Genetyka molekularna

Genetyka molekularna zajmuje się przede wszystkim analizą zmienności wewnątrzosobniczej i poszukiwaniem genów odpowiedzialnych za ujawnie-nie się alkoholizmu. Strategie badawcze dominujące w genetyce molekular-nej zalicza się do tzw. strategii „wstępującej”, polegającej na przechodzeniu w kolejnych etapach badań empirycznych od analizy genomu ludzkiego, poprzez wskazanie zmiennych pośredniczących do identyfikacji zachowań, za które konkretny gen jest odpowiedzialny (Iacano, Malone, McGue, 2003).

Najważniejsze prace w tym obszarze dotyczą poznawania układu i znaczenia genów, procesów kodowania informacji genetycznej w cząsteczkach DNA czy mechanizmów ekspresji genów. Odkrycie genu odpowiedzialnego za al-koholizm stałoby się spektakularnym i ekscytującym wydarzeniem w obsza-rze badań nad uzależnieniem. Jednak złożoność i różnorodność fenotypowe-go obrazu choroby alkoholowej w zasadzie wyklucza istnienie specyficznefenotypowe-go miejsca genowego odpowiedzialnego za zaburzenia związane z używaniem alkoholu. Postępy w mapowaniu ludzkiego genomu stwarzają jednak na-dzieję na zwiększenie wiedzy o specyficznych genach przyczyniających się do podatności na alkoholizm.

Podstawowym zadaniem badań z zakresu genetyki molekularnej jest próba określenia udziału czynników genetycznych w genezie zaburzeń związanych z używaniem alkoholu. W tym celu wykorzystuje się trzy główne strategie, tj. badania skojarzeń, metodę powiązań i badania na modelach zwierzęcych.

Badanie, jako jedna z najstarszych metod identyfikacji genów, polega na porównywaniu częstości wystąpienia alternatywnej formy genu lub mar-kera genetycznego (tzw. allela) w grupie osób cierpiących na alkoholizm i grupie kontrolnej. Istnieją dwa mechanizmy wystąpienia skojarzenia ge-netycznego: (1) gen podatności na zaburzenie, czyli gen kodujący białko odpowiedzialne za wystąpienie np. alkoholizmu oraz (2) tzw. „nierówno-waga powiązania” polegająca na bliskim fizycznym położeniu niekodują-cego markera genetycznego i regionu chromosomu odpowiedzialnego na podatność na daną chorobę, np. alkoholizm. Poszukiwanie genów odpo-wiedzialnych za alkoholizm metodą skojarzeń prowadził Blum z zespo-łem (1990). Ich badania potwierdziły silny związek między alkoholizmem

a specyficznym allelem (A1) kodującym ważny rodzaj receptora dopaminy (D2) różnicującego grupę alkoholików (69%) i niealkoholików (20%). Po-czątkowo sądzono, że odkrycie to może sugerować istnienie pojedynczego genu odpowiedzialnego za wystąpienie większości przypadków choroby alkoholowej. Współczesne badania empiryczne doprowadziły jednak do wniosku, że cechą charakterystyczną różnicującą porównywane grupy kli-niczne (alkoholicy) i kontrolne (ludzie zdrowi) nie jest występowanie allela A1, a częstość występowania allela A2 (Hill, Neiswanger, 1997). Wskazuje to bardziej na chroniącą funkcję allela A2 niż zwiększone ryzyko alkoholi-zmu w przypadku allela A1.

Postępy genetyki molekularnej sprawiły, że udało się zidentyfikować geny odpowiedzialne za metabolizm alkoholizmu (ADH i ALDH). Jest to o tyle ważne, że geny kodujące funkcjonalnie odmienne formy dehydrogenazy al-koholowej (ADH) i dehydrogenazy aldehydu octowego (ALDH) są poten-cjalnie ważnymi czynnikami wywierającymi specyficzne wpływy genetyczne na zachowania związane z piciem. Odkryto, że istotne znaczenie ma prosta punktowa mutacja w obrębie mitochondrialnej formy izoenzymu odpowie-dzialnego za rozkład aldehydu octowego w komórce (ALDH2), która prowa-dzi do niedoboru aktywności tego enzymu. Jak wykazały badania, niedobór ALDH2 występuje tylko w populacjach południowoazjatyckich¹ i ma działa-nie chroniące przed alkoholizmem (Harada, Argawal, Goedde, Tagaki, Ishi-kwa, 1982) poprzez wystąpienie reakcji napadowego zaczerwienienia skóry twarzy, uderzenia gorąca i pocenia się po spożyciu nawet niewielkiej ilości etanolu (Higuchi, Parrish, Dufur, Kowle, Harford, 1994). Reakcje ochronne związane z niedoborem dehydrogenazy aldehydu octowego mogą być prze-łamane przez czynniki kulturowe. Jak wykazały badania Higuchi i współ-pracowników (1994), hamujący efekt niedoboru tego enzymu (ALDH2) uległ zmniejszeniu, gdy w Japonii wzrosło spożycie alkoholu w przeliczeniu na jednego mieszkańca, a japońska kultura w większym stopniu zaczęła ak-ceptować konsumpcję alkoholu. Aktualne badania zmierzają do wykazania związków między aktywnością enzymu ALDH2 a oczekiwaniami względem alkoholu i zachowaniami alkoholowymi. Rezultaty są dość obiecujące, bo-wiem grupa Azjoamerykanów z enzymem ALDH2 odznaczała się bardziej negatywnymi oczekiwaniami wobec alkoholu, co wyjaśniało częstość i wiel-kość jednorazowo wypijanych dawek alkoholu (por. Hendershot i in., 2009).

Skojarzenie ALDH z ochroną przed ekspresją alkoholizmu stanowi użytecz-ny model pokazujący, w jaki sposób geużytecz-ny mogą wpływać na końcowy efekt zachowań związanych z alkoholem. Oznacza to, że geny związane z

alkoholi-1 Częstość występowania kopii allela ALDH2-2 w u osób pochodzenia japońskiego czy chińskiego wynosi 30 – 50%, a w pozostałych populacjach 0% (Agarwal, Goedde, 1989).

zmem mogą być czynnikiem ryzyka popychającym w kierunku uzależnienia lub czynnikiem ochronnym pobudzającym zachowania abstynenckie.

Badania metodą powiązań całego genomu ludzkiego stały się standardo-wą metodą poszukiwania miejsc genowych odpowiedzialnych za podatność na zaburzenia o złożonym fenotypie, np. alkoholizmu, schizofrenii. Analiza powiązań jest procedurą statystyczną, której celem jest identyfikacja skojarzeń między markerem genetycznym a badanym zaburzeniem. Dwa geny powią-zane fizycznie, czyli zlokalizowane obok siebie na tym samym chromosomie występujące w obrębie jednej rodziny oznaczają istnienie odpowiedzialnego za podatność na dane zaburzenie miejsca genowego położonego w pobliżu markera. Dzieje się tak dzięki zwiększonemu prawdopodobieństwu, że geny położone blisko siebie pozostaną bliżej siebie podczas mejozy niż te, które są zlokalizowane w pewnej odległości. Należy przy tym podkreślić, że metoda powiązań oznacza korelację między alkoholizmem a markerem w danej ro-dzinie, a nie w całej populacji. Metoda powiązań jest bardzo obiecująca, gdyż może dostarczyć przekonujących dowodów na genetyczną podatność na al-koholizm. Odkrycie lokalizacji specyficznych genów odpowiedzialnych za to zaburzenie pozwoli również na indywidualną identyfikację osób, które są w grupie ryzyka. Aktualnie, rozróżnienie dzieci alkoholików genetycznie po-datnych na alkoholizm od tych, które podatności nie odziedziczyły, nie jest możliwe. Ostatecznie wiedza na temat specyficznego położenia genów odpo-wiedzialnych za alkoholizm może mieć ogromne znaczenie dla profilaktyki i terapii.

Aczkolwiek metoda analizy powiązań w przyszłości może dać bardzo znaczące rezultaty, współcześnie żaden z przeanalizowanych markerów nie spełnia kryteriów istotności powiązań (Reich i wsp., 1998; Plomin, 2001). Naj-bardziej przekonujące dowody (jednak nie do końca potwierdzone) wskazu-ją na chromosomy 1, 2 lub 7 jako te miejsca genowe, które zwiększawskazu-ją ryzyko alkoholizmu. Jednocześnie też (podobnie jak działanie allela A2) wskazano na lokalizacje genu chroniącego przed alkoholizmem na chromosomie 4 (por. McGue, 2003). Mimo coraz częstszych doniesień o związkach między konkretną lokalizacją chromosomalną a występowaniem alkoholizmu, żad-nego badania nie udało się w sposób jasny i wyraźny powtórzyć. Nadal nie ma przekonujących dowodów na istnienie specyficznego miejsca w ludzkim genomie odpowiedzialnego za nadużywanie i uzależnienie od alkoholu.

Badania genetyczne nad alkoholizmem na ludzkim genomie mają, oprócz oczywiście finansowych, również metodologiczne i etyczne ograniczenia.

Stąd poszukiwanie innych alternatywnych metod analiz. Jedną z nich są ba-dania genetyczne na zwierzętach, które dzięki ścisłej kontroli nad sposobami hodowli oraz warunkami wychowywania zwierząt umożliwiają sprawdze-nie, czy istnieje wpływ dziedziczności na fenotypy behawioralne związane

z nadmiernym piciem alkoholu. Udało się ustalić, że pewne efekty działania alkoholu (akceptacja etanolu, metabolizm, wrażliwość, tolerancja i podatność na występowanie objawów odstawienia) (McClearn, Kakihana, 1981; Crab-be, Belknap, Buck, 1994) mogą być kontrolowane przez czynniki genetyczne.

Ponadto, dostępność tak wyselekcjonowanych do badań eksperymentalnych zwierząt pozwala na analizę biologicznych mechanizmów pośredniczących w genetycznej transmisji efektów nadużywania alkoholu (McGue, 2003).

Trafność odniesienia modeli zwierzęcych do rozumienia ludzkiego alkoho-lizmu jest współcześnie sprawą otwartą, która może zadecydować o podo-bieństwie między ludzkim alkoholizmem a charakterystyką wybranych linii hodowlanych (głównie gryzoni). Oczywiście modele te nie są w stanie od-zwierciedlić wszystkich motywacyjnych i poznawczych aspektów picia alko-holu przez ludzi, jednak podstawowe działanie biochemiczne, fizjologiczne i farmakologiczne etanolu są prawdopodobnie podobne u różnych gatun-ków. W przyszłości istnienie dobrze poznanych modeli zwierzęcych może okazać się istotne dla identyfikacji miejsc genowych odpowiedzialnych za podatność na alkoholizm oraz dla zapewnienia układu doświadczalnego do badania efektów działania zidentyfikowanych genów.