Чувства: Нейробиология сенсорного восприятия

Современные исследования генома, основанные на полногеномном поиске ассоциаций, используют целые последовательности генома референтных популяций и последовательности особей с интересующим признаком. Эти геномы исследуются с учетом позиций, которые различаются между контрольной группой и людьми с чертой, называемой однонуклеотидным полиморфизмом (или SNP; см. главу 8). Когда хромосомы клетки зародыша человека реплицируются, чтобы получились сперма и яйцеклетки, происходит рекомбинация, или генетический обмен информацией, между хромосомами в клетках, унаследованных от родителей. При этом нарушаются последовательное расположение однонуклеотидных полиморфизмов с признаками в зависимости от того, насколько близок признак к этому полиморфизму. Если полиморфизм и признак очень близки друг к другу на хромосоме, то рекомбинация, или перестановка признака и полиморфизма, будет происходить нечасто и признак, как говорят, будет связан с ним. Таким образом, для закрепления ассоциации требуется показать, что определенный полиморфизм или несколько полиморфизмов связаны с этим признаком. Кроме того, если мы можем определить, где полиморфизм находится на хромосоме, можно связать определенные гены в области полиморфизма с признаком.

Поиск полногеномных ассоциаций показывает, что один вид синестезии (прямая графема – цветовая синестезия) может быть связан с четырьмя из двадцати трех хромосом человека (ни одна из них не половая хромосома X и Y), а другой вид (синестезия цветной последовательности) – с хромосомой 16. Из четырех хромосом в первом случае, которые показывают связь с синестезией, наиболее значима хромосома 2. Остальные три хромосомы (5, 6 и 12) демонстрируют вероятную связь. Чтобы показать возможности и подводные камни этого подхода, рассмотрим некоторые из генов, близкие к связанным однонуклеотидным полиморфизмам на хромосоме 2, которые ассоциируются с синестезией цвета прямой графемы. Поиск генов, связанных с тем или иным признаком, немного напоминает поиск иголки в стоге сена, как мы уже выяснили на примере Чарльза Лупски и синдрома ШМТ в главе 8. Если связь найдена, то «стог сена» сильно уменьшается, но фактор удачи все еще в некоторой степени присутствует. К счастью, 80 % из двадцати тысяч (или около того) генов в человеческом геноме имеют известные, точно описанные функции. Для этих характерных генов выявлены многие параметры: расположение, где ген выражен; как именно кодируемый геном белок работает в развитии и в обычной физиологии; как этот белок работает в биохимических путях и другие параметры. Итак, какие же гены нам следует искать рядом с однонуклеотидными полиморфизмами, связанными с этим признаком? Одна очевидная категория – это любой ген, участвующий в работе нашей нервной системы, или гены, влияющие на развитие нашей нервной системы. Другой категорией могут быть гены, связанные с неврологическими расстройствами или другими аномалиями неврологического характера.

Оказывается, что полиморфизмы, связанные с синестезией на хромосоме 2, находятся в той же области, что и гены, связанные с аутизмом. Люди с расстройством аутистического спектра испытывают сенсорные аномалии, и синестезия часто становится их вторичной особенностью. У них синестезия встречается гораздо чаще. Наконец, используя функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), исследователи увидели, что слуховые стимулы возбуждают одни и те же слуховые и зрительные области мозга как у людей с аутизмом, так и у синестетов. Что касается генов-кандидатов, то ген, связанный с синестезией на хромосоме 2, называемый TBR1, участвует в передаче другим генам нервной системы информации, когда им следует проявляться. Другими словами, TBR1 контролирует несколько генов, играющих важную роль в развитии нервной системы, включая ген, который называется рилин, участвующий в формировании коры головного мозга. Другой ген, вносящий свою лепту в нейронные процессы (который также находится в области генома со связанными полиморфизмами), называется SCN1A. Этот ген кодирует белок, находящийся в мембране синапсов и участвующий в обработке потенциалов действия, проходящих через синапсы. Люди с измененной формой этого гена страдают от эпилептических припадков. Если вернуться к аутизму, то ученые выяснили: у людей с подобным расстройством встречаются редкие варианты TBR1 и SCN1A. Хромосома 16, упомянутая ранее, также имеет однонуклеотидные полиморфизмы, связанные с синестезией цветной последовательности. Этот вид синестезии, вызванный последовательностями графем, таких как ABCD, для воспроизводства цветов, очень разнится от графемно-цветовой синестезии, поэтому неудивительно, что он может быть найден на других хромосомах, отличных от тех, что несут графемно-цветовой тип. Шесть генов в этой области участвуют в развитии и поддержании нервной системы в коре головного мозга. Но, когда эти гены были тщательно изучены на предмет различия между синестетами и несинестетами, ни одно из изменений не смогли связать с этой чертой.