Genetyczne aspekty uzależnienia od narkotyków. Część I. Struktura genotypu a podatność na uzależnienie

Bogdan

Szukałski

Genetyczne aspekty

uzależnienia

od narkotyków.

Część

I. Struktura genotypu a

podatność

na

uzależnienie

Wstęp

Uzależnienieod narkotyków jestciężką, przewlekłą nawracającą chorobą mózgu charakteryzującą się przymusem poszukiwania i przyjmowania narkotyków mimopełnej świadomościtego konsekwencji.Według

szacunków WHO 2 miliardyludzi naświecie nadużywa alkoholu, 1,3 miliarda stosuje tytoń, a 185 milionów

nadużywa innych substancji psychoaktywnych. Wyda-nieIV..Oiagnosticand StatisticalManual ot Mental O i-sorders" (OSM-IV) za uzależnioną od narkotyków uznajeosobę, u której w okresie 12miesięcy występu­ jątrzy lubwięcejzsześciu następujących objawów kli-nicznych:

•konieczność przyjmowania wzrastających dawek narkotyków w celu osiągnięcia pożądanych efek-tów (euforia, pobudzenie itp.)lubwyrażne stopnio-we zmniejszanie sięefektu narkotyku przyjmowa-nego w niezmienionejdawce(tolerancja);

•charakterystyczne,cięż ki eobjawywystępujące po odstawieniu narkotyku (objawy odstawienne albo abstynencyjne);

• wielokrotnie podejmowane nieudane próby prze-rwania przyjmowania narkotyku,zmniejszenia jego dawki lub kontrolowanego przyjmowania (nieuda-na kontrola);

•niemożnośćkontynuowaniaważnych działań spo-łecznych i zawodowych (zaniedbanie obowiąz­ ków);

•poświęcanie większości czasu na zdobywanie i przyjmowanie narkotyków oraz usuwanie skut-ków ich stosowania (uwaga skupionawyłączniena narkotykach);

• przyjmowanie narkotyków mimo poważnych so-matycznych i psychologicznych problemów, jakie narkotyk wywołujelub powodujeich zaostrzenie.

Wedługtego samegoźródła zaosobę nadużywają­ cąnarkotyków uznawana jest osoba,u której w ciągu 12miesięcy występujejeden z czterechponiższych ob-jawów:

• systematyczne przyjmowanie narkotykuwywołują­ ce stanniezdolnościdowypełniania ważnych obo-wiązkóww pracy,szkole i rodzinie;

40

•stałe przyjmowanie narkotyku w sytuacjach nie-bezpiecznychi ryzykownych;

•powtarzające się problemy prawne związane z przyjmowaniemnarkotyku;

• nieprzerwane przyjmowanienarkotyku mimo upo -rczywych lub nawracających społecznych lub i n-terpersonalnych problemów wywołanych lub u

le-gającychnasileniupodwpływemnarkotyku [l]. Nadużywanienarkotyków iuzależnienieod nich sta -nowi bardzo poważnyproblem społecznyi zdrowotny. Poznanie mechanizmu działania narkotyków na orga-nizm ludzki oraz powstawania uzależnienia sąod daw-na przedmiotem intensywnych badań, które wykazały, że istotną rolęw procesieuzależnienia odgrywają neu-roprzekażniki i ich receptory oraz tzw. układ nagrody (reward system),jednakże dokładnyprzebieg tego pro-cesu nadal pozostaje nieznany.Układ nagrody,zwany równ ież mezolimbicznym układem dopaminowym,

ukształtował się w procesieewolucji po to,byczłowiek po zaspokojeniugłodu, pragnienia lub po akcie seksu-alnym - czynnościach biologicznie niezbędnych do przetrwaniai przekazania genów potomstwu - od

czu-wał satysfakcjęichciałteczynności powtarzać[2]. Układnagrody jest rozległą sieciąneuronalnąobej

-mującąszeregośrodkównerwowych iłącząceje drogi nerwowe. W jegoskład wchodzą:

- grupa neuronów dopaminowych w nakrywce brzusznej śródmózgowia (ventral tegmental area

- VTA). Są one wrażliwe na stymulujący neuro-przekażnik ośrodkowego układu nerwowego (OUN) - glutaminian;

- jądro półleżące (nucleus accumbens - NAc) zlo-kalizowane poniżej kory czołowej i zawierające neurony GABA-ergiczne, które wydzielają kwas y-a mi n o m asłowy, neuroprzekażnik hamujący czynność OUN. Kontroluje onaktywność układu dopaminergicznego;

- brzuszno-przedniaczęść jądraogoniastego; - ciało migdałowate (corpus amygdaloideum,

amygdala) leżące w biegunie płata skroniowego i stykające się z jądrem ogoniastym. Odgrywa ważna rolęw kojarzeniubodżcóworaz w rozwoju pamięci emocji;

- kora przedczołowa (prefrontaf cottex; odpow

ie-dzialna za pamięć operacyjną i rozpoznawczą oraz wyższe funkcje poznawcze włączające pro

-cesy przewidywania, planowania i samokontroli [3];

- hipokamp (hippocampus, róg Ammona) - część kory wpuklonadoświatłakomory bocznejwob rę­

bie jej rogu skroniowego.Uczestniczy w rozwoju

pam ięcideklaratywneji przestrzennej oraz w p ro-cesach uczenia;

- prąż kowi e (striatum), którego funkcja polega na

retransmisjido korysygnałów napływającychz in

-nych ośrodków.

W funkcjonowaniu układu nagrody uczestni cz ą cztery szlaki neuroprzekażni kowe: serotonine rgiczny, któregoneurony wydzielająserotoninę(5HT), o

pioido-wywytwarzający endogenne opioidy (enkefaliny, /3-en

-dorfiny i dynor/iny), dopaminergiczny zneuroprzekaż­

nikiemdopaminąiGABA-ergicznyzkwasemy-ami no-masłowym (GABA). Two rzą one tzw. kas kad ę nag ra-dzającą(reward cascade),wktórejserotonina

aktywu-je neurony opioidowe, a wydzielane przez nie

endo-genne opioidy hamują uwalnianie kwasu y-

aminoma-słowego. Rola GABA w układz ie nagrody polega na kontrolowa niu aktywności neuronów do

paminergicz-nych i uwalnianiaprzeznie"cząsteczek przyjem ności" jak niektórzy określają dopaminę. Zmniejszenie sku-teczności tej kontroli przez hamujące działanie en do-gennych opioidów skutkuje zwiększo nąsekrecjąd opa-miny i poprawą nastroju (euforią). Szczególną rolę

w funkcjonowaniu układu nagrody odgrywa odcinek drogidopaminergicznej z pola brzusznego nakrywkido jądrapółleżącego zwany szlakiem mezolimbicznym .

Naturalne, fizjologicznepobudzenieukładunagrody polega na umiarkowanym, krótkot rwałym uwalnianiu

dopaminyz neuronów VTA do szczelin synaptycznych (synaps)oddzi elającychte neuronyodneuronó wjądra

pólleżącego. Narkotyki zakłócają prawidłowy rytm funkcjonowania układu nagrody, przejmują nad nim

kontro lęiwywoł ują stymulację sekrecjidopaminyzsi

-łą wielokrotnie większą niż jakiekolwiek bodżce na

tu-ralne, doprowadzając do gwałtownego wzrostu stęże­

nia neuroprzekażnika w synapsach. Hipoteza o "

ze-spole deficytunagrody"zakłada,żeosobnicy,u których

występuje dysfunkcja jednego lub więcej elementów składających się na układ nagrody doznają mniejszej (niedostatecznej) satysfakcji z naturalnych bodżców nagradzającychimająskłonnośćdonadużywan ia n ie-naturalnych czynników stym ul ujących układ nagrody,

takichjak alkohol i narkotyki.Końcowym efektem syn-dromu deficytu nagrodymoże być uzależn ien ie .

Ostatniojednak badaczezajmujący się problema

ty-ką uzależn ień coraz częściej zwracają uwagę na rolę,

PROBLEMY KAYMINAlISTYKI273(3) 2011

ja ką w patogenezie tychschorzeń od grywaj ą czynniki

genetyczne,któresą przyczynązindywidualizowany ch

różniczarównowpodatnościnainicjacjęprzyjmowania

narkotyków, jak i w przechodzeniu z nadużywani a w stanuzależnienia[4].

Podstawowe pojęci a i terminygenety czne

Somatyczne komórki ludzkiezawie rają 46c

hromo-somów(23 pary):22 pary,jednakowe umężczyzni

ko-biet, noszą nazwę autosomów, a pozostała para to chromosomy piciowe (XX u kobiet i XY u mężczyzn).

Redukcyjnypodziałkomórki,w wyniku któregopowst

a-ją komórki płci owe mające haploidalny (zmniejsz ony opołowę) zestawchromosomów,nosinazwę mejozy.

Chromosomy różnią się wielkością i zawartością DNA. Ludzki chromosom oznaczony numerem 1 jest największyi najbogatszywDNA,zawiera 250x106 bp

(basepairs - parzasad),a chromosom23 - najmniej

-szy,zawieranajmniejDNA (50x106bp).

Zasady purynowe i pirymidynowe, tworzące pary

włańcuchu polinukleotydowym (DNA),to adenina (A)

itymina (1)oraz guanina(G) i cytozyna(C).Miarąw iel-kościgenów (d ług ości fragmentów DNA)jest kb (ki /o-base- tysiącpar zasad).Jedn ostką1000razywię kszą

jestMb (megabase- milionparzasad),wprzybliżeniu

równa 1 centymorganowi (cM).

Centy mo rgan - miara odleg łości mi ędzy genami.

Odległość genetyczn ąmiędzymiejscamigenowymi le -żącym inatym samymchromosomie mierzysię często­ ścią zachodzenia rekombinacji między nimi. 1 centy

-morganodpowiada 1%częstościrekombinacji.Mak sy-mainy odsetek rekombinacjimię dzydwoma lociwy

no-si50,cooznaczacał kowity brak sprzężenia . Or ienta-cyjniecentymorgan bywaprzeliczany nafi zyczn ąo

dle-głość jednego miliona nukleotydów,jednak relacja ta jest zachowana tylko dla małych odległości g

enetycz-nych.

Gen- odcinekłańcucha DNA, w którym kolejność

ułożenia nukleotydów stanowi informację genetyczną

ozdolności organizmu do syntezyokreślonych białek. Ekson - odcinekcząsteczki DNA(sekwencji

nukle-otydów) kod ujący aminokwasy wchodzące w skład cząsteczki białka .

Int ron - sekwencja nukleotydów niezawierająca istotnych informacji ;niekodującyodcinekgenu.

Loc us genu - pozycja zajmowana przez gen wchromosomie.

Alle l - jedna z wersji genu w określonym miejscu

(Iocus)na danymchromoso miehomologicznym.Allele tego samego genu róż n i ą się jednym lub kilkoma nu-kleotydamiiwywoł ująodmienneukształtowan ie tej sa-mej cechy.Występowa nie więcej niż jednej wersji da-negogenuokreśla się jako polimorfizm [5J.W danym

organizmiemogą występowaćtylko2 allele,natomiast wpuligenowej populacji możebyćich wiele.

Marker - sekwencja DNA, której chromoso malna lokalizacja została dokładnie określona i która dzi ęki temumoż e być użyta w analizie sprzężeń do identyfi-kacjigenu.

Cecha autosomaina recesywna- ujawniasię,gdy jej nośnikiem sąobageny.

Cecha autosomaina dominująca- dojej uja

wnie-nia wystarczyjeden gen (alieI)noszący tę cechę.

Genotyp - zespół genów danego osobnika różny od genotypów innychosobnikówtego gatunku ,

warun-kującyjegowłaściwości dziedziczenia.Identycz ne ge-notypymogą miećjedyniebliżn iętajednojajowe.

Fenotyp- zespółcechorganizmu,którychpoj awie-niesięi sposób ekspresjiokreś lonyjestprzezdziałanie

czynników genetycznych iśrod owis kowych.

Genom - haploidalny zespół chromosomów jądra

komórkowego, obejm ujący charakterystyczny dla da-negogatunkuzes pół genów.

Genom każdej komórki ludzkiej skład a się z ok. 3 miliardówparzasad(3 x 109bp).Jedengenskładasię zokoło3000par zasad (3 x 103bp),awięcz par za-sad występujących w ludzkim genomiemoż e powstać około1 milionagenów(3 x 109:3 x103 =106).W rze

-czywistości genów tych jest około 100 000 (105), a z tegotylko ok.30 000 koduje białka.

We wszystkich tkankach ulega ekspresji tylko ok. 20% genów. Są totzw.geny metabolizmu podstawo-wego (housekeepinggenes ), a 80%genówulegaeks

-presjitylko wniektó rychtkankach.Szczególnąpozycję zajmuje wśródnich tkanka mózgu,w której ulega eks-presjiok.50%wszystkichgenów,ale

n

a

razie nieuda

-ło sięichzidentyfikowaćanipoznaćichfunkcji. Polimorfizmpojedyn czychnukleotydów (singlen uc-leotide polymorph ism- SNP)to zastąpien ie pojed yn-czego nukleotydu wsekwencji łańcucha nukleotydó w

składających się na cząsteczkę DNA.Zmiany polega-jące na zastąpien iu jakieg oś nukleotydu w łańcuchu polinukleotydowym mogą nie wpływać na funkcj ę ge-nów,ale służą badaczom do wykrywania (s ąsiad

ują-42

cych znimi) ważnych właściwości, jak np. pod atnoś ć nauzależnienie.

W przyjętym ogólnie sposobie oznaczania chromo

-somalnej lokalizacjigenów podajesię numerchromo -somu (pierwsza cytra oznaczenia), ram ię chromoso

-mu:krótkie(p)lubdługie(q),anastępnieliczby charak

-teryzujące region, prążek i subprążek na ramieniu

chromosomu. Sub p rążki są widoczne tylko w długich chromosomach przy zastosowaniu techniki wysokiej rozdzielczości prąż kowej. Numer sub prążka oddziela

sięodnumeracjiprążkowejzapom ocąkropki.Na

przy-kład zapis lokalizacji genu kodującego lipazę monogl i

-cerydów(MGLL) wygląda tak: 3q21.3 i oznacza chro-mosomtrzeci,długie ramię, region drugi,prążek pierw-szy,subprąż e ktrzeci[1].

Metody badania relacji getotyp - fenotyp

Istnieje zasadnicza róż nica między chorobami jed-nogenowy mi będącym i wynikiem mutacji w pojedyn-czym genie (np. mukowiscydoza, fenyloketonuria)

i chorobamiwielogenowymi, którychpatologiaokreślo­

na jestprzez wiele locigenowych, atakże przez inte-rakcjemiędzyposzczeg ólnymi genami iśrod owis k i em

biologicznym.Nad używan ienarkotyków ibę dącejego konsekwencją uzależnieni e należydotejdrugiejgrupy. Nie mawięcjednego genu,któregowpływ byłbyna ty

-le mocny,bywywołać uza leżnie ni e.Podatnośćna uza-leżnien iepowstaje w wynikudziałania całego szeregu genów [6]. Brak prostejzal eż nościfenotypu od genoty-pu bardzoutrudniaidentyfi kacjęgenówwaru nkujących

te choroby. Poznanie etiologii chorób wielogenowych wymaga ustalenia, jakie geny uczestn iczą w powsta-waniufenotypu, wykryciapotencjalnie szkodliwych mu-tacji,atakż e ok reśleniawzajemnych interakcjimiędzy

poszczególnymigenamiorazmiędzygenamiiśrodowi­ skiem.

Pierwszych dowodów na genetyczne uwarunkowa-nia zjawiska nadużywania narkotyków i procesu

uza-leżnieniaodnichdostarczyły badanianad bliżn i ętam i. Obserwacja bliżniąt jednojajowych wychowywanych oddzielniepomogł a rozst rzygnąć, czy za daną cech ę odpowiad ają geny czy wychowanie.Badania ad opcyj-neop ierają si ę na porówn ywaniupotomstwa rodziców biologicznychzdziećm i adoptowany mi.Podobi eń stwa międ zy dzi ećm i i ich biologicznymi rodzicami mogą wskazywać na ich genetyczna przyczynę, natomiast podobieństwamiędzy dziećmii rodzicami,którzyje ad

-optowali wskazują na wpływ czynników środowisko­ wych,przyczymśrodowiskojest tupojęciemszerokim, obejmującym wszystkie zdarzeniai procesyzachodzą­ cewciągużycia, przebyteinfekcje,wychowanieitp.

Jednymizpierwszych badaczy tychzal eżności byli Goodwini in.[l j. Poddali oni badaniu55chłopców,któ

rych jedno z rodziców było uzależnione od alkoholu,

adoptowanych 6 tygodni po urodzeniu i niemających potemżadnegokontaktu ze swymibiologicznymi rodzi

-camioraz 78 dzieciadoptowanych,stanowiących gru-pę kontrolną . Rodzice adoptowanych dzieciz obu grup reprezentowali podobne warunki socjoekonomiczne.

Osobnicy z grupy pierwszej kilkakrotnie częściej niż zgrupy kontrolnej(18% do 5%) ulegaliuzależni eni uod alkoholu, byli leczeni zpowodunadużywani aalkoholu (95%do 1%), przebywali na leczeniu psychiatrycznym

(15% do 3%). Wskazuje to, że czynniki genetyczne

mogą odg rywać ważna rolęw rozwojuuzależnien iaod alkoholu lubzaburzeń psychicznych.

Cadoret i in. [8J badali adoptowane dzieci (242 chłopcówi 201 dziewczyne k), którychbiologiczni rodzi-cewykazywalipostawyaspołecz n e imieliproblemya l-koholowe. Obci ąże n i a rodziców zwiększają znacznie ryzyko postaw aspołecznych u dzieci, a to z kolei zwiększa prawdopodobieństwo stosowania i naduży­

wania narkotyków.

Porównanie wyników uzyskanych dla chłopców i dziewczynek wskazuje, że zarówno czynniki gene

-tyczne,jak iśrodowis kowe wywi erają podobny wpływ na obiepłci e. W rodzinach zdziećmiadoptowanymita

-kieczynnikiśrodowiskowejak rozwód rodzicówlub ich zaburzenia psychiczne sprzyjają sięganiu przez dzieci

po narkotyki ipredysponujądo ich nadużywania. Bierut i in. [9J stwierdzili,że rodzeństwo osób uza

-leżnionychod alkoholuwykazuje podwyższonywskaż­ nik podatności na uzależnienie od alkoholu (49,3-50,1% dlamężczyzni22,4-25%dla kobiet).P o-dobnie wbadaniu 1267 do rosłych krewnychp ierwsze-go stopnia 231probantów' uzal eżnionych odopiatów, kokainy, kannabis i/lub alkoho lu Merikangas i in. [10J stwierdzili ośmiok rotn ie większe ryzyko nadużywan ia narkotyków. U dzieci , których jedno z rodziców było

uz a le żnion e od alkoholu, występuje pięciokrotny wzrost ryzykaalkoholizm u.

Badania bliżniąt i dzieci adoptowanych były pi erw-szym etapem poznawania etiologii zaburzeń wywoły­

wanych przez narkotyki,wykazującw tym rolę podłoża genetycznego. Nie wyjaśniły jednak, które składniki genomu uczestniczą w tychprocesach isą za nie od-powiedzialne. Odpowiedż na to pytaniewymaga obję­ cia badaniami wielu genów, których poszukiwanie i identyfikacjasą trudnezewzględ u nazłożonyu ludzi

• Probant - osobnik,u któregowystąpiładanacech,np. chorobagenetyczna. od którego rozpoczynasięanaliza ro do-woduwcelu ustalenia sposobu dziedziczeniatejcechy. Ana-liza obejmuje zarówno pokolenie rodzicielskiejak i potomstwo wstosunku do probanta[6].

PROBLEMY KRYMINALISTYKI 273(3)2011

uz ależ n i o n yc h charakter relacji genotyp - środowisko oraz patologicznemodele ichzachowań.

Najczęściej stosowaną techniką poszukiwania g e-nów odpowiedzialnych zajakąś chorobę lub niepraw

i-dłowość jest ustalenie asocjacji genetycznych, czyli

statystycznieistotnegowspółwystępowaniaanal izowa-nejcechy fenotypowej z dobrzeznaną cechą nazywa-ną markeremgenetycznym [11].

Badania asocjacyjne poleg aj ą na ustaleniu, czy wdużejpopulacjiokreślonacechaiallelwystępująr ze-czywiście częściej niż w populacji traktowanej jako kontrolna. Na przykład porównuje się w grupie osób uzależnionych inieuzależn ionych odjakiegoś narkoty-ku (lub zachowania) częstość wariantów pol imorficz-nych, których funkcjawiąże się potencjalnie z pa toge-nezą uzależn ienia .

Badania asocjacyjne dotyczyły do niedawna n ie-wielkiej liczby SNP-ów w genach kandydujących . Obecnie,dzięki opracowaniu nowych metod genotypo-wania,prowadzi siębadania asocjacyjne całego geno-mu (genome-wide association studies - GWAS). Ich

celem jest wyszukiwanie zależności między genem i fenotypem przez jednoczesne porównanie setek ty -sięcy wariantów genu w próbkach DNApobranych od bardzo licznych grup osobników.

Sprzężeniegenetyczne(geneticlinkage)to wspólne

dziedziczenieposzukiwanegogenu zokreślonym mar-kerem [12]. Analiza sprzężeń(linkage analysis)ocenia prawdopodobieństwo, że marker genetyczny usytu-owany w sąsiedztwie wariantu genu wywołuj ącego zmiany funkcjonalne,występuje częściejudotkn iętych zmianą krewnych. Jednym ze wskaż n ików określają­ cych sprzężenie między dwoma markerami jestpa ra-metrznany jako LOD(logarithm olthe odds),czyli lo-garytm dziesiętny ze stosunku prawdopodobieństwa sprzężenia dwóchlocido prawdopodobie ństwa , że /0-cite niesą sprzężone. WartośćLOD>3,awięcst osu-nekprawdopodobie ń stwa 1000: 1 nakorzyśćsp rzęże­ nia dwóchleci wskazuje naistnieniesprzęż en i ama rke-rai poszukiwanego genu.Analizasprzężeńrzadko do-prowadzado izolacjipojedynczegogenu,zawężajedy -nie pole poszukiwań do niewielkiegoregionu genomu.

W chorobach wielogenowych,takich jaknadużywa­ nienarkotyków iuzależnienieod nich,strategiaopiera się na badaniach asocjacyjnych genów kandydują­ cych, które obej m uj ą badanie markerów polim orficz-nych wob rębie poszczególnych genówwytypowanych

w związku z tym ,że defekt ich funkcji przejawia się w postaci choroby. Przykładem genu kandydującego

może być, np.gen receptora DRD2 dla dopaminy,ze względu na rolę, jaką w uzależnieniu od nikotyny od-grywa pobudzenieprzeztę su bstancjędopamin ergicz-nego układ u nagrody, albo gen CYP2A6 wpływający naszybkość metabolizmunikotyny.

Analizagenówkandyd ującychpomaga w i dentyfika-cji genetycznego podłoża choroby kompleksowej za po mocąbadania genów, co do których istnieje u zasad-nione domniemanie,że bio rąudziałw etiologii tej cho -roby.

Metody stosowane we współczesnej genetyce p

o-zwalają na id entyfi kację, izolację iokreślenie poziomu

ekspresji wielu genówrównocześnie. Metoda macierzy DNA (DNA microarray,biochip DNA)możewdoświad­ czeniu wykonanym na jednej macierzy dosta rczyć wbardzokrótkimczasie informacjiotysiącach róż nych genów.Technika ta ma zastosowanie do identyfikacji sekwencji ,polimorfizmówiok reś laniapoziomuekspre -sji genów.Pozwala onawyko naćbłyskawiczn ąana lizę sekwencji wielkiej liczbycząsteczekDNA ikomputero -we przetworzenie uzyskanych wyników.Dajeto możli­ wość monitorowania na pojedynczej płytce znacznej części genomu, obserwowania aktywności tysięcyge -nówi wnioskowania ointerakcjachmiędzy nimi[5].

Technika pokazu różnicującego (mRNA differential display) służydo identyfikacji ianalizyzmian ekspresji mRNA w komórkacheukariotycznych. Pozwala anali -zować różn ice w ekspresji genów, może więc pomóc zarówno w identyfikacjinowych genów,jaki wbadaniu ich funkcji.

Metody te opierają się na podstawowej własności DNA,tzn. komplementarności zasad (A-T, G-C) oraz trzechstandardowych metodach biologiimolekularnej:

hybrydyza cji,klonowaniu iłańcuchowejreakcjipo lime-razy (p olymerase cnein reaction - PGR).

Jednoniciowe kwasy nukleinowe o komplementar -nych sekwencjachmogąłączyć się,tworzącdwu nicio-we hybrydy w procesienazywanym hybrydyzacją . I

st-nieje możliwość powstawania następujących hybryd:

DNNDNA,DNNRNA iRNNRNA.Tę właściwośćkwa -sów nukleinowych wykorzystuje sięwtechnikach ana-litycznych stosowanych do wykrywaniaspecjalnych se-kwencjiDNA wzłoż o nych mieszaninach.

Klonowanie służy do wyizolowania jednego frag -mentu DNA (fragmentu genu)spośród wielu milionów innych i skopiowaniu go w komórkach bakteryjnych w ilości ac h wysta rczających do szczegółowej analizy umoż l iwiaj ącej badanieich a rakterysty kę.

Łańcuchowa reakcja polimeryzacji (PGR)służy do replikacjidużych ilościwybranychsekwencji DNA.Na

-mnożoneg o DNA można użyć do sekwencjonowania

jako sondyw hybrydyzacji albo wykorzystaćdo klono

-wania.

Procesy kontrolujące ekspresję genów w komór-kach mózgowych (neuronach) są bardzo złożone. Szczególną rolę w tych procesach odgrywaduża gr u-pa białe k związanych z DNA- tzw.czynników tr ans-krypcyjnych,którewiążąsięzespecyficznymis ekwen-cjami (odcinkami) DNA w regulacyjnych regionach

44

pewnych genów iw ten sposóbzwiększająlubzmniej -szają szybkość, z jaką geny te ulegają transkrypcji. Zdolnoś ćczynnikówtranskrypcyjnych doregulacji e ks-presji genów moż e zmieniać się w wynikufosforylacji zachodzących pod działaniem róż nych typów kinaz białkowych. Przykładem może być GREB (c-AMP re-sponse element binding protein),któregozdolność re

-gulowaniatranskrypcji kontrolowana jest przez kinazę

białkową zależną od c-AMP lub jonów wapniowych.

Poznanie czynników transkrypcyjnych jest ważnym krokiem w wyjaśnianiu molekularnych mechanizmów, za poś red n ictwem których narkotyki zmieni ają e kspre-sjęspecyficznych genóww poszczególnychtypachko -mórek (struktur)nerwowychi w ten sposóbwywołuj ąfi -zyczne i psychiczne uzal eż ni enie. Poznanie struktury ludzkiegogenomuumożliwiło identyfikacjęgenów,k tó-rewykazujązmiennypoziomekspresjiu osób przyjmu-jących narkotyk i.

Ważnym uzupełnieniem badań prowadzonych na osobach nadużywającychnarkotykówlub odnich

uza-leż nio nych są eksperymentyz użyciem zwierząt labo-ratoryjnych, które dosta rczają informacji trudnych lub niemożl iwychdouzyskania w inny sposób.

Systematyczn a hodowla myszy dostarcza wielu szczepów,co ułatwia dokładną ge n etyczną charak te-rystykęzwierząt, poznanie nietylko mysiego genomu,

alerównieżróżnicmiędzyposzczególnymiszczepami.

Myszy tegosamego szczepu mająidentyczny genotyp ibardzo podobne fenotypy,podczas gdy różne szcze-py mają różne genotypy,wykazują więc także różne fenotypy.Różnice występujące między szczepami d o-starczają modeli do badania analogicznych różnic

u ludzi,gdzie małżeń stwa międzykrewniakamisąbar -dzo rzadkie. Porównawcze badania różnych szcz e-pów mysich,które ujawniają genetyczne róż nice tłu­

maczącezmiany w fenotypach poszczególnych szcze -pów,dostarczają więc informacji na temat moż l iwych genetycznych mechanizmówleżącychupodstawróż­ nicwrażliwości na substancjepsychoaktywne u ludzi.

Badania na zwierzętach pozwalają ponadto na elimi-nację lubinaktywacjępojedynczyc h genów i o bserwa-cję nażyjących zwierzętach jaki wpływ ma brak e ks-presjigenu na genotyp zach owań wobec substancji uzależn i ających . Trzebajednak pami ętać , że inne ge-ny mogą kompe n sować utratę funkcji genu wyłączo­ nego[4].

Geny a podatność na uzależnienie

Warianty genetyczne warunkujące podatność na nad używan ie różnych grup narkotyków i uzależnienie odnichsą związan e przede wszystkimzgenamik

odu-jący mi aktywne białka enzymatyczne, receptorowe

itransp ortujące :

- enzymy metabolizujące narkotyki(CYP 2A6 );

- enzymy meta boliz ujące neu roprzekaźn i ki (l3-hy-droksylaza dopaminy,DI3H,monoaminooksydaza MAO);

- receptory neuroprzekaźników (receptor dopami-nowy D2);

- recepto ry, za pośredn ictwem których narkotyki wywie raj ą działan ie na organizm (kannabinoido

-we CB1 i CB2,apiaidowe OPRM1, kwasu gam-maaminomastowegoi benzodiazepin GABA A, ni-kotynowo-acetylocholinowenACh);

- transportery neuroprzekaźników (serotoniny 5HIT, dopaminDAT1).

Uhl i in. [13J z Molecular Neurobiology Research Branch NIDAwBaltimore, Marylandbadali próbki DNA pobrane od420 Euroamerykanów i 560 Afroameryk

a-nów oraz od 680 etniczniedobranych osób,które nie miały kontaktu z narkotykami. Osoby objęte badaniem przyjmowały różne substancje psychoaktywne, ale każdaz nich była uzależniona przynajmniej od jedne-go narkotyku.

Stwierdzono,że polimorfizmy pojedynczego nukle-otydu w DNA osób uzal eż n i o n yc h od narkotyków wy-stępująwielokrotnieczęściej niżuosóbzgrupy kontro-lnej.Różnice tedotyczą kilkudziesięciu genów, wywo-łując prawdopodobnie zmiany ich funkcji związane zsynteząspecyficznych białek ipredysponują ich no-sicieli do nadużywania różnych grup narkotyków i do uzależnien ia od nich. Nie stwierdzono natomiast wy-rażnych różnic między grupą Euroamerykanów i Afro-amerykanów.

Zidentyfikowano 89 genów mających wpływ na to,

czydany osobnikbę dzie wykazywał pre dyspozycjędo nad używan ia narkotyków i w dalszej perspektywie do uzależnienia się od nich czyteż nie. Główny cel dal

-szych badań to określenie roli i znaczenia produktów ekspresji tych genów.Szybkość,zjaką ulegajązmianie poziomy niektórych produktówich ekspresji,jest zgod-na z przebiegiemuzależnienia,ale konieczne jest usta-lenieścisłejzależności między ekspresjągenów (przy-czyna) anadużywaniemnarkotyków(efekt).

Spośród tych 89genów 21 uczestniczy w regulacji procesów adhezji komórkowej odg rywających waż ną rolę wrozwoju mózgu i utrzymaniu prawidłowej k omu-nikacjimiędzy neuronami.Większość z nich wykazuje zwiększoną aktywność w regionach mózgu odpowie

-dzialnych zapamięć[14J.Procesy adhezji komórkowej,

zachodzące z udziałem specjalnych molekuł białko­ wych z grupy immunoglobulin (celi adhesion motecuie

- CAM) przyczyniają się do utworzenia, utrzymania

i stabilizacji połączeń neuronalnych o szczególnym znaczeniu dlazapamiętywaniaistanowiących pod łoże pami ęci. Występowa n ie wariantówtych genówuosób uzal eż n i o nych od narkotyków lub wykazuj ących

pre-PROBLEMYKRYMINALISTYKI273(312011

dyspozycje do ich nadużywania może świadczyć oważnej rolipamięci w procesie uza leż nia n iaitłum a­ czyć dlaczego u osób uzależn ionych dochodzi do na-wrotów choroby nawet po bardzo długich okresach abstynencji.

Uważa się, żegeny kodujące cząsteczki wywołują­ ceadhezję komórkową mogą wpływaćna ryzyko nad-używania narkotykówiuzależn ienieod nich,oddziału­

jączarazem naukładnagrody iukład pamięci,a szcze

-gólnieukład pamięci ukrytej,bezwarunkowej.

Kiedy osobnik podatny nauzależnieniedoświadcza ekspozycji na narkotyk, jego mózg może gromadzić doświadczenia w głęboki ej pamięci ukrytej,gdzie wy-wierająone silniejszyniżzwyklewpływ na jego zacho-wanie. Ta głęboka pamięć w dłuższej perspektywie czasowejmoże działaćsilniejniżeuforia.Chociaż high

wywołanyprzez narkotykdziałającynaukład nagrody jest si lną motywacją do powtórnego przyjęcia narkoty

-ku,wielupacjentów wpóżniejszych okresach uzależ­ nienia rzadko doświadcza takich silnych stanów emo-cjonalnychi o przyjmowaniunarkotykudecyduje unich trudne do przezwyciężenia uczucie przymusu. Odczu-wają oni silną pot rzebę brania narkotyków nawet po bardzo długim okresieabstynencji wsytuacjac h ioko

-licznościach przypominającychokresy przyjmowania.

Wpływ czynników genetycznych na patogenezę uzależnień charakteryzuje tzw. wskażnik albo współ­ czynnikodziedziczalności(ti'-),któregowartośćl

iczbo-wa zamykasięw przedzialeodO,gdyzmiennośćfeno

-typuzależy wyłącznieodśrodowiska(a nieodpodłoża genetycznego) do 1,gdy zmienność ta jestcałkowicie uwarunkowana przez czynniki genetyczne (niektórzy autorzy wyrażają wartości

fi!.

w procentach) [15, 161. Na przykład wskaż n i k odziedzicza l ności zmian i efek-tów wywoływanych przez kannabinoidy wynosi od 0,30--0,80, w tym dla Australijczyków ok. 0,45, dla mieszkańców amerykańskiego stanu Wirginia

0,58-0,76,a dla bliżniakóww Norwegii0,77[17].

War-tości

fi!.

dla 10 najbardziej znanych igrożnych

narkoty-ków ustawionych według wzrastających potencjałów uzależniających przedstawiająsięnastęp ująco :

•Halucynogeny 0,39 •Stymulanty 0,40 • Kannabinoidy 0,44 • Depresanty 0,51 • Hazard 0,53 • Palenietytoniu 0,54 • Alkohol 0,55 • Kofeina 0,58 •Opiaty 0,66 • Kokaina 0,72

Kokaina i opiaty należą więc do narkotyków najsi l-niej uzależniających, ajednocześ ni e wywołane przez nie zmiany i efektynajłatwiej ulegajądziedziczeniu (h2

odpowiednio0,7 2i0,66).Natomiastzmianyi efekty ha

-lucynog enów,wykazujących najsłabsze działani e uza-leżniające,ulegajądziedzicz eniunajsłabiej

(Ii!

=0,39).

BIBLIOGRAFIA

1. Agrawal A., lynskey M.T.: Candidate genes for

cannabis usa disorders:tindings,challengesand directions,

.Addictlon" 2009,104,5 18-532.

2.Weiss F.: Neurobiologyot craving,conditioned reward

andrelapse, ..Curr.Opin. Pharmacol" 2005,5,9-19.

3. Schoenbaum G., Roesch M.R., Stalnaker T.A .:

Orbitofrontal cortex, decision-making and drug addiction, .Trends Neurosci."2006,29,116-124.

4. Ho M.K., Goldman D., Heintz A., Kaprio J., Kreek

M.J.,Li M.D.,Munafo M.R.,TyndaleR.F.:Breaking barriers

in the genomics and pharmacogenetics ot drug addiction, "Clin.Pharmacol.Therap."2010,88,77~791.

5.Brown T.A.:Genomes, Third Edition,Garland Science

Textbooks ,N.York,2006.

6. Samochowiec A., Mordasewicz A., Arentowicz G.,

SamochowiecJ.:Wpływ badań genetycznych na poznanie

patogenezyuza leż n ień ,.Psychiatria" 2005, 2,9- 18.

7.Goodwin D.W.,Schlusinger F.,Hermansen L.,Guze

S.B.,Winokur G.:Alceholproblems in adoptessralsedapart

trem aleoholic biological parents, "Arch. Gen. Psychiatry" 1973,28,238-243.

8. Cadoret R.J., Troughlon E., O'Gorman T.W.,

Heywood E.:An adoption studyotgenetic andenvłronmental

faetors in drug abuse, ..Arch. Gen. Psychiatry" 1986, 43, 1131-1 136.

9. Bierut L.J., Dinwiddie S.. Begleiter H., Crowe R.,

Hesselbroc k V.,NurnbergerJ.,Poriesz B.,Schuckit M.A .,

Reich T.: Familial transmisslon ot substance dependence:

alcehol.marijuana, cocaineand habitual smoking: a raport

from theCollaborative Studyonthe Genetics

o

t

Alcoholism,

.Arch.Gen.Psychiatry"1998, 55,982- 988.

10.Merikangas K.R.,StolarM.,Stevens D.E.,GouletJ.,

Preisig M.,Fenten B.,Zhang H.,Q'Malley S.,Rounsaville

B.J. :Familial transmission

ot

substanceuse disorders,"Arch.

Gen.Psychiatry"1998,55,973-979.

11. Almasy L., Blangero J.: Contemporary model-free

methods tor finkage analysis, .Adv. Genet." 2008, 60, 175-193.

12.Thomson G.,BarcellosL.F.,Valdes A.M.:Searehing

tor additionaldisease leci in a genomieregion,,.Adv.Genet." 2008,60,253-292 .

46

13. Uhl G.R., Drgon T., Johnson C., Fatusin O., Liu

Q.R.. Conloreggi C., cnuan-vun Li,Buck K., Crabbe J.:

"Higherorder" addietionmolecutargenetics:Convergentdata

trom genome-w ide association in human s and mice.

.Biochem ,Pharmacol."2008,75. 98-111.

14.Liu Q.R.,Drgon T.,Johnson C.,WaUher D.,Hess J.:

Addiction molecular genetics: 639,401 SNP whole genome

association identifies many "celi adhesion" genes, .Am. J. Med.Genet." 2006 ,PartB14 1B,918-925.

15.Agrawal A.,Linskey M.T.:Doesgender contributeto

heterogeneity in crite ria for cannabis abuse and

dependenee? Results trom the National Epidemiologieal

Survey on Aleohol and Related Conditions, ..Drug Alcehol

Depend."2007,88,300-307.

16.Visscher P.M.,Hill W.G.,Wray N.R.:Heritability inthe

genomieera-eoncepts and rnisconception,.Nature Reviews

Genelies"2008,9,255-266 .

17. Kendler K.S.. Aggen S., Tambs K.,

Reichborn·KjennerudT.:IlIicitpsyehoaetivesubstanceuse,

abuse and dependenee in a population-based sample ot

Norwegiantwins,.Psychol.Med."2006,36,955-962 .

Streszczenie

Cenyw znacznym stopniudecydująot.lilii, czy osobasięga­

jąca ponarkotykbędz iego staleprzyjlllowaći uzatcźni się od

niego cz.ynic.LiCZ1lt' wy"ikibadmirodzili,dzieciadoptowallydl ibliźlliąl (('skazująlIa istot"yudziałgel/ówwOSObllic:ycJlróż­

nicachpodatności IItI rozwójuzatcźnieniaod jedw'goc:y kilku

Ilarkotyków.Wcitl'?u minionejdekady:::.idelltyfikowl1l1o89gl

'-HÓW,któresą pmu-dopodoonicodpouiiedzinlne:n todziałanie.

Wśród"ich21gellów uC:L'stlliczyli'regulacjiprocesów adhe=.ji

komórkou'cj.

Słowtl kluczowe: badania bliźniąt, dziedzicznoić.

gCIll'tyka,gellYk11l1dydujące,uzalcźntcnte.

Summuru

Aft erII pcreon'sfirstex posl/ l'I.'tv drug. gel/es cxertamaior

illJIllCIICC011toltetherheOl'shewillgoOl/to bccolI/cdependent, Abl/I/dll/lt coutencc [nnn fl1l1Jily, odoption and ttoinsiudies

points

tofargl! genesiccontrilnutonstoindiuidnnldifJt'rcl1ces in

t1lllllaability todcrelopdcpendenccOli OHearmoreaddiciite

sl/bstallccs. Ol'er thc pas t decode rcsearchers pai1lstaki/lgly

identiiicdat lcast 89 geHes tJmt appcar tocontribn!eto 111is

illj7IU'IlCL'. Among 11Iel1l 21 gL'llt's rt'gulale celi adhcsion

processes.

Kesnooras: ttnin studies, haifabilily,genetics, cnlldidatc

geIlL'S,addicticn,