Naukowcy z Uniwersytetu w Pittsburghu i KU Leuven odkryli zestaw genów wpływających na kształt głowy u ludzi. Odkrycia te, opublikowane w tym tygodniu w Komunikacja przyrodniczapomagają wyjaśnić różnorodność kształtów ludzkiej głowy i mogą również dostarczyć ważnych wskazówek na temat genetycznych podstaw schorzeń czaszki, takich jak kraniosynostoza.

Analizując pomiary sklepienia czaszki – części czaszki tworzącej zaokrąglony czubek głowy i chroniącej mózg – zespół zidentyfikował 30 regionów genomu związanych z różnymi aspektami kształtu głowy, z czego 29 nie zostało wcześniej opisanych .

„Antropolodzy spekulują i debatują na temat genetyki kształtu sklepienia czaszki od początku XX wieku” – powiedział współautor dr Seth Weinberg, profesor nauk o jamie ustnej i twarzoczaszki w Pitt School of Dental Medicine oraz współdyrektor Centrum Genetyki Czaszkowo-Twarzowej i Stomatologicznej.

„Z pewnych rzadkich chorób na ludziach i eksperymentów na zwierzętach wiedzieliśmy, że geny odgrywają ważną rolę w wielkości i kształcie sklepienia, ale bardzo niewiele wiedzieliśmy na temat podstaw genetycznych typowych cech, które widzimy w ogólnej populacji, takich jak to, co sprawia, że ​​czyjaś głowa jest długa i wąskie kontra krótkie i szerokie. To badanie ujawnia niektóre z kluczowych genów odpowiedzialnych za zróżnicowanie tej części ludzkiego ciała.

Według naukowców jednym z zastosowań lepszego zrozumienia czynników powodujących naturalne zróżnicowanie kształtu ludzkiej głowy może być wykorzystanie danych w badaniach paleoantropologicznych, które mogą rzucić światło na wczesny rozwój współczesnego człowieka.

Weinberg i współpracownicy wykorzystali skany rezonansu magnetycznego (MR) u ponad 6000 nastolatków, aby wyodrębnić trójwymiarowe powierzchnie odpowiadające sklepieniu czaszki. Po podzieleniu trójwymiarowych powierzchni sklepień na coraz mniejsze części anatomiczne i określeniu ilościowym kształtu tych części, przetestowano ponad 10 milionów wariantów genetycznych w poszukiwaniu dowodów na statystyczne powiązanie z miarami kształtu sklepienia.

„Poprzednie badania genetyczne sklepienia czaszki obejmowały niewielką liczbę stosunkowo prostych pomiarów” – dodał Weinberg. „Chociaż takie miary są często łatwe do uzyskania, mogą nie uchwycić cech istotnych biologicznie. W naszej analizie wykorzystaliśmy innowacyjne podejście, które pozwala opisać kształt sklepienia 3D w znacznie bardziej kompleksowy i zniuansowany sposób. Podejście to zwiększyło naszą zdolność do znajdowania powiązań genetycznych .”

Ważnym odkryciem było to, że wiele silnych powiązań ma miejsce w pobliżu genów, które odgrywają kluczową rolę we wczesnym kształtowaniu głowy i twarzy oraz regulacji rozwoju kości. Na przykład warianty genu RUNX2 i jego okolic, głównego czynnika koordynującego rozwój czaszki, powiązano z wieloma aspektami kształtu sklepienia.

Podczas gdy niektóre geny, w tym RUNX2, miały globalny wpływ obejmujący całą kryptę, inne wykazywały bardziej zlokalizowane efekty, które wpływały tylko na określoną część krypty, taką jak środkowe czoło.

Kiedy naukowcy porównali 30 regionów genomu związanych z kształtem głowy u uczestników o europejskim, afrykańskim i rdzennym pochodzeniu amerykańskim, odkryli, że większość powiązań genetycznych była wspólna dla tych różnych grup przodków.

Zdaniem Weinberga, choć badanie skupiało się na zdrowych uczestnikach, jego odkrycia mogą ujawnić ważne wskazówki dotyczące biologicznego podłoża chorób obejmujących sklepienie czaszki.

Jednym z takich schorzeń jest kraniosynostoza, która występuje, gdy kości czaszki łączą się zbyt wcześnie, podczas gdy mózg wciąż szybko rośnie. Bez neurochirurgii kraniosynostoza może spowodować trwałe zniekształcenie, uszkodzenie mózgu, ślepotę, a nawet śmierć. Zespół wykazał, że warianty w pobliżu trzech genów związanych z kształtem sklepienia, BMP2, BBS9 i ZIC2, były również powiązane z kraniosynostozą, co sugeruje, że geny te mogą odgrywać rolę w rozwoju choroby.

„Ten rodzaj badań jest możliwy dzięki dostępności zasobów finansowanych ze środków publicznych” – powiedział Weinberg. „Oryginalne badanie, w wyniku którego wygenerowano te skany MR, koncentruje się na zrozumieniu rozwoju i zachowania mózgu. Dzięki kreatywnemu wykorzystaniu tych zasobów udało nam się poszerzyć odkrycia poza pierwotny zakres”.