Публичные лекции фонда «Династия» на «Элементах» Лауреат Нобелевской премии по физике 2004 года Дэвид Гросс. «Грядущие революции в фундаментальной физике». Академик Владимир Игоревич Арнольд. «Сложность конечных последовательностей нулей и единиц и геометрия конечных функциональных пространств» (лекция опубликована в двух вариантах — популярном и математическом). Дэвид Гросс: «Держу пари, что суперсимметрия будет открыта». Эксклюзивное интервью «Элементам».

Причиной психических заболеваний может быть конфликт между отцовскими и материнскими генами

05.09.2008

Согласно новой гипотезе, причины многих психических заболеваний кроются в своеобразном «перетягивании каната», в которое вовлечены в человеческом организме гены, унаследованные от отца и матери. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

В основе многих психических заболеваний, включая аутизм, паранойю и депрессию, может лежать конфликт между генами, унаследованными от отца и матери. Известно, что самцы млекопитающих «отключают» в своих сперматозоидах многие гены, активная работа которых выгодна матери, но невыгодна эмбриону, тогда как самки отключают в своих яйцеклетках гены с противоположным эффектом. Ряд фактов свидетельствует о том, что смещение баланса активности генов в «отцовскую» сторону может приводить к аутизму, в «материнскую» — к паранойе, депрессии и психозам.

Журнал Nature опубликовал краткое эссе британского социолога Кристофера Бэдкока (Christopher Badcock) и канадского биолога Бернарда Креспи (Bernard Crespi), в котором авторы предприняли смелую попытку дать единое объяснение широкому спектру психических отклонений, включая аутизм, паранойю, депрессию, шизофрению и различные психозы. Давно известно, что эти заболевания имеют в значительной степени наследственную природу, однако закономерности их наследования не всегда укладываются в стандартные генетические модели. Бэдкок и Креспи предположили, что причины этих отклонений кроются не столько в самих генах, которые ребенок получает от отца и матери, сколько в балансе активности (экспрессии) этих генов.

У млекопитающих, включая человека, широко распространен так называемый геномный импринтинг. Суть явления в том, что некоторые гены в половых клетках родителей особым образом «метятся» (например, путем метилирования цитозиновых оснований). «Помеченный» ген у потомства просто-напросто не работает. Некоторые гены отключаются в сперматозоидах, другие в яйцеклетках. В результате часть признаков потомство наследует только от матери (если соответствующие гены отключены в сперматозоидах), часть — только от отца (если ген отключен в яйцеклетке). В половых клетках потомства старые метки могут быть удалены и заменены новыми. В результате у внуков могут проявиться признаки деда или бабки, которые не были выражены у родителей. Импринтинг — это пример так называемой «эпигенетической», или надгенетической, наследственности, то есть наследственных свойств, не связанн! ых с изменением основной структуры генов — последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК.

Предполагается, что геномный импринтинг развился из-за конфликта интересов между полами. У млекопитающих между самкой и ее детенышем во время внутриутробного развития складываются отчасти антагонистические отношения. Говоря упрощенно, эмбрион старается высосать из матери побольше соков, а мать старается сохранить силы и здоровье, чтобы в будущем иметь возможность родить и других детей. Самец в этом конфликте в общем случае — на стороне детеныша. Других детей самка еще неизвестно от кого родит, а этот — свой. Поэтому самцы отключают в своих сперматозоидах те гены, которые защищают мать от чрезмерных притязаний эмбриона, а матери, напротив, отключают в своих яйцеклетках те гены, которые могут эти притязания усилить. Действительно, большинство генов, подвергающихся родительскому импринтингу, так или иначе связаны с внутриутробным развитием, строением плаценты и т. п.

Например, человеческий зародыш получает и от отца, и от матери по одной копии гена IGF2, который кодирует белок, способствующий быстрому росту. В норме отцовская копия этого гена активна, а материнская отключена. В данном случае, как и во многих других, геномный импринтинг работает в точном соответствии с теорией. Мать, отключая в своих яйцеклетках ген IGF2, старается притормозить рост ребенка и тем самым облегчить себе жизнь во время беременности, родов и грудного вскармливания. Отец, снабжая ребенка активной копией гена, напротив, старается ускорить рост эмбриона вопреки «корыстным» интересам матери.

Таким образом, материнские и отцовские гены в организме зародыша играют в игру, напоминающую перетягивание каната. В результате этой игры в ходе эволюции устанавливается некий баланс, который и обеспечивает нормальное развитие эмбриона (например, отключение гена одним из родителей может быть уравновешено усилением активности его работающей копии в результате мутаций и отбора, и т. п.). Нарушение этого баланса чревато неприятными последствиями. Так, если у человеческого зародыша активными оказываются обе копии гена IGF2 (то есть происходит сдвиг баланса активности генов в «отцовскую» сторону), ребенок будет страдать так называемым синдромом Беквита–Видемана (Beckwith–Wiedemann syndrome), для которого характерен резко увеличенный вес ребенка при!  рождении и чрезмерно быстрый рост некоторых органов. Дети, у которых баланс смещен в «материнскую» сторону (отключены обе копии гена IGF2), страдают синдромом Сильвера–Рассела (Silver–Russell syndrome), характерным признаком которого является замедленный рост.

Считается, что несколько сотен из примерно 20000 человеческих генов подвергаются геномному импринтингу, хотя точно это установлено пока лишь для 63 генов. Большинство из них оказывают серьезное влияние на рост и развитие ребенка. Особенно часто подвергаются импринтингу гены, от которых зависит работа плаценты — органа, отвечающего за изъятие эмбрионом ресурсов из материнского организма. Кроме того, импринтингу подвергается ряд генов, связанных с развитием мозга. Это значит, что генетическое «перетягивание каната» в принципе может влиять на поведение, мышление и свойства личности.

Авторы эссе упоминают идеи крупнейшего эволюциониста-теоретика XX века Уильяма Гамильтона (William Donald Hamilton), автора концепции «эгоистичного гена». Эта концепция получила всемирную известность благодаря работам Ричарда Докинза (см.: Р. Докинз. Эгоистичный ген). Именно Гамильтон первым предположил, что важнейшей движущей силой эволюции может быть конфликт между генами, в том числе и между генами одного и того же организма. Гамильтон также допускал, что внутренний генетический конфликт может иметь психологические последствия. Он отмечал, что людей можно подразделить на две группы: «people–people» и «things–people», то есть на людей с мышлением, ориентированным на других людей, и людей с мышлением, ориентированным на вещи. Сам себя он относил ко!  второй группе и полагал, что хотя такой психический склад чреват асоциальностью, именно он позволил ему добиться успеха в науке. По мнению авторов эссе, Гамильтон страдал легкой формой аутизма.

Авторы полагают, что ярко выраженная склонность к «вещевому» мышлению — это не что иное, как аутизм. Аутичные дети в раннем возрасте отличаются замкнутостью на себе и крайним эгоизмом и доставляют очень много хлопот своим воспитателям (в первую очередь, конечно, матери). Это навело авторов на мысль, что некоторые случаи аутизма могут объясняться сдвигом в «отцовскую» сторону баланса активности генов, связанных с развитием мозга. Это предположение в дальнейшем получило фактическое подтверждение. Оказалось, что у людей с синдромом Беквита–Видемана риск развития аутизма резко повышен. Кроме того, для многих аутистов, как выяснилось, характерна повышенная активность гена IGF2. Эти данные показывают, что между аутизмом и геномным импринтингом действительно может существовать какая-то связь.

Если сдвиг баланса активности генов в «отцовскую» сторону ведет к аутизму, то его сдвиг в «материнскую» сторону, по идее, должен давать некий противоположный эффект. Какое же психическое состояние можно считать противоположным аутизму? По мнению, авторов, подлинным «антиподом» аутизма является паранойя, а также ряд других психических отклонений со сходными симптомами. Например, аутисты обычно не замечают или не обращают внимания на то, что за ними кто-то наблюдает; параноики, напротив, болезненно чувствительны к подобным вещам, им часто мерещится, что за ними наблюдают, следят, шпионят. Аутисты не способны к координированным действиям в группе, они не способны понять причины, мотивы и механизмы коллективной деятельности. Параноики, напротив, болезненно сосредоточены на подобных действиях — реальных или воображаемых, для них характерны бредовые идеи конспирологич! еского характера, в любом событии они склонны видеть происки каких-то тайных группировок. В целом для аутистов характерно слабое развитие так называемой «теории разума» (они не могут понять мотивы, мысли и желания других людей), тогда как у параноиков, наоборот, «теория разума» в определенном смысле гипертрофирована. Именно поэтому параноики усматривают разумный замысел, чье-то сознательное вмешательство или сокровенный смысл чуть ли не во всём, что их окружает (этим обусловлены их многочисленные религиозные, магические и мистические иллюзии). Многие другие симптомы аутизма и паранойи, по мнению авторов, тоже представляют собой диаметральные противоположности.

Авторы предполагают, что симптомы аутизма в общем и целом проистекают из недостаточного развития «теории разума» (это состояние они называют «гипоментализмом»), тогда как для паранойи и широкого круга психотических отклонений характерно противоположное состояние — «гиперментализм».

По мнению авторов, небольшие отклонения баланса геномного импринтинга в «материнскую» сторону должны вести не только к замедлению роста детей, что делает их вынашивание и вскармливание более «дешевым», но и к таким изменениям в поведении и мышлении, которые облегчают матери заботу о них. Такие дети должны быть более чуткими, менее требовательными, у них должна быть сильнее развита способность чувствовать психическое состояние близких и тонко реагировать на него. Сильное смещение баланса в «материнскую» сторону приводит к психозу. Напротив, небольшое смещение баланса в «отцовскую» сторону должно менять поведение детей в сторону большей требовательности, эгоизма, сосредоточенности «на вещах». Сильное смещение в «отцовскую» сторону ведет к тяжелому «гипоментализму» и аутизму. Посередине между этими крайностями лежит вожделе! нная «норма».

Исследователи приводят в подтверждение своей гипотезы ряд фактов. Так, генетики обнаружили на 15-й хромосоме человека участок, содержащий несколько генов, подвергающихся импринтингу. Дети, у которых баланс активности этих генов сдвинут в «отцовскую» сторону, страдают синдромом Ангельмана. Такие дети в раннем возрасте отличаются гиперактивностью и постоянно требуют внимания к себе. Среди них очень высок процент аутистов. Дети, у которых баланс сдвинут в «материнскую» сторону, страдают синдромом Прадера–Вилли. Они отличаются сонливостью, исключительным спокойствием и нетребовательн! остью в раннем возрасте; в дальнейшем большинство из них начинает страдать различными психозами и депрессиями.

По мнению авторов, существует два основных фактора, от которых зависит соотношение гипо- и гиперменталистских тенденций в человеческом мышлении. Первый фактор, как мы уже знаем, это активность генов, подвергающихся родительскому импринтингу. Второй фактор — пол. Для мужчин в целом более характерен гипоментализм и «ориентированность на вещи», для женщин — гиперментализм и «ориентированность на людей».

Между прочим, недавно была показана сильная положительная корреляция между концентрацией мужского полового гормона тестостерона в крови эмбриона во время внутриутробного развития и склонностью ребенка к аутизму. Иными словами, авторы полагают, что мышление мужчин в норме чуть-чуть склоняется в сторону аутизма, а женщин — в сторону паранойи. Это согласуется с тем, что аутизм чаще встречается у мужчин, чем у женщин. Авторы также замечают, что их теория помогает объяснить и другой факт, до сих пор остававшийся необъясненным: хотя женщины страдают аутизмом реже мужчин, заболевание у них обычно протекает в более тяжелой форме. Напротив, шизофрения и депрессия у мужчин обычно протекают тяжелее, чем у женщин.

Возможно, считают авторы, психическое заболевание развивается чаще, но протекает в более легкой форме, когда направление действия двух факторов — половой принадлежности и баланса импринтинга — совпадают, как у мужчин в случае аутизма или у женщин при депрессии. Когда же сбой геномного импринтинга направляет психическое развитие человека в сторону, противоположную той, к которой он предрасположен в силу своей половой принадлежности, заболевание развивается реже, но протекает в более тяжелой форме, как у женщин-аутистов и мужчин, страдающих психозами.

Для проверки гипотезы необходимо детальное изучение всех человеческих генов, подвергающихся родительскому импринтингу, и выявление функции этих генов. Эта работа сейчас продвигается весьма успешно, а методы исследований быстро совершенствуются. Если интересная и смелая гипотеза о единой природе широкого спектра психических заболеваний подтвердится, можно будет подумать даже о разработке универсальных методов их лечения и профилактики. Ведь в фармакологической корректировке активности генов нет ничего невозможного — технически это гораздо проще, чем изменить нуклеотидную последовательность какого-нибудь гена во всех клетках организма.

Источник: Christopher Badcock, Bernard Crespi. Battle of the sexes may set the brain // Nature. 2008. V. 454. P. 1054–1055.

Александр Марков

Эта новость на «Элементах»
 

Предыдущие новости

04.09 Альтруизм у детей связан со стремлением к равенству

Дети до 3–4 лет ведут себя как абсолютные эгоисты, однако к 7–8 годам они начинают думать и о других. Европейские психологи установили, что забота о ближнем у детей обусловлена не столько бескорыстным желанием помочь, сколько стремлением к равенству. Одновременно у них развивается забота о членах «своей» социальной группы, причем у мальчиков эта черта выражена сильнее.

03.09 Разрушая бактериальные клетки, вирусы активно участвуют в круговороте веществ в глубинах океана

Будучи самыми массовыми формами жизни в океане, вирусы заражают обитающих в поверхностном слое донных отложений бактерий, вызывая их гибель и разрушение клеток. Образуется большое количество растворенного и взвешенного органического вещества, которое снова используется бактериями, позволяя им быстро наращивать численность.

02.09 Через неделю запуск Большого адронного коллайдера можно будет увидеть в прямом эфире

До запуска LHC, который состоится 10 сентября, остаются считаные дни. Пока всё идет по плану, и постепенно вырисовывается окончательное подробное расписание событий как на оставшиеся дни, так и на само 10 сентября.

01.09 Диэтилтолуамид действительно отпугивает комаров, а не отбивает у них обоняние

Механизм действия диэтилтолуамида — действующего начала множества репеллентов — до сих пор остается предметом споров. Недавние исследования как будто показали, что его запах не отпугивает кровососов, а лишь дезориентирует их, мешая воспринимать другие запахи. Однако новые данные говорят о том, что комары не только чувствуют запах диэтилтолуамида, но и действительно избегают его.

26.08 Под дном океана обитают главным образом археи

Мощная толща отложений на дне Мирового океана населена живыми бактериями, причем ниже самого верхнего метрового слоя резко доминирующая группа бактерий — это археи. Их общая биомасса, выраженная в углероде, составляет около 90 млрд тонн, что значительно превышает биомассу всех живых организмов, населяющих океан.

23.08 Темп ледниковых периодов сбился из-за североамериканских ледников

Исследование голландских климатологов показало, что ключевую роль в изменении длительности ледниковых периодов, произошедшем 1 млн лет назад, сыграли массивные североамериканские ледники.

20.08 В морских прибрежных водах становится всё больше мертвых зон

При разложении бактериями огромного количества органического вещества, образованного фитопланктоном в ответ на поступление с суши большого количества удобрений, нередко расходуется весь кислород в придонных слоях водной толщи. В результате во многих местах в прибрежных районах океана формируются «мертвые зоны», и число таких мест удваивается каждые 10 лет.