En epigenetisk nøgle til at låse op for adfærdsændring

Når det kommer til adfærd, forskere har bevæget sig ud over "natur versus nurture"-debatten. Det er underforstået, at gener og miljø begge spiller en rolle. Imidlertid, hvordan de interagerer på molekylært niveau for at forme adfærd er stadig uklart.

En ny undersøgelse kaster værdifuldt lys over dette forhold. Papiret, offentliggjort i dag i PNAS , afslører, hvordan epigenetik - ændringer i genekspression, der ikke ændrer DNA - interagerer med gener for at forme forskellige fodringsadfærd hos frugtfluer. Denne forskning låser op for den molekylære mekanisme, der får "rover"-fluer til at søge føde mere end "sitter"-fluer. Det er den første undersøgelse af sin art, der viser en årsagssammenhæng mellem epigenetik, genetik og adfærd.

"Vi har et empirisk eksempel på, hvordan denne interaktion er vigtig for forskelle i enhver form for adfærd, " siger hovedforfatter Ina Anreiter. Hun tilføjer, at disse resultater kunne hjælpe forskere med at forstå, hvordan individers adfærd adskiller sig, om frugtfluer, mus eller endda mennesker.

Anreiter er ph.d.-studerende i CIFAR Weston Fellow Marla Sokolowskis laboratorium ved University of Toronto i Institut for Økologi og Evolutionsbiologi. Sokolowski er meddirektør for CIFAR's Child &Brain Development-program og har studeret "forsøgningsgenet" i frugtfluer, siden hun først opdagede det i 1980'erne. Forskningen blev delvist finansieret af CIFAR og udført i samarbejde med Jamie Kramer ved Western University.

Forskerne begyndte med at isolere genprodukter og identificere, hvilke der var nøglen til at forme roveres og siddendes forskellige fodringsadfærd. G9a, en epigenetisk regulator, viste sig nødvendig for disse rover-sitter forskelle. Det interagerer med fødesøgningsgenet ved at efterlade epigenetiske mærker, ved tilsætning af methylgrupper, på proteiner, der er forbundet med DNA fra en af ​​fødesøgningsgenets promotorer. Rovere var mere methylerede end sittere, hvilket forårsagede et fald i RNA-ekspression fra denne fouragerende genpromotor. Disse resultater viste, at de forskellige genetik hos rovere og sittere interagerer med epigenetiske mekanismer for at regulere adfærdsforskelle

Anreiter tog undersøgelsen et skridt videre ved at påvise årsagssammenhængen. Hun blandede sig med RNA-transkripterne, der var specifikke for en af ​​de fouragerende genpromotorer og vendte med succes den fænotype, der differentierede fluerne - og "sitterne" blev transformeret til "rovere". Dette fund gav indsigt i, hvordan komplekse gener med mange genprodukter virker til at regulere adfærd. Som i dette tilfælde, fodringsadfærd er kun reguleret af en af ​​fire klasser af genprodukter.

Denne transgene tilgang kunne ikke udføres hos mennesker, som har deres egen version af et fødesøgningsgen. Alligevel giver resultaterne stadig vigtige indsigter i vores adfærd. "Med det menneskelige arbejde, vi kunne ikke rigtig forstå mekanismen, hvordan det skete, og med frugtfluen kan vi, " siger Sokolowski.

Anreiter foreslår, at forskere kunne modellere menneskelig adfærd hos frugtfluer ved hjælp af denne metode, og bruge det til at forstå de mekanismer, der ligger til grund for adfærden. Forskningen var inspireret af diskussioner i Child &Brain Development-programmet med eksperter lige fra frugtfluegenetikere til klinikere. Et studie af interesse var rådgiver Elisabeth Binders arbejde med aggression og barndomstraumer. Binder viste, at der er epigenetiske mærker afsat af en historie med børnemishandling, og at hvis et barn har en genetisk disposition, kan det forme, hvor modstandsdygtige de er over for disse ændringer.

"Et af de store spørgsmål i Child &Brain Development-programmet gennem årene har været, hvordan erfaring bliver indlejret i vores biologi og mekanismerne for det, " siger Sokolowski.

Med den molekylære mekanisme for én adfærd ulåst, forskere har en ny vej til at afdække potentielt mange flere.