Genetik unseres Verhaltens -...

Genetik unseres

Verhaltens

Agression

Angst-induzierte Agression kann durch

Züchtung/Domestikation verringert werden

(Wanderratten, Silberfuchse).

Genetischer Hintergrund der Agression

Typen der Agression:

•Induziert durch Angst

•Induziert durch Stress

•Mütterlich

•Territorial

•Predator-Beute

•Selbstmord

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Agressionsgen I.

Glykocortikoid-Rezeptor Gen (NR3C1)

Stress

CRH

ACTH

Nebennierenrinde

Kortisol

HPA-Achse:

Bezeichnung für die hormonelle

Achse vom Hypothalamus über die

Hypophyse bis zur Nebennierenrinde

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Hippokampus

HPA

Achse

+ + -

Raphe Nucleus

+

Agressionsgen I.

Amigdala

Kortisol Serotoninerge Zellen

Prefontale Cortex Fürsorge im Kindelalter

Glykocortikoid-Rezeptor Gen (NR3C1)

Fürsorge im Kindelalter verändert die Methylation der Glykocortikoid-Rezeptor

Gene in den Neuronen des Hyppokampus

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Klinhirnrinde Caudales raphe Nucleus

Talamus Cingulum

Rostrales raphe Nucleus

Hippocampus

In Richtung Hippokampus

Amigdala

Hirnrinde

Serotininerge Bahne 12

Presynaptisches Neuron

triptofan

5-OH-triptofan

Serotonin

postsynaptische Rezeptoren

Zerfallsprodukte

Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit

5HIAA

Serotonin

SERT

TPH

DDC

TPH2, SERT und Mao-A

Tryptophane- Hydroxilase2, Serotonin-Transporter und Monoamin-Oxydase-A

presynaptische Rezeptoren

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SNP (Punktmutation) in Position 1473 der kodierenden Region des Genes

Arginin statt Prolin in Position 447

Höchere TPH2- Aktivität

Mehr 5-HT

Weniger agressives Verhalten

Agressionsgen III.

Das TPH2-Gen

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•4x Wiederholung im Promotor normale Genexpression keine Agression

•3x Wiederholung im Promotor 1/10x Genexpression

15 Agressionsgen IV Das MAO-A-Gen

Promotor-Polymorphismus (VNTR) bei Menschen:

MAO-A knock out Maus:

keine Genexpression Agression

Viel 5-HT, wenig 5-HIAA Hoches 5-HT/5-HIAA Verhältniss Agression

Prompotor ORF

Agressionsgen II.

Das SERT-Gen

Promotor-Polymorphismus (VNTR):

Kurzer Promotor

Niedrigere SERT-Expression

Mehr 5-HT in der synaptischen Spalt

Weniger agressives Verhalten

17 Agressionsgen V.

5-HT-Rezeptoren

5-HT-Rezeptor-1B knock out erhöchte Agression

5-HT-Rezeptor-1A knock out normal

5-HT-Rezeptor-1A Hemmung bei Menschen erhöchte Agression

5-HT -Rezeptor-1A und 1B Agonisten bei Menschen geringe Agression

Presynaptisches Neuron

triptofan

5-OH-triptofan

Serotonin

postsynaptische Rezeptoren

Zerfallsprodukte

Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit

5HIAA

Serotonin

SERT

TPH

DDC

presynaptische Rezeptoren

nNOS knockout Mause sind sehr agressiv – hoche Expression des Gens hemmt die Agression

- Kastrierte nNOS knockout Mause sind nicht agressiv

- Nach der Beigabe von Testosteron die KO Mause wurden wieder agressiv

XYY 18

agresszió

Weitere Agressionsgene

nNOS und Testosteron (TDF)

nNOS – Nitrogen-Oxid-Synthetase Neuronale Isoform

Testosteron (TDF)

Agression

(Serotonin) 5-HT Rezeptor 2B / HTR2B

Gen der Impulsivität

Q20* Allel :

Stop-Kodon in Position 20

17 vom 228 Häftlingen hatte dieses Allel

7 vom 295 in der Kontrolgruppe

Knock-out Maus:

50% lethal

impulsiv

20

acetilkolin

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Gen der Intelligenz “Gen der Mathematik”

CHRM2-Rezeptor: cholinergic muscarinic 2 receptor

SNP

met Allel (Metionin):

val allél (Valin): 4x Emzymaktivität niedriges Dopamin hoche Synapsendichte im prefontalen Cortex

Zögerung, aber gute kognitive Leistung (1 oder 2 val Allel)

COMT

22. Chromosom

1/4x Emzymaktivität hoches Dopamin niedrigere Synapsendichte im prefontalen

Cortex schnelle Entscheidung, aber schwächere kognitive Leistung (2 met Allel)

22

COMT: Katechol-O-Methyltransferse

Klug oder mutig?

Norepinefrin Transporter

Autorezeptoren

VMAT2

Zwei Allele: eine Punktmutation

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VMAT2: Vesicular Momonamine Transporter 2

Keine Publikation in einer wissenschaftlichen Zeitschrift

Hamer, Dean (2005). The God Gene: How Faith Is

Hardwired Into Our Genes. Anchor Books.

ISBN 0385720319.

Gen des Glaubens

“Gott-Gen”

Dominanz

GRB10

Kodiert für ein intrazelluläres Adaptorprotein

Interagiert mit Rezeptor-Tyrosin-Kinasen, beeinflusst Signalübertragung

Ein imprintiertes Gen (mütterliche und väterliche Kopien des Gens werden unterschiedlich expremiert)

Väterliche Kopie: wird im Gehirn expremiert,

lindert die Dominanz, Knock-out: dominates Verhalten, kein Ausweichen in Röhr-Test

Mütterliche Kopie: wird im Körper expremiert (ausser Gehirn)

Funktion: reguliert Metabolismus und Wachstum

Weitere imprintierte Gene, die Verhalten beeinflussen: Mest, Peg3 (Pfegeverhalten der Weibchen)

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Neugier

Dopamin-Rezeptor-D4 (DRD4)

Im ExonIII variabele Nummer von Wiederholungen

(2-11) einer 48 BP Sequenz

R7 Allel: assoziiert mit erhöchter Suche nach Neuheit

Promiskuität, Hyperaktivität (ADHD),

Riskieren, Anständigkeit

SNP in Position 830: Veränderung des Entdeckungsverhaltens der Meise (Fliegen im offenen Gelände)

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Belohnungszentrum

ventral tegmental area

A1- Variente bindet Dopamin schwächer, als die A2-Variante

DRD2: dopamin-D2 receptor gén

dopamin

Bei Drogensüchtigen kommt das A1-Allel häufiger vor

Gen der Addiktion 26

Broca-Areal + planum temporale:

Broca-Areal: die grammatischen Aspekte von Sprachen, Sprachmotorik,

Lautbildung, Lautanalyse, Artikulation und die Bildung abstrakter

Wörter

Wernicke-Areal: integriert auditorische Impulse primär rational

entscheidende Prozesse für das Sprachverständnis finden hier

statt, Planum temporale : Teil des Wernicke-Areals

-Auch bei Affen vorhanden

- Keine neue Erfindungen der Evolution – Veränderund der Grösse der Areale

Broca-Areal

Broca terület

Wernicke-Areal

Planum temporale

Mensch

Affe

Sprachzentrum

Die Sprache 27

Gene und Chromosomregionen die

die Sprachfähigkeit beeinflussen FoxP2

•Mehrere Generationen in einer englischen Familie (KE) --

•Probleme mit der Artikulation, Grammatik

•Punktmutation im FoxP2

•Kodiert für ein Transkriptionsrepressor der Fox-Proteinfamilie

•4 alternative Isoformen

•Komplexe räumliche und zeitliche Exprimierungsmuster

•Reguliert die Exprimierung von 300-400 anderen Genen im Gehirn

CNTNAP2

•Mutante Allele verursachen Sprachprobleme

•Wird vom FoxP2 reguliert

•Kodiert für ein Strukturprotein der Neurexin-Proteinfamilie

•Notwendig für die richtige subzelluläre Lokalisation von K-Kanälen in den

Neuronen und Neuron-Glia-Interktionen

FoxP1

•Bildet Heterodimer mit FoxP2

•Deletion verursacht Sprachprobleme (+Abnormalität im Kleinhirn, Epilepsie)

csimpánz

Mensch

Gorilla

Orangutan

Rhesus

Maus

Wird sehr selten mutiert, aber vor 200000 Jahren gab es zwie

Mutationen in der menschlichen Evolutionslinie.

Neanderthaler hatten auch diese Mutationen, aber ihre

Evolution separierte sich von der Evolution der modernen

Menschen vor 300000 Jahren.

29

Evolution von FOXP2

Silent

Mutationen

Missense

Mutationen

Konnten die Neanderthaler sprechen?

Nature 464, 757-762 (1 April 2010)

Gesangerwerb

31

•Das „Ein Gen – ein Verhalten”- Paradigma ist eine Vereinfachung!!

•Eine Mutation eines einzigen Gens kann mehrere Phenotypen haben,

d.h. mehrere Verhalten beeinflussen.

•Das gleiche Phenotyp, d.h das gleiche Verhalten kann durch Mutationen

in verschiedenen Genen verursacht werden.

•Die meisten Phenotypen (Verhalten) werden durch das gleichzeitige

Vorhanden verschiedener Varianten mehrerer Gene beeinflusst

(genetische Netzwerke).

Ein Gen – ein Verhalten – Paradigma

Genetisches Netzwerk Proteine Neuronales Netzwerk Verhalten

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Ein Gen – ein Verhalten – Paradigma

Genetisches Netzwerk Proteine Neuronales Netzwerk Verhalten

DNA

Träger der genetischen Information

Weitergabe der genetischen Information an

den Nachkommen

Kontrolle der Onthogenese

Kontrolle der Aktivitäten des erwachsenen Körpers

Das menschliche Verhalten ist in den meisten Fällen genetisch nicht determiniert. Die

Variation verschiedener Allele vieler Gene predisposieren zu einer bestimmten Form von

Verhalten, aber unser Verhalten ist sehr stark durch die Umgebung (Erziehung, Erlebnisse,

Erfahrungen) geformt.

Ist das Verhalten determiniert?

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Sexualverhalten

AVPR1: Vasopressin Rezeptor

Microsatelit

727 bp – kurzes Allel

746 bp – langes Allel

avpr1

Verschiedene Genexpressionsmuster

42 Gen der Monogamie

Rocky-Mountains-Wühlmaus – nicht monogamisch Prairie-Wühlmaus - monogamisch

Rocky-Mountains-

Wühlmaus

Prairie-

Wühlmaus

Individuelle Variabilität:

Interspecies Variabilität:

Prairie-Wühlmaus 1 Prairie-Wühlmaus 2

AVPR1: Vasopressin Rezeptor

42 Gen der Monogamie

* monogamisch, rot: kurze Promotorvariante, blau: lange Promotorvariante

Kein direkter Zusammenhang zwischen

Promotorlänge und Monogamie

“Variationen in Promotorlänge und Sequenz

verändern die Exprimierungsmuster in einer

unvorhersagbaren und gehirnregionsspezifischen

Weise. Diese Variabilität beeinflusst die Aktivität

neuronaler Netzwerke, die soziales Verhalten

regulieren.”

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Treue und Untreue

AVPR1: vazopressin Rezeptor

Microsatelit

727 bp – kurzes Allel

746 bp – langes Allel

avpr1

Bei Menschen:

16 verschiededene Promotorvarianten eine Allelvariante assoziiert

(schwach) mit Autismus,

Altruismus und “Tanz-Phenotyp”

Vorkommen:

•Eineiige Zwillinge: 50%

•Zweieiige Zwillinge: 25%

•Geschwister: 15%

•Ganze population: 5%

•Adoptierte Geschwister: 10%

(1) Umweltsfaktoren

(2) Genetische Faktoren

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Homosexualität

Xq28-Region des X-Chromosomes

Hypothalamus

48 Homosexualität

Evolutionspsychologie:

- Gene die bei Männern Homosexualität verursachen, erhöchen die

Fruchtbarkeit bei Frauen

Sexualverhalten der Taufliege

Sexualverhalten der Taufliege

Sozialverhalten

Darwinizmus: Kampf um das überleben und um die Fortpflanzung

Altruizmus (Selbstlosigkeit): Warum hilft man dem Anderen?

Hilfe der Verwandten (inklusives Fitness)

Reziproker Altruizmus

Gruppeninteresse (Gruppenselektion)

Egoismus, Selbstlosigkeit 43

Geschwister = 1/2

Cousine = 1/8

Meine Gene sind auch in meinen Verwandten

da, es lohnt sich besser sie alle zu retten, als

mich selbst.

W.illiam D. Hamilton Edward. O. Wilson

Verwandtenselektion (Sippenselektion, kin selection)

44 Soziobiologie

-- Selbstlosigkeit gegenüber Verwandten

Gesamtfitness (inclusive fitness)

Eusoziales Verhalten der Bienen

Männchen – haploid

Weibchen – diploid

Weibchen 75% miteinander genetisch identisch!

(mit ihren Nachfolgern währen sie nur 50%)

Genom sequenziert:

Wenige Immungene

Viele Odorantrezeptoren

Kastenspezifische miRNAs

Viele DNA-Methylasen

AVPR1a Gen – Vazopressinreceptor

promotor ORF

Gen der Selbstlosigkeit

egoistisch

selbstlos

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Gruppenverhalten

Sozial-Darwinismus

Eugenik

58

Herbert Spencer Francis Galton