биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Тонкие нити судьбы

[20 октября, 2014 г.]

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Во все времена поднимался философский вопрос о свободе воли человека. Кто-то из мыслителей считал, что люди принимают решения самостоятельно; другие утверждали, что всё в мире предопределено, а воля человека — это иллюзия. Современные исследования мозга человека и его поведения вернули старому спору актуальность.


Главный спонсор конкурса — дальновидная компания Генотек.
Конкурс поддержан ОАО «РВК».


Обратите внимание!

Эта работа представлена на конкурс научно-популярных статей «био/мол/текст»-2014 в номинации «Лучший обзор».


Спонсором номинации «Биоинформатика» является Институт биоинформатики. Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon. Свой приз также вручает Фонд поддержки передовых биотехнологий.

Мозг, клетка, ген

Иногда мы становимся заложниками своего мозга, о чём нам часто напоминают нейробиологи: например, пациент с обсессивно-компульсивным расстройством (ОКР) страдает от непроходящей тяги к мытью рук из-за повышенной активности хвостатого ядра. Этот отдел мозга запускает сигналы в орбитофронтальную кору и заставляет человека совершать бессмысленные, на первый взгляд, действия. Эти действия не имеют смысла только для внешнего наблюдателя; пациенту с ОКР они необходимы, чтобы справиться с тревогой, которая изводит его. Сейчас ОКР успешно лечится антидепрессантами, в частности, кломипрамином. (Об истории антидепрессантов как класса лекарств можно узнать в статье «Краткая история антидепрессантов» [1].) Психологи, исследующие когнитивные ошибки и влияние внешних факторов на выбор человека, подливают масла в огонь. Оказывается, музыка, звучащая в супермаркете, влияет на то, какое вино мы купим. Сталкиваясь с такими особенностями нашего мозга, мы можем задать себе вопрос: а является ли человек хозяином себе? Что такое наша жизнь, если не результат игры в кости, которой забавляются разные отделы мозга? Получается, что от деятельности одной или нескольких клеток может зависеть принятие важных для нашей жизни решений. Возможно, вопрос стоит переформулировать, ведь структура и активность клеток человеческого мозга зависят от маленьких, но очень важных составляющих — генов, участвующих в формировании и функционировании мозга.

Как известно, гены представляют собой последовательность нуклеотидов — дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК). ДНК кодирует длинную нить белка исходя из правила «три нуклеотида — одна аминокислота» [2]. Замена одного нуклеотида другим называется однонуклеотидным полиморфизмом (Single Nucleotide Polymorphism, SNP, снип) и может привести к изменению белковой последовательности. Например, если в кодоне треонина изменить первый нуклеотид, то вместо него в белковую молекулу встанет аланин. Как следствие, изменится функция белка: если замененная аминокислота находилась в активном центре фермента, то он перестанет выполнять свою функцию. Это может привести к гибели клетки и всего организма. А что произойдёт, если меняется не фермент, а рецептор к нейромедиатору в головном мозге? В этом случае замена одного нуклеотида может привести к разнице в реакции между нейромедиатором и рецептором. Этого так легко не увидеть, но мы заметим, как это повлияет на личность и отразится на поведении человека.

Рецепторы зависимости

Одним из главных медиаторов в центральной нервной системе является дофамин. Дофаминовые пути регулируют работу мышц (снижают тонус и способствуют двигательной активности), входя в экстрапирамидные пути. При нарушенной работе дофамина в центральной нервной системе развивается болезнь Паркинсона. Нервные структуры, «работающие» на дофамине, отвечают за формирование желаний, целенаправленную деятельность и эмоциональное восприятие, т.е. формируют поведение и личность человека. Одна из теорий возникновения шизофрении называется дофаминовой и напрямую связывает нарушение метаболизма этого вещества в нервной системе с симптомами заболевания. При шизофрении пациенты часто бывают пассивными и проявляют мало эмоций, что может быть вызвано дефицитом дофамина в некоторых отделах мозга.

Сами рецепторы к дофамину* делятся на пять типов: от D1 до D5. Кодирующие их гены называются соответственно — DRD1, DRD2 и так далее. Исследователи объединяют рецепторы 1-го и 5-го типа в одну группу, а прочие рецепторы — в другую. Это связано с тем, что при активации рецепторов первой группы в клетке повышается концентрация циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), который передаёт сигнал с поверхности клетки и активирует ферментные системы. При взаимодействии рецепторов второй группы с дофамином концентрация цАМФ снижается с соответствующими последствиями. Рецепторы 1-го и 2-го типа являются наиболее распространенными в нервной системе, и их полиморфизм может влиять на наше поведение за счёт их многочисленности. Достаточно шансов повлиять на поведение человека имеют рецепторы к дофамину 3-го и 4-го типов. У них это может получиться не из-за количества, а из-за специфичности расположения. Эти рецепторы находятся на нейронах, расположенных в системе вознаграждения, миндалине, гиппокампе и коре — в тех отделах, которые напрямую влияют на наше поведение. (Схематично система вознаграждения показана на рис. 1.)

* — За исследование этих рецепторов, относящихся к классу G-белоксопряженных, в 2012 году вручена Нобелевская премия по химии: «Нобелевская премия по химии (2012): за рецепторы наших первого, третьего и четвертого чувств» [3]. — Ред.

Рисунок 1. Система вознаграждения (она же — система внутреннего подкрепления) — это совокупность структур нервной системы, участвующих в регуляции и контроле поведения при помощи положительных реакций на действия. На картинке изображен мезолимбический тракт, играющий существенную роль в механизмах памяти, эмоций, обучения и нейроэндокринной регуляции. Он считается важным в продуцировании чувств удовольствия. Картинка: Wikipedia.

Существует достаточно много исследований, указывающих на связь полиморфизма генов рецептора к дофамину с клиническим течением алкогольной или наркотической зависимости (см., например, «Слово о генетике поведения» [4]). Само собой разумеется, что наркологи и психиатры не связывают развитие зависимости как болезни только с генами: человек намного сложнее, а на его выбор могли повлиять и близкое окружение, и социальные условия, и даже прочитанная на досуге книга. Гены влияют на вероятность тех или иных событий, придавая клинической картине зависимости более тонкие оттенки. Например, в работе китайских исследователей [5] было обнаружено, что более долгий срок от первого употребления опиоидов до развития зависимости от них связан с двумя заменами в гене DRD1. Интересно, что, по-видимому, разные гены дофаминовой системы «специализируются» на разных зависимостях: полиморфизм гена DRD3 не оказывает влияние на течение алкоголизма [6].

Ещё одной зависимостью можно назвать тягу к сладкому. Замена нуклеотида в гене DRD2 влияет на количество потребляемого сахара [7]. (Схема расположения гена DRD2 на 11-й хромосоме показана на рис. 2) Учёные из Торонто исследовали больше 300 человек обоих полов: испытуемые заполняли опросник по частоте употребления различных видов пищи, а их ДНК была проверена на полиморфизм C957T в гене DRD2. Оказалось, что у представителей слабого и сильного пола одни и те же варианты гена отвечали за разное пищевое поведение. Тот полиморфизм, который связан с самым низким уровнем потребления сахара у женщин, приводил к наибольшему количеству съедаемой глюкозы у мужчин. Примечательно, что эффект гена DRD2 не распространялся на белки и жиры.

Рисунок 2. Схема расположения гена DRD2 на 11-й хромосоме. Картинка: «Genes and Friendship».

Запутанные нити

Гены дофаминовых рецепторов имеют достоверную связь с поиском нового и риском, а одним из видов рискованного поведения является незащищённый секс. В ходе исследования, продлившегося 8 лет, было выявлено, что определённый вариант гена DRD2 приводит к тому, что подростки чаще занимаются сексом без использования контрацепции. Как и с клинической зависимостью, гены являются лишь одним из факторов, влияющих на использование контрацепции подростками. Наряду с генами к таким факторам относят возраст (более молодые подростки реже пользуются контрацепцией) и принадлежность к национальному меньшинству (представители таких групп реже используют средства защиты) [8].

Однако самым изученным в отношении влияния на поведение геном дофаминовых рецепторов является DRD4. Его иногда называют геном авантюризма, но у этого гена могут быть и другие названия. Один из участков гена DRD4, кодирующий последовательность из 16 аминокислот (экзон 3), может повторяться несколько раз — от 2 до 11 (см. рис. 3). Эта разница, по-видимому, влияет на качество связи рецептора с молекулой дофамина: более «длинные» варианты реагируют на нейромедиатор хуже, чем «короткие». Обладатели гена DRD4 с семикратным повтором экзона отличаются большей реактивностью системы награды [9]. Люди проявляют больше альтруизма, если в их генотипе нет семикратного повтора этого участка [10]. Также эти повторы влияют на возраст приобретения первого сексуального опыта [11], а семикратный повтор упоминаемой последовательности связан с наибольшей восприимчивостью ребёнка к внешним условиям.

Рисунок 3. Повторяющиеся элементы в гене DRD4. Картинка из [10].

Очевидно, что поведение людей определяется не только генами, но и средой. В 2010-м году греческие учёные исследовали азартное поведение мужчин, имеющих четырёх- и семикратные повторы в экзоне 3, с учётом сезона их рождения [12]. Оказалось, что хуже всех с азартными играми справляются «зимние» мужчины с семью повторами экзона 3. Подобное взаимодействие «ген-среда» описано Александром Марковым в одной из статей для портала «Элементы» [13]. Исследователи Калифорнийского университета на выборке в две с половиной тысячи человек показали, что аллельный вариант DRD4 с семью повторами экзона III приводит к формированию либеральных политических взглядов у тех носителей, которые к тому же обладали большим количеством друзей в детстве. У людей без семикратного повтора количество друзей не оказывало никакого влияния на формирование политических взглядов.

Сейчас учёные только начинают разбираться в генетике поведения, но у этой науки есть важные практические выводы. Люди с определёнными вариантами дофаминовых генов входят в группы риска по срывам при болезненных зависимостях. Возможно, что в будущем при первичном поступлении в наркологическую клинику пациент будет проходить анализ на выявление таких генов, и программа его лечения будет составлена в соответствии с генотипом. Ситуация становится сложнее из-за того, что генов, управляющих нашим поведением, может быть чрезвычайно много, и пока нельзя проследить влияние каждого из них на нас. К тому же их воздействие проявляется на уровне статистики: упомянутые в статье варианты генов скорее увеличивают или уменьшают вероятность некоторых типов поведения, а не строго записывают их в нашей личности. Не нужно переоценивать влияние среды: чьи-то «гены риска» могут себя проявить не в увлечении экстремальными видами спорта, а в активной социальной деятельности.

Так что, даже если предположить, что свобода воли — это иллюзия, а наше поведение определяется генами и раздражителями внешней среды, то количество невидимых управляющих нитей, тянущихся к марионетке, так велико, и они настолько перепутаны, что практически невозможно предсказать, как кукла поведёт себя. Именно эту неописуемую сложность поведения человека, его непредсказуемость мы и называем свободой воли.

Литература


  1. биомолекула: «Краткая история антидепрессантов»;
  2. биомолекула: «У истоков генетического кода: родственные души»;
  3. биомолекула: «Нобелевская премия по химии (2012): за рецепторы наших первого, третьего и четвертого чувств»;
  4. биомолекула: «Слово о генетике поведения»;
  5. Zhu F., Yan C.-H., Wen Y.-C., Wang J., Bi J., Zhao Y.L., Wei L., Gao C.-G., Jia W., Li S.-B. (2013). Dopamine D1 Receptor Gene Variation Modulates Opioid Dependence Risk by Affecting Transition to Addiction. PLoS One 8, e70805;
  6. Gorwood P., Limosin F., Batel P., Duaux E., Gouya L., Adès J. (2001). The genetics of addiction: alcohol-dependence and D3 dopamine receptor gene. Path. Biol. 49, 710–717;
  7. Eny K.M., Corey P.N., El-Sohemy A. (2009). Dopamine D2 receptor genotype (C957T) and habitual consumption of sugars in a free-living population of men and women. J. Nutr. Nutrigenomics 2, 235–242;
  8. Dawa J., Guoa G. (2011). The influence of three genes on whether adolescents use contraception, USA 1994–2002. J. Demogr. 65, 253–271;
  9. Forbes E.E., Shaw D.S., Dahl R.E. (2007). Alterations in reward-related decision making in boys with recent and future depression. Biol. Psych. 61, 633–639;
  10. Jiang Y., Chew S.H., Ebstein R.P. (2013). The role of D4 receptor gene exon III polymorphisms in shaping human altruism and prosocial behavior. Front. Hum. Neurosci. 7, 195;
  11. Guo G., Tong Y. (2006). Age at first sexual intercourse, genes, and social context: evidence from twins and the dopamine D4 receptor gene. Demography 43, 747–769;
  12. Roussos P., Giakoumaki S.G., Bitsios P. (2010). Cognitive and emotional processing associated with the Season of Birth and dopamine D4 receptor gene. Neuropsychol. 48, 3926–3933;
  13. Элементы: «Политические взгляды зависят не только от генов, но и от количества друзей».

Автор: Лебедев Виктор.

Число просмотров: 1518.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Мнения»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.