genetik unseres verhaltens -...
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Genetik unseres
Verhaltens
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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
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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
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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
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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
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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)
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Agression
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(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
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acetilkolin
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Gen der Intelligenz “Gen der Mathematik”
CHRM2-Rezeptor: cholinergic muscarinic 2 receptor
SNP
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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?
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Norepinefrin Transporter
Autorezeptoren
VMAT2
Zwei Allele: eine Punktmutation
23
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”
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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)
24
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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)
25
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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
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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
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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)
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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?
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Nature 464, 757-762 (1 April 2010)
Gesangerwerb
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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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32
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
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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?
33
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Sexualverhalten
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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
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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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45
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”
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Vorkommen:
•Eineiige Zwillinge: 50%
•Zweieiige Zwillinge: 25%
•Geschwister: 15%
•Ganze population: 5%
•Adoptierte Geschwister: 10%
(1) Umweltsfaktoren
(2) Genetische Faktoren
47
Homosexualität
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Xq28-Region des X-Chromosomes
Hypothalamus
48 Homosexualität
Evolutionspsychologie:
- Gene die bei Männern Homosexualität verursachen, erhöchen die
Fruchtbarkeit bei Frauen
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Sexualverhalten der Taufliege
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Sexualverhalten der Taufliege
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Sozialverhalten
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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
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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)
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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
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AVPR1a Gen – Vazopressinreceptor
promotor ORF
Gen der Selbstlosigkeit
egoistisch
selbstlos
46
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Gruppenverhalten
Sozial-Darwinismus
Eugenik
58
Herbert Spencer Francis Galton