ciklikus AMP a neurotranszmisszió intracelluláris jelátvivő molekulája, a D1-szerű receptorok aktiváló, míg a D2-szerűek gátló hatást váltanak ki. Az ötféle emberi dopamin receptor mindegyikének számos genetikai variánsa létezik, közülük a D4-es receptor (DRD4) rendelkezik a legtöbb változattal (Missale, Nash, Robinson, Jaber, és Caron, 1998). A DRD4 az agy számos területén kimutatható, bár előfordulása ritkább, mint a D2-es dopamin receptoré. Érdekes módon a legtöbb DRD4 a retinában található, de jelen van a prefrontális kéregben, az amygdalában, a hipotalamuszban, a hipofízisben és a bazális ganglionok területén is. Kisebb mértékben előfordul a hippokampusz egyes sejtjein és az agykéreg számos neuronján. A D4-es dopamin receptor specifikus funkciója ma még kevéssé ismert, bár állatkísérletek alapján feltételezhető, hogy a mozgásszabályozás területén (is) lehet szerepe. Ezt támasztja alá például az a megfigyelés, hogy a DRD4 génkiütött egerek kevesebb spontán lokomotoros aktivitást, felágaskodást mutattak nem génkiütött társaikhoz képest, viszont hiperérzékennyé váltak a kokain, a metamfetamin és az etanol lokomotoros stimuláló hatására (Rubinstein, és mtsai., 1997). A DRD4 gén fontosabb polimorfizmusai (DRD4 exon III. VNTR, 521 CT SNP, 120 bp DUP) A DRD4 gén a 11-es kromoszóma rövid karján (11p15.5) helyezkedik el, és igen variábilis: eddig több mint 90 SNP-t és számos hosszúság polimorfizmust írtak le ebben a kromoszómális régióban (Gelernter, Kennedy, van Tol, Civelli, és Kidd, 1992). Ezek közül csupán néhány, a pszichogenetikai szakirodalomban részletesebben vizsgált polimorfizmust mutat be a 7. ábra. A gén elejét a biokémikusok 5 -vel, a végét 3 -vel jelölik, a fehérjére vonatkozó kódszavak leolvasása 5 3 irányban történik. A fehérjét kódoló részt megelőzi, azaz a gén 5 végén található a promoter régió, mely a gén átíródását, azaz a génről képződött receptorok mennyiségét határozza meg, így az itt található polimorfizmusok a receptorok sűrűségére lehetnek hatással. A promoter régiót negatív számokkal számozzák, a pozitív számozás a fehérjét kódoló betűknél kezdődik. A DRD4 promoter régió egyik legjobban ismert hosszúság polimorfizmusa az ún. 120 bp (bázispár) hosszúságú duplikáció, melyről feltételezték, hogy szerepet játszik a génexpresszió szabályozásában (Seaman, Fisher, Chang, és Kidd, 1999). Ezt a feltételezést a Semmelweis 19

Egyetem kollaboráló munkacsoportja kísérletesen is igazolta (Kereszturi, és mtsai., 2007, Ronai, Guttman, Keszler, és Sasvari-Szekely, 2004). A 120 bp szakasz a gén átíródását gátolja, így egy példányban a gátlás mértéke kisebb, míg a duplikált verzió kifejezettebben gátol. A DRD4 gén promoter területén több SNP is található, ezek közül azonban munkacsoportunk csak a 616 CG, a 615 AG és a 521 CT variánsokat vizsgálta. A Dr. Sasvári Mária munkacsoportja által azonosított 615AG polimorfizmus (Ronai, és mtsai., 2004) funkcionális jelentőségét még nem bizonyították, azonban a közeli lokalizáció alapján feltételezhető, hogy a 616CG SNP moduláló szerepét befolyásolhatja. A legszélesebb körben vizsgált promoter polimorfizmus a 521CT SNP, melyről in vitro kísérletekben kimutatták, hogy T allél esetében 40%-kal kevesebb fehérje képződik, mint a C változat mellett (Okuyama, Ishiguro, Toru, és Arinami, 1999). A kódoló régió teljes egészében átírásra kerül, de később az intronok kivágódnak, és csak az exonok fogják meghatározni a kódolt fehérje szerkezetét. A DRD4 génben 4 exon található, melyet római számokkal szokás jelölni. A legtöbbet vizsgált DRD4 polimorfizmus a III. exonban előforduló VNTR. A dopamin D4-es receptor gén (DRD4) promoter régió + kódoló régió I. II. III. IV. 5 3 120 bp dup (2) - 521 CT III. exon 48 bp VNTR (7) - 615 AG - 616 CG 7. ábra A dopamin D4-es receptor (DRD4) gén szerkezete és fontosabb polimorfizmusai A gének felső végét 5 -vel, alsó végét 3 -vel jelölik. A DRD4 gén 5 végén található promoter régió polimorfizmusai közül egy VNTR-t (120 bp dup, zölddel jelölve) és 3 SNP-t ( 616 CG, 615 AG, 521 CT, kékkel jelölve) tüntettem fel. A promoter SNP-k számozása negatív számokkal történik, mely jelzi, hogy az SNP a kódoló régió előtt található. A kódoló régió 4 exonból (fekete dobozok, római számmal számozva) és 3 intronból (fekete dobozok közötti rész) áll. A III. exonban található egy VNTR (III. exon 48 bp VNTR), mely 2-10 ismétlődő egységből állhat (az ábrán hét ismétlődő egység látható, pirossal és narancssárgával jelölve). A III. exonban található VNTR egysége 48 bp, mely minimum 2-szer, maximum 10-szer ismétlődhet (Van Tol, és mtsai., 1992). Így a DRD4 allél elnevezése az ismétlődések számán alapul (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, illetve 10). Egy emberben 2 allél van, melyeket a két szülőtől 20

öröklünk. A DRD4 VNTR genotípusa igen változatos lehet, de mindig a fenti számok kombinációja. Kaukázusi populációban a leggyakoribb allél 4 ismétlődést tartalmaz, így a leggyakoribb genotípus a 4,4. A második leggyakoribb a 7 ismétlődést tartalmazó forma, így a második leggyakoribb genotípus a 4,7. Mivel kettőnél kevesebb ismétlődést tartalmazó genotípust ez idáig nem találtak, feltételezik, hogy két egység feltétlenül szükséges a fehérje funkciójához. Populációs vizsgálatok során kiderült, hogy az allél gyakoriságok igen eltérőek az egyes népcsoportokban. A 4-es allél frekvenciája például 16%-tól 96%-ig változik, míg natív dél-amerikai népcsoportok kivételével minden vizsgált populációban ez az allél a leggyakoribb. Kaukázusi populációban a 7-es allél gyakorisága 20,6%, a 2-es allélé 8,2%, a többi változat meglehetősen ritka (Chang, Kidd, Livak, Pakstis, és Kidd, 1996). Az evolúciós szempontból legfiatalabbnak tartott 7-es allél széleskörű elterjedését pozitív szelekciós mechanizmussal magyarázzák (Ding, és mtsai., 2002). Funkcionális szempontból a 7-es formáról feltételezik, hogy kevésbé hatékony (azaz kevésbé gátol), mint az általánosabban elterjedt, 4 ismétlődést tartalmazó forma (Van Tol, 1998), azonban ezt molekuláris bizonyítékok nem támasztják alá egyértelműen. A legvalószínűbb, hogy a különböző számú ismétlődést tartalmazó D4-es receptorokban a jelátviteli mechanizmusokban szerepet játszó fehérjék kapcsolódási felületének nagysága különböző (Asghari, és mtsai., 1995). Azonban az ismétlődések száma és a kifejtett hatás között nem húzható közvetlen párhuzam (pl. nem a legrövidebb vagy a leghosszabb a legjobb ). A négy ismétlődést tartalmazó változat tűnik a legjobb hatásfokú jelátvivő rendszernek, míg az ennél rövidebb vagy hosszabb változatok szuboptimálisak, azaz kevésbé hatékonyak a dopamin szignál továbbításában (Jovanovic, Guan, és Van Tol, 1999). Bár a III. exon VNTR a DRD4 gén legtöbbet vizsgált polimorfizmusa, az egyes variánsok tényleges funkcionális eltéréseit a eddig nem sikerült egyértelműen tisztázni. A DRD4 gén polimorfizmusainak pszichológiai/pszichiátriai vonatkozásai A D4-es dopamin receptor gén polimorfizmusait elsőként a személyiségjegyek öröklött faktoraival kapcsolatban vizsgálták, a kaland gén -nek is nevezett DRD4 volt az egyik első pszichogenetikai sikertörténet. Az újdonságkeresés temperamentum dimenzió és a DRD4 III. exon VNTR asszociációját 1996-ban két, azonos időben és azonos újságban megjelenő tanulmány mutatta ki. Ebstein és munkatársai (1996) Cloninger háromdimenziós személyiség kérdőívét (TPQ: Tridimensional Personality Questionnaire) alkalmazták, a másik tanulmány a NEO-PI-R személyiség kérdőívet használta (Benjamin, és mtsai., 1996). Mindkét 21

kutatócsoport szignifikánsan magasabb átlagos újdonságkeresés 1 skálaértéket talált egészséges fiatal felnőtteknek abban a csoportjában, amely hordozta a 7 ismétlődést tartalmazó hosszú DRD4 allélt. Pszichiátriai vonatkozású munkákban a DRD4 gén polimorfizmusait olyan kórképekben vizsgálják, ahol a dopamin rendszer zavara feltételezhető. Mivel a klozapin, a szkizofrénia kezelésében széles körben elterjedt gyógyszer, erősen kötődik a D4-es receptorhoz, nagy lendülettel indultak el az asszociációs vizsgálatok a szkizofrénia vonatkozásában, azonban a kutatócsoportok nagy része negatív eredményeket kapott. Affektív zavarok és szenvedélybetegségek körében is végeztek kutatásokat, de megerősített asszociációt itt sem találtak (Oak, Oldenhof, és Van Tol, 2000). Ugyanakkor rendkívül érdekes eredmények születtek a DRD4 gén és a figyelemhiányos hiperaktivitási zavar (Attention Deficit Hyperactivity Disorder ADHD), valamint főképp egy hazai kutatócsoport eredményei alapján a korai dezorganizált kötődés vonatkozásában, melyeket alább részletesen bemutatok. Az ADHD az egyik legelterjedtebb gyermekkori pszichiátriai rendellenesség, mely mint azt a neve is mutatja a kitartó figyelem hiányának és a hiperaktivitás/impulzivitás magas fokának kombinációja (Wender, 2000). A zavar biológiai hátterét leíró dopamin-deficit elmélet (F. Levy, 1991) egyik legfontosabb bizonyítéka az a tény, hogy a gyógyszeres kezelés fő célpontja a dopamin transzporter gátlása, azaz a szinaptikus rés dopamin tartalmának növelése a visszaszívás gátlása révén. Így nem csoda, hogy a legfontosabb kandidáns gének is a dopamin rendszer tagjai közül kerültek ki. Az 1996-os év nemcsak a személyiség vonatkozásában hozott áttörő eredményeket: ekkor írták le először a DRD4 III. exon VNTR és az ADHD közti szignifikáns asszociációt is (LaHoste, és mtsai., 1996). Bár az első asszociáció analízis pozitív eredményét nem minden kutatócsoport replikálta, az összesített eredmények metaanalízise megerősítette, hogy a DRD4 III. exon VNTR 7-es változata az ADHD egyik fontos rizikó faktora (Faraone, és mtsai., 2005), (D. Li, Sham, Owen, és He, 2006). A DRD4 exon III. variációk mellett elindultak a gén promoter régiójában található polimorfizmusok vizsgálatai is. McCracken és munkatársai (2000) kimutatták, hogy a 120 bp duplikáció kétszeres ismétlődésű variánsa kétszer gyakoribb ADHD-s gyermekek körében a kontrollhoz viszonyítva. A vizsgálatot később egy nagyobb mintaszámon megismételve 1 A NEO-PI-R kérdőív nem tartalmaz újdonságkeresés skálát, azonban a szerzők az 5-faktoros kérdőív pontszámai alapján kiszámolták a TCI újdonságkeresésnek megfelelő skálaértéket. 22