La corteza cerebral es la capa de "materia gris" externa relativamente delgada, doblada, crucial para el pensamiento, el procesamiento de la información, la memoria y la atención. No se ha revelado mucho sobre los fundamentos genéticos que influyen en el tamaño de la superficie de la corteza y su grosor, los cuales se han relacionado previamente con varios rasgos psiquiátricos, como la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la depresión, el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH), y autismo.
Ahora, por primera vez, más 360 científicos de 184 instituciones diferentes, incluyendo UNC-Chapel Hill, han contribuido a un esfuerzo global para encontrar más de 200 regiones del genoma y más de 300 variaciones genéticas específicas que afectan la estructura de la corteza cerebral y probablemente juegan papeles importantes en condiciones psiquiátricas y neurológicas.
El estudio, publicado en Science, fue dirigido por los coautores Jason Stein, PhD, profesor asistente en el Departamento de Genética de la Facultad de Medicina de la UNC; Sarah Medland, PhD, investigadora principal del Instituto de Investigación Médica QIMR Berghofer en Australia; y Paul Thompson, PhD, director asociado del Instituto de Neuroimagen e Informática Mark and Mary Stevens de la Universidad del Sur de California. Hace diez años, estos científicos cofundaron el Consorcio ENIGMA, una red de investigación internacional que ha reunido a cientos de investigadores en genómica de imágenes para comprender la estructura, función y enfermedad del cerebro en base a imágenes genéticas y datos cerebrales.
"Este estudio solo fue posible debido a una gran colaboración científica de más de 60 sitios involucrados en la exploración por resonancia magnética y la genotipación de los participantes", dijo Stein. "Este estudio es la joya de la corona del Consorcio ENIGMA, hasta ahora".
Los investigadores estudiaron las imágenes de resonancia magnética y el ADN de más de 50,000 personas para identificar 306 variantes genéticas que influyen en la estructura del cerebro para arrojar luz sobre cómo la genética contribuye a las diferencias en la corteza cerebral de los individuos. Las variantes o variaciones genéticas son simplemente las ligeras diferencias genéticas que nos hacen únicos. En términos generales, algunas variantes contribuyen a diferencias como el color del cabello o el tipo de sangre. Algunos están involucrados en enfermedades. Sin embargo, la mayoría de los millones de variantes genéticas no tienen importancia conocida. Esta es la razón por la cual identificar variantes genéticas asociadas con el tamaño y la estructura de la corteza es un gran problema. Stein y sus colegas consideran que su nueva hoja de ruta genética del cerebro es una especie de "piedra de Rosetta" que ayudará a traducir cómo algunos genes impactan la estructura cerebral física y las consecuencias neurológicas para los individuos.
Entre los hallazgos de la investigación publicada en Science: Algunas variantes genéticas están asociadas con el plegamiento cortical, medido como área de superficie, mientras que otras variantes genéticas están asociadas con el grosor de la corteza. Los genes que determinan el área de superficie están relacionados con el desarrollo muy temprano en la corteza fetal, mientras que el grosor parece ser impulsado por genes activos en la corteza adulta. Las personas con riesgo genético de depresión o insomnio están genéticamente inclinados a tener un área de superficie más baja, mientras que las personas con riesgo genético de la enfermedad de Parkinson tienden a tener un área de superficie más alta. La gran escala del proyecto permitió el descubrimiento de genes específicos que impulsan el desarrollo y el envejecimiento del cerebro en personas de todo el mundo. "La mayor parte de nuestra comprensión previa de los genes que afectan el cerebro provienen de sistemas modelo, como los ratones", dijo Stein. "Con los ratones, podemos encontrar genes, eliminar genes o sobreexpresar genes para ver cómo influyen en la estructura o función del cerebro. Pero hay un par de problemas con esto".
Un problema es, simplemente, que un ratón no es un humano. Hay muchas características específicas del ser humano que los científicos solo pueden estudiar en el cerebro humano.
"La base genética de un ratón es muy diferente de la base genética de los humanos", dijo Stein, "especialmente en las regiones no codificantes del genoma".
Los genes contienen ADN, el código humano básico que, cuando se traduce en acción, crea proteínas que "hacen" cosas, como ayudar a los músculos de los dedos o al latido del corazón o al hígado a procesar toxinas. Pero solo alrededor del 3 por ciento del genoma humano codifica proteínas. La gran mayoría del genoma humano se llama genoma no codificante. Gran parte de esta región no se comparte entre ratones y humanos. Este genoma no codificador consta de pequeños interruptores moleculares que pueden modular la expresión de otros genes. Estos interruptores no alteran directamente la función de una proteína, pero pueden afectar las cantidades de una proteína que se expresa. Resulta que la mayoría de las variantes genéticas asociadas con trastornos psiquiátricos se encuentran en la región no codificante del genoma.
Estos hallazgos ahora pueden ser un recurso para que los científicos ayuden a responder preguntas importantes sobre las influencias genéticas en el cerebro y cómo se relacionan con numerosas afecciones.
Aysenil Berger, PhD, director de Psychiatry Neuroimaging Research y director del Instituto de Desarrollo Infantil Frank Porter Graham en UNC-Chapel Hill, es coautor del estudio.
El estudio fue financiado por agencias de financiación públicas y privadas nacionales e internacionales, incluidos los Institutos Nacionales de Salud, el Consejo Nacional de Investigación Médica y de Salud de Australia, la Fundación Michael J. Fox y la Fundación Kavli.
