Natur eller näring? Bestämning av heritabiliteten hos human striataldopaminfunktion: en [18F] -DOPA PET-studie (2012)

Neuropsychopharmacology. 2012 okt 24. doi: 10.1038 / npp.2012.207.
 

källa

1] Psychiatric Imaging Group, MRC Clinical Sciences Center, Imperial College London, Hammersmith Hospital, London, UK [2] Center for Neuropsychopharmacology, Division of Brain Sciences, Department of Medicine, Imperial College London, London, UK.

Abstrakt

Striatal dopaminfunktion är viktig för normal personlighet, kognitiva processer och beteende, och avvikelser är kopplade till ett antal neuropsykiatriska störningar. Inga studier har emellertid undersökt det relativa inflytandet av genetisk arv och miljöfaktorer vid bestämning av striatal dopaminfunktion. Med hjälp av [18F] -DOPA positron emission tomography (PET) försökte vi bestämma ärftligheten hos presynaptisk striatal dopaminfunktion genom att jämföra variation i upptagningsvärden hos monozygotiska tvillingar av samma kön till dizygotiska (DZ) tvillingar. Nio tvillingpar av MZ och 10 DZ genomgick högupplöst [18F] -DOPA PET för att bedöma presynaptisk striatal dopaminfunktion. Upptagningsvärden för det totala striatumet och funktionella striatala underavdelningar bestämdes genom en Patlak-analys med användning av en cerebellär referensregion. Arv, delade miljöeffekter och icke-delade individspecifika effekter uppskattades med hjälp av en ROI-analys (Region of Interest) och en bekräftande parametrisk analys. Övergripande uppskattningar av striatal ärv från ROI och parametriska analyser var 0.44 respektive 0.33. Vi fann en åtskillnad mellan striatal ärftlighet i de funktionella underavdelningarna, med de största arvbarhetsuppskattningarna som inträffade i sensorimotor striatum och den största effekten av individspecifika miljöfaktorer i det limbiska striatum. Våra resultat indikerar att variation i övergripande presynaptisk striatal dopaminfunktion bestäms av en kombination av genetiska faktorer och individspecifika miljöfaktorer, där familjära miljöeffekter inte har någon effekt. Dessa fynd understryker vikten av individspecifika miljöfaktorer för striatal dopaminerg funktion, särskilt i det limbiska striatumet, med konsekvenser för att förstå neuropsykiatriska störningar såsom schizofreni och missbruk.

Neuropsychopharmacology förskott online publicering, 24 oktober 2012; doi: 10.1038 / npp.2012.207.

 


Naturen och vårdnivån spreds i hjärnans belöningscenter

PET-scanningstudie har viktiga konsekvenser för framtida forskning kring störningar som schizofreni, missbruk och Parkinsons sjukdom.

Av Eliot Barford

En studie av Imperial College London forskare har gett en aldrig tidigare skådad inblick i rollerna natur och vårdspel i vårt beteende, med viktiga konsekvenser för framtida forskning kring sjukdomar som schizofreni, missbruk och Parkinsons sjukdom.

Dr Paul Stokes av Institutionen för medicin och hans kollegor tillbringade över tre år på att utföra hjärnskanningar på tvillingpar och mätte funktionen hos hjärnkemikalien dopamin. Dopamin har ett rykte som "njutningskemikalie" eftersom det släpps ut i hjärnan i samband med belöning. "När människor tar ett läkemedel eller dricker alkohol beror anledningen till att de får en känsla av njutning eller belöning av dopaminfrisättning", säger Stokes. Denna kemiska belöning styr vårt beteende och hjälper oss att lära oss. "Dopamin är mycket viktigt för normala processer i hjärnan, men också onormala processer."

Dopaminfrisättning i hjärnan varierar bland alla, men mycket höga eller låga mängder är förknippade med psykiska sjukdomar. För mycket dopaminfrisättning förekommer hos personer med schizofreni, medan mycket lite ses hos personer med alkohol och substansanvändning. Ett underskott i dopaminfunktionen menas också att det orsakar det långsamma arbetsminnet hos personer med Parkinsons sjukdom.

Neuroscientists avgör fortfarande om dessa förändringar i dopaminaktivitet är orsaken till psykisk sjukdom eller resultatet av det, men en av de mest pressande mysterierna att lösa är om de är ärvda eller inte. Som vi nu vet att schizofreni kan ärftas, finns det stort intresse för möjligheten att dysfunktionell dopaminaktivitet också kan springa i familjer. Svaret kommer att ha stor inverkan på hur sådana sjukdomar kommer att behandlas i framtiden. "Det är mycket viktigt att förstå hur gener och miljö påverkar dopaminsystemet, säger Stokes.

Striatum liten

Den striatum ligger nära centrum av hjärnan. (Bild: Life Science Databaser (LSDB))

Dopamin gör det mesta av sitt arbete i en del av hjärnan kallad striatum, en rundig klump begravd nästan i mitten av din hjärna. "Den striatum är ett relativt litet område i hjärnan, men mycket viktigt för belöning, känslor och vissa kognitiva funktioner," förklarar Stokes. Stripatumet kommer i tre delar med olika ansvarsområden. Den limbiska striatumen är värd för den känslan av belöning och motivationen den ger. Den associativa striatumen styr arbetsminne och andra tänkande processer, medan sensorimotorisk striatum hjälper till att styra rörelsen. Stokes och hans kollegor betraktade var och en av de tre delarna separat.

Djur ScanDeras innovativa studiedesign involverade en variant av PET-skanningen. PET upptäcker små mängder radioaktivitet i en persons kropp med hög upplösning, vilket ger en serie "skivor" som kan monteras i en 3D-modell. Radioaktiviteten kommer från ett spårämne som injiceras i ämnet. I denna studie använde forskarna F-DOPA, en kemikalie som fungerar som en markör för dopaminfunktion. F-DOPA omvandlas till dopamin i hjärnan överallt där dopamin släpps ut, så PET-skanningar avslöjade var och hur mycket dopaminaktivitet som pågår i tvillingarnas hjärnor.

Titta på tvillingar ger information om arv som ofta inte kan uppnås på något annat sätt. Eftersom identiska tvillingar har exakt samma DNA, har skillnaderna mellan dem ingenting med sina gener. Du kan uppskatta hur mycket av ett drag, som höjd eller intelligens, ärvt genom att ta reda på hur liknande det är i tvillingar. Till exempel är höjden mycket ärftlig - tvillingar brukar vara ungefär lika långa - medan intelligens är ganska ärftlig och tvillingar har ofta olika IQ.

Liksom de flesta tvillingstudier jämförde den här identiska och icke-identiska tvillingar. Icke-identiska tvillingar delar 50 procent av sitt DNA, precis som alla andra bror eller systrar, men är en bättre jämförelse med identiska tvillingar eftersom de också föds samtidigt. Stokes och hans kollegor jämförde dopaminfunktionen i hjärnorna hos tvillingparen och använde statistiska modeller för att uppskatta hur mycket av skillnaden som berodde på deras gener och hur mycket som berodde på miljöeffekter.

De nådde två huvudkonklusioner. För det första har det genetiska arvet och de enskilda upplevelserna som gör var och en av oss unika, ett viktigt inflytande på dopaminfunktionen i striatumet. "Det här är normalt upplevelser som händer lite senare i livet, i ungdom eller tidig vuxen ålder", förklarar Stokes. Däremot har faktorer i familjär miljö, som erfarenheten av att dela ett hem och växa upp tillsammans, liten eller ingen påverkan.

För det andra påverkas det limbiska striatumet - den del som är central för belöning och motivation - mycket mer av dessa upplevelser än de andra delarna. Detta antyder, spännande, att nöjescentret och det beteende det styrs skulpteras mest av livserfarenheter snarare än av våra gener. Detta utmanar tidigare antaganden om att dopaminfunktionen kan vara ärftlig, vilket gör orsakerna till schizofreni och missbruk ännu mer mystiska.

Stokes hoppas att dessa resultat kommer att informera framtida forskning med hjälp av sådana hjärnföreställningstekniker. "Vad jag skulle vilja göra är att försöka göra PET mer användbart när det gäller diagnos, behandling och resultatmått." Som konsultpsykiater för ett stort mentalt hälsoteam i West London vill Stokes att hans bildstudier ska återinföras i sin kliniska vård. Genom att rekrytera patienter från hans klinik till sina studier vill han att de ska vara de första som drar nytta av framstegen inom vetenskaplig diagnos och terapi till följd av hans forskning.

Denna forskning stöddes av ett bidrag från Medical Research Council och är publiceras i tidningen Neuropsychopharmacology.

Hänvisning

PRA Stokes et al. "Natur eller näring? Bestämning av heritabiliteten för human striataldopaminfunktion: an [18F]-DOPA PET-studie ” Neuropsychopharmacology förhandspublicering 24 oktober 2012; doi: 10.1038 / npp.2012.207