Genomica cognitiva del ritardo dell'apprendimento e basso livello di monitoraggio delle prestazioni sociali nei macachi

Jun 10, 2024

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 16539 (2022) Citare questo articolo

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Le capacità cognitive e l’architettura neurale sottostante sono sotto l’influenza della genetica. La ricerca sulla genomica cognitiva esplora la relazione triadica tra geni, cervello e cognizione, con la sua strategia principale guidata dal genotipo. Qui mostriamo che una strategia inversa è fattibile per identificare nuovi geni candidati per particolari fenotipi neuro-cognitivi nei macachi. Due scimmie, originariamente coinvolte in studi psicologici separati, hanno mostrato un ritardo nell’apprendimento e bassi livelli di monitoraggio delle prestazioni sociali. In una scimmia, i neuroni specchio erano meno numerosi rispetto ai controlli e la soppressione del mu era assente nella corteccia frontale. L'altra scimmia ha mostrato una maggiore reattività visiva sia nella corteccia frontale che nel mesencefalo ricco di dopamina, con una mancanza di sincronizzazione inter-areale. Le analisi dell'esoma hanno rivelato che le due scimmie erano molto probabilmente cugine e condividevano varianti in MAP2, APOC1 e potenzialmente HTR2C. Questa strategia guidata dal fenotipo nella genomica cognitiva fornisce un mezzo utile per chiarire le basi genetiche della variazione fenotipica e sviluppare modelli di macaco di disturbi neuropsichiatrici.

Le abilità cognitive e la loro architettura neurale sottostante sono sotto l'influenza genetica1,2,3,4. Chiarire le basi genomiche delle funzioni cognitive superiori è stato un interesse di lunga data nella scienza del genoma. I recenti progressi nelle tecnologie ad alto rendimento hanno reso possibile, con costi significativamente inferiori, determinare le sequenze dell’intero genoma degli individui. Questo progresso ha portato allo sviluppo di un campo scientifico interdisciplinare chiamato genomica cognitiva2,3,5. La ricerca sulla genomica cognitiva ha il potenziale per determinare la variazione individuale dei tratti cognitivi in ​​termini genetici, il che a sua volta potrebbe non solo aiutare a sviluppare modelli animali di disturbi mentali, ma anche promuovere la comprensione delle traiettorie evolutive delle associazioni gene-cognizione.

La ricerca sulla genomica cognitiva nei primati non umani ha adottato principalmente un approccio “guidato dal genotipo”6. In questa strategia, i ricercatori predeterminano i geni di interesse ed esplorano gli aspetti cognitivi associati ai polimorfismi dei geni bersaglio. Ad oggi, diversi geni sono stati oggetto di studio: SLC6A4 (trasportatore della serotonina) per la flessibilità cognitiva7 e lo sguardo sociale8 nei macachi, SLC6A4 e TPH2 (triptofano idrossilasi 2) per le tendenze affiliative9 nei macachi e AVPR1A (recettore 1A dell'arginina vasopressina) per la socialità10 e il riconoscimento di sé allo specchio11 negli scimpanzé. Oltre agli approcci basati sul genotipo, è fattibile anche un approccio inverso, basato sul fenotipo6. In questo caso, i ricercatori si concentrano sugli aspetti della cognizione, piuttosto che sui geni, che variano da individuo a individuo e tentano di determinare i correlati genetici della variazione cognitiva. Questa strategia può essere applicata ad animali con fenotipi cognitivi insoliti, che potrebbero poi essere utilizzati come modelli di primati non umani di disturbi neuropsichiatrici. Due rare varianti codificanti sono state identificate in ABCA13 e HTR2C in un macaco giapponese che esprimeva spontaneamente il fenotipo autistico12.

Qui riportiamo due macachi giapponesi (M593 e M639) con notevoli ritardi di apprendimento in condizioni di laboratorio. Entrambe le scimmie hanno mostrato anche bassi livelli di monitoraggio delle prestazioni degli altri nonostante le differenze nelle condizioni del compito, vale a dire un compito di apprendimento di inversione sociale (M593)13 e una procedura di condizionamento sociale pavloviano (M639)14. Le analisi dell'attività cerebrale utilizzando microelettrodi hanno rivelato aspetti delle risposte correlate al compito nelle regioni cortico-sottocorticali che erano statisticamente diversi dai controlli. Un'analisi genetica completa tramite sequenziamento dell'esoma ha rivelato legami di parentela tra le due scimmie (molto probabilmente cugine) e varianti genetiche condivise in MAP2, APOC1 e forse HTR2C. Tutti questi geni sono stati collegati a disturbi neuropsichiatrici negli esseri umani.