Podstawy Neurobiologii
Genetyka zachowania
PNb Ćw. 10
Piotr A
aszczyca
KFZiE UÅš 2009
Genetyka i Humanistyka
Stare dylematy i zastarzałe spory
" Nature or Culture // Nature or Nurture
" BÅ‚Ä…d Galtona (\
e nie mo\
na skrajnie)
" I kto to mówił o dialektyce?
- dualizm korpuskularno-falowy,
- dualizm strukturalistyczno-gestaltyczny,
- dualizm materialno-duchowy ? &
1
Genetyka???
ZadziwiajÄ…ce bliz
nięta T.J. Boucharda:
" 40-letnie bli\
niaczki angielskie (w chwili spotkania)
- identycznie  upierścienione i  ubranzoletkowane , zbie\
ne wyniki
testów psychologicznych, identyczne lub fonetycznie podobne imiona
dzieci
" bliz
niacy amerykańscy
lubili matematykę, kłopoty z ortografią, hobby - stolarka, obgryzanie
paznokci, praca w policji, posiadacze chewroletów, wakacje na
Florydzie, dwukrotne mał\
eństwo - imiona \
on, dzieci i psów identyczne
" \
ydowscy bliz
niacy rozdzieleni w 1936 r.
faszyzujący katolik z Berlina i ortodoksyjny śyd z Nowego Jorku
- upodobanie do ostrych przypraw i likierów, roztargnienie, zasypianie
przed telewizorem, spłukiwanie miski klozetowej przed u\
yciem,
moczenie grzanek w kawie, gumka na przegubie ręki, potrzeba
dominacji nad kobietami
(Hoffman: Wokól ewolucji. PIW 1983, s.13-14; tak\
e oryg. T.J. Bouchard i M. McGue:
Minnesota Twin Studies 1987, kontynuowane i rozwinięte w 1989 jako Minnesota Twin
Family Study na bliz
niętach w wieku 11-17 lat)
Statystyka dla genetyka
Odziedziczalność cech psychicznych  korelacja i determinacja
(W. Oniszczenko, Charaktery 2000.10.30)
Współczynnik Współczynnik
determinacji korelacji
Bliz
nięta Cechy psychiczne r2 = 0,60 r = 0,80
monozygotyzne
Bliz
nięta IQ r2 = 0,50 r = 0,70
monozygotyzne
ekstrawersja, neurotyzm,
Wielka PiÄ…tka
otwartość na
cech osobowości r2 = 0,40 r = 0,65
doświadczenie,
ugodowość, sumienność
aktywność,
Cechy
emocjonalność,
temperamentu
r2 = 0,30 r = 0,55
reaktywność,,
towarzyskość
Postawy religijne r2 = 0,10 r = 0,33
2
Statystyka dla genetyka
Åšrednie korelacje dla bliz
niąt w testach specyficznych zdolności
(R. Plomin i in. Genetyka zachowania PWN 2001)
Współczynnik korelacji r
Cecha/zdolność Liczba badań
Bliz
nięta MZ Bliz
nięta DZ
Rozumienie werbalne 28 r = 0,78 r = 0,59
Płynność werbalna 12 r = 0,67 r = 0,52
Rozumowanie 16 r = 0,74 r = 0,50
Wizualizacja przestrzenna 31 r = 0,64 r = 0,41
Szybkość percepcyjna 15 r = 0,70 r = 0,47
Pamięć 16 r = 0,52 r = 0,36
Statystyka dla genetyka
Współczynnik korelacji dla dziedziczenia inteligencji
(IQ - Stanford-Binet)
Nason, Dehaan, 1982
Bliz
nieta razem
Bliz
nieta osobno
Dwojaczki jednej płci
Dwojaczki ró\
nej płci
Rodzeństwo razem
Rodzeństwo oddzielnie
Rodzic - dziecko
AdoptujÄ…cy - dziecko
Niespokrewnione razem
Niespokrewnione osobno
-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
3
Genetyka dla statystyka
Współczynnik zgodności zachorowań na ch. psychiczne (przedział oszacowań)
(wg Rosanowa i wsp., Kallmana, Da Fonseca, Harolda i Hauge, Kringena, Slatera, Gottesmana i Shieldsa)
Bliznięta jednojajowe [%] Bliznięta dwujajowe [%]
Choroba afektywna 33,3 - 92,6 0,0 - 38,5
Schizofrenia 38,0 - 86,2 9,1 - 14,8
Frazer, Winokur, 1982
Ryzyko zachorowań na choroby psychiczne u krewnych osób chorych
 przedział oszacowań (ró\
ni autorzy)
Rodzice Rodzenstwo Dzieci
Choroba afektywna ogółem 33% 39% 60%
Choroba afektywna 12% 21% 25%
dwubiegunowa
Choroba afektywna 22% 19% 41%
jednobiegunowa
Schizofrenia 0,7 - 9,2% 5,4 - 14,3% 12 - 35%
Jak to działa
Na poczÄ…tek u prymitywnych &
Genetyka behawioru Paramecium
4
Genetyka behawioru Paramecium
1. Pionierskie opisy - m.in. Kung i Naitoch (1975-1982)
2. How ion channels control Paramecium behavior (C.I.T.C.)
http://www.wooster.edu/biology/Ciliates/citc/Para_behavior.html
3. Harvey, Alan W.; Bovell, Nyron K.A.: Spontaneous alternation
behavior in Paramecium. Learning & Behavior, 2006 (November),
Volume 34, Number 4, pp. 361-365
4. Paola Ramoino, , a, Paola Frontea, Francesco Beltrameb, Alberto
Diasproc, Marco Fatob, Luca Raiterid, Sara Stiglianid and Cesare
Usaie: Swimming behavior regulation by GABA-B receptors in
Paramecium. Experimental Cell Research, 2003 (10 December),
Volume 291, Issue 2, pp. 398-405
5. R. D. Hinrichsen, M. Pollock, T. Hennessey, and C. Russell: An
Intragenic Suppressor of a Calmodulin Mutation in Paramecium:
Genetic and Biochemical Characterization. Genetics, 1991
(November), Volume 129 (3), pp. 717 725
Genetyka behawioru Paramecium
Co potrafi Pan Tofelek & (mały, a tez mo\
e!)
" Ruch postępowy  do 2 mm/sek
" Reakcja unikania bariery mechanicznej (avoidance)
 zale\
na od depolaryzacji wapniowej rewersja ruchu rzęsek
 cofanie przez 1-5 sekund.
Bodz
ce do unikania ulegają sumowaniu, co wydłu\
a reakcje z krótkiego
 skoku do długotrwałego ruchu wstecznego.
Ruch wsteczny jest mniej płynny (trudność ze sterownością?)
Reakcja ucieczki (escape) ze środowiska o niewłaściwym chemizmie
 zale\
ne od hiperpolaryzacji przyspieszenie ruchu w przód
" Kombinacja ruchu postępowego i zawracania pozwala pantofelkom
podÄ…\
ać do (chemoatraction) lub od (chemorepulsion) bodz
ców
chemicznych w ich środowisku
" Reakcje na chemoatraktanty lub chemorepelenty mo\
na badać w
labiryncie typu T, licząc liczbę organizmów, które po 15-30 minutach od
uwolnienia ze startu znalazły się w jednym z ramion labiryntu
5
Genetyka behawioru Paramecium
Czym to robi Pan Tofelek &
Wyposa\
enie błony Paramecium:
" Mechano-, chemo-wra\
liwe CaCh na biegunie przednim
CaCh zlokalizowane na rzęskach
" Mechano-, chemo-wra\
liwe KCh na biegunie tylnym
" Potencjałozale\
ne NaCh, CaCh, KCh, K(Ca)Ch na całej powierzchni
" Kalmodulina oraz Kinazy białkowe i Fosfatazy
Mo\
liwe, \
e NaCh aktywuje CaCh
 potencjałozale\
ne CaCh modulujÄ… zachowanie przez zmiany [Ca]int
" [Ca]int < 10-6 M  uderzenia rzęsek w przód,
" [Ca]int > 10-6 M - uderzenia rzęsek w tył (avoidance behavior)
Genetyka behawioru Paramecium
Jak to robi Pan Tofelek &
Sekwencja pobudzenia:
bodziec mechaniczny (zderzenie) lub chemiczny w  nos
mechano-, chemo-wra\
liwe CaCh
depolaryzacja początkowa potencjałozale\
ne CaCh
depolaryzacja i wzrost [Ca]int
rewersja ruchu rzęsek REAKCJA COFANIA
& ....
wzrost [Ca]int modulacja ruchu wstecznego (unikania)
Ca-zale\
ne kanały: Mg(Ca)Ch, Na(Ca)Ch; K(Ca)Ch
efekty wapniozale\
ne modulowane przez kalmodulinÄ™
Na(Ca)Ch podtrzymujÄ… depolaryzacje i ruch wsteczny;
K(Ca)Ch inicjujÄ… repolaryzacjÄ™ i ruch do przodu
potencjałozale\
ne KCh
repolaryzacja ZNÓW NAPRZÓD
Lizozym i GTP wywołują reakcję cofania - długotrwałą (10 - 45 min),
wolnoadaptującą (z powrotem do ruchu w przód), lecz o trwałej adaptacji
6
Genetyka behawioru Paramecium
Mutacja prawdÄ™ Ci powie &
25 loci znoszÄ…cych reakcjÄ™ cofania i inne mutacje &
" pawn (pionek): pw A, pw B, pw C)  mutacje zaburzają czynność
potencjalozale\
nych CaCh  brak przewodnictwa wapniowego i
depolaryzacji wapniozale\
nej  ruch tylko do przodu, brak rewersji
" tea A  mutacja zaburzająca czynność KCh  wzrost przewodnictwa
potasowego tła i nasilenie działania hamującego depolaryzację  brak
rewersji ruchu rzęsek, brak reakcji unikania,
" tea B  jak tea A  lecz prawdopodobnie jako skutek zaburzenia
metabolizmu sfingolipidów i fosfolipidów błony,
" Fast-2  brak Na(Ca)Ch, szybki powrót do ruchu w przód, dawniej
uwa\
ano, \
e mutacja zaburzająca czynność kanałów potasowych  wzrost
przewodnictwa potasowego i działania hiperpolaryzującego  nasilona
reakcja ucieczki
" dancer  zmniejszona aktywacja prÄ…du wapniowego lub brak wra\
liwości
CaCh na wzrost wewnątrzkomórkowego stę\
enia Ca2+ - depolaryzacje
iglicowe zamiast stopniowanych  skaczÄ…ce ruchy
" paranoic  blok repolaryzacji, tylko w środowisku zawierającym Na+
reakcja unikania bez adekwatnego bodz
ca
" pantophobiac  blok K(Ca)Ch  przedłu\
ona depolaryzacja i nienormalnie
długotrwałe cofanie
" Podobny mechanizm w drgawkach audiogennych u ludzi
Genetyka behawioru Paramecium
U P. primaurelia wykazano (SDS-PAGE, Western blot i konfok. skan. mikroskopia
laserowa) obecność immunoanalogów receptora GABA-B
" agonista GABA-B (baclofen) redukował wywołane depolaryzacją CR (odwrócenie
kierunku uderzeń rzęsek i kierunku ruchu) proporcjonalnie
" antagonista GABA-B (phaclofen) zapobiegał tej redukcji
" blokery KCh (TEA, 4-AP) nie wpływały na hamowanie CR przez baclofen
" blokery CaCh (nifedypina, werapramil) oraz toksyna krztuśca (PTX - pertussis toxin)
znosiły efekt baclofenu.
Wniosek: baclofen moduluje CR hamując za pośrednictwem białek G0 lub G1 kanały
wapniowe wra\
liwe na dihydropirydynÄ™
Wykazano, \
e pantofelki mogą syntetyzować i wydzielać GABA (Ramoino et al. 2003).
U P. tetraurelia mutanta cam1 (w genie kalmoduliny; 101: Ser-Tre; III domena wiÄ…\
Ä…ca
Ca) zahamowanie K(Ca)Ch, co nasila reakcjÄ™ na bodz
ce
Zidentyfikowane geny supresorowe dla cam1, wśród których cam101 przywracał
zachowanie typowe dla linii dzikiej (Hinrichsen et al. 1991)
Plemniki naprzemiennie zmianiajÄ… kierunek ruchu w labiryntach typu T
Kierunek ruchu zale\
y od przebytej drogi i zmienia się w odległościach rzędu 10
długości plemnika (P. Brugger: Behav. Brain Res. i New Sci.; cyt. w: Pamięć
plemnika. GW jus 2002-08-29)
7
Jak to działa
Na kolejnym szczeblu drabiny &
Genetyka behawioru Drosphila
Genetyka behawioru Drosophila
The Interactive Fly (www.sdbonline.org/fly/aimain/6behavior.htm) Genes regulating behavior
Aggressive behavior Feeding behavior
" Fighting fruit flies: a model system for the study of aggression " The Drosophila takeout gene is a novel molecular link between circadian rhythms
and feeding behavior
" Gender-selective patterns of aggressive behavior in Drosophila melanogaster
" LUSH odorant-binding protein mediates chemosensory responses to alcohols in
" Aggression-like head interactions between fruitless mutant males
Drosophila melanogaster
" Aggression-like head interactions between fruitless mutant males
" Suppression of food intake and growth by amino acids in Drosophila: the role of
" Learning and memory associated with aggression in Drosophila melanogaster
pumpless, a fat body expressed gene with homology to vertebrate glycine
" The neuromodulator octopamine is necessary for Drosophila males to coordinate
cleavage system
sensory cue information presented by a second male and respond with the
" Natural behavior polymorphisms of foraging affect feeding behavior
appropriate behavior: aggression rather than courtship
" Developmental control of foraging and social behavior by the Drosophila
Anaesthesia sensitivity and resistance
neuropeptide Y-like system
" Volatile general anesthetics reveal a neurobiological role for the white and brown
" hugin neurons undertake the role of integrating gustatory sensory signals with
genes of Drosophila melanogaster
higher brain functions and feeding behavior
" Genetic effects on an anesthetic-sensitive pathway in the brain of Drosophila
Ecdysis behavior
Circadian behavior
" Molting
" Proteins involved in photoperiod response
" Targeted ablation of CCAP neuropeptide-containing neurons of Drosophila
Courtship and reproductive behavior
causes specific defects in execution and circadian timing of ecdysis behavior
" Genes affecting courtship behavior including courship conditioning
" Mutations in the Drosophila glycoprotein hormone receptor, rickets, eliminate
" Temporal mating isolation driven by genetic variation in period neuropeptide-induced tanning and selectively block a stereotyped behavioral
program
" Courtless, the Drosophila UBC7 Homolog, is involved in male courtship behavior
and spermatogenesis " A command chemical triggers an innate behavior (pre-ecdysis, ecdysis, and
postecdysis) by sequential activation of multiple peptidergic ensembles
" dissatisfaction encodes a Tailless-like nuclear receptor expressed in a subset of
CNS neurons controlling Drosophila sexual behavior Geotaxis
" Pickpocket 25, a sodium channel subunit required for activation of courtship " Identification of genes involved in Drosophila melanogaster geotaxis, a complex
behavior by chemosensory perception of female pheromones behavioral trait
" Cholinergic control of male reproductive characters in Drosophila Gustatory behavior
" Excitatory and inhibitory switches for courtship in the brain " Taste receptors
" Sex-peptide decreases female receptivity and stimulates egg production in the " Taste perception and coding in Drosophila
first mating of virgin females
" Defective proboscis extension response (DPR), a member of the Ig superfamily
" Fruitless directs neural circuitry that governs Drosophila male courtship behavior required for the gustatory response to salt
" The role of cuticular pheromones in courtship conditioning of Drosophila males " Trehalose sensitivity in Drosophila correlates with mutations in and expression of
the gustatory receptor gene Gr5a
" Generalization of courtship learning in Drosophila is mediated by cis-vaccenyl
acetate Habituation
" Modulation of Drosophila male behavioral choice; neuromodulator octopamine is " Fruit flies like crack?
necessary for males to coordinate sensory cue information presented by a
" Drugs, flies, and videotape: the effects of ethanol and cocaine on Drosophila
second male and respond with the appropriate behavior
locomotion
Convulsive behavior
" Drosophila melanogaster, a genetic model system for alcohol research
" Potassium bromide, an anticonvulsant, is effective at alleviating seizures in the
" Requirement of circadian genes for cocaine sensitization in Drosophila. Science
Drosophila bang-sensitive mutant bang senseless
" Stereotypic behavioral responses to free-base cocaine and the development of
" A Drosophila temperature-sensitive seizure mutant in phosphoglycerate kinase
behavioral sensitization in Drosophila
disrupts ATP generation and alters synaptic function
" High-resolution analysis of ethanol-induced locomotor stimulation in Drosophila
" Electroconvulsive seizure behavior in Drosophila: analysis of the physiological
" Functional dissection of neuroanatomical loci regulating ethanol sensitivity in
repertoire underlying a stereotyped action pattern in bang-sensitive mutants
Drosophila
Equilibrium
" Drosophila fasciclinII is required for the formation of odor memories and for
" Haltere-mediated equilibrium reflexes of the fruit fly, Drosophila melanogaster
normal sensitivity to alcohol
" A comparison of visual and haltere-mediated equilibrium reflexes in the fruit fly
" Drosophila GABAB receptors are involved in behavioral effects of gamma-
Drosophila melanogaster
hydroxybutyric acid (GHB): amnesiac mutation results in heightened sensitivity to
GHB
8
Genetyka behawioru Drosophila
The Interactive Fly (www.sdbonline.org/fly/aimain/6behavior.htm) Genes regulating behavior
Learning and memory behavior Seizure behavior
" Cyclic AMP Second Messenger System - The Learning Pathway " Electroconvulsive seizure behavior in Drosophila: analysis of the physiological
repertoire underlying a stereotyped action pattern in bang-sensitive mutants
" Tissue-specific expression of a type I adenylyl cyclase rescues the rutabaga
mutant memory defect: in search of the engram " A Drosophila temperature-sensitive seizure mutant in phosphoglycerate kinase
disrupts ATP generation and alters synaptic function
" latheo, a Drosophila gene involved in learning, regulates functional synaptic
plasticity " Drosophila model for in vivo pharmacological analgesia research
" foraging modifies habituation-like response decrement of the giant fiber escape Sleep and rest behavior
circuit, a form of nonassociative learning
" Sleep homeostasis in Drosophila melanogaster
Hearing
" Why a fly? Using Drosophila to understand the genetics of circadian rhythms and
" Auditory apparatus of Drosophila sleep
" Acoustic communication in Drosophila " Uncoupling of brain activity from movement defines arousal states in Drosophila
" Song production in auditory mutants of Drosophila: the role of sensory feedback: " Electrophysiological correlates of rest and activity in Drosophila melanogaster
Effect of atonal mutation on courtship song production
" Stress response genes protect against lethal effects of sleep deprivation in
" Kinesin associated protein 3 - the non-motor accessory subunit of Kinesin II - Drosophila
expressed in Johnston's organ and required for hearing
" Uncoupling of brain activity from movement defines arousal states in Drosophila
Locomotor behavior
" Serotonin receptor 1A promotes baseline sleep
" Motor output reflects the linear superposition of visual and olfactory inputs in
" A Drosophila model for age-associated changes in sleep:wake cycles
Drosophila
" Dopaminergic signaling regulates insect arousal
" Tyramine and octopamine have opposite effects on the locomotion of Drosophila
Thermosensory response
larvae
" Identification and function of thermosensory neurons in Drosophila larvae
" Dynamic analysis of larval locomotion in Drosophila chordotonal organ mutant
" Anktm1 (common alternative name: dTrpA1) - heat-activated TRP family ion
" Morphometric description of the wandering behavior in Drosophila larvae: a
channel that is essential for thermotaxis
phenotypic analysis of K+ channel mutants
Visual discrimination behavior
" Turning behavior in Drosophila larvae: a role for the small scribbler transcript
" Virtual-reality techniques resolve the visual cues used by fruit flies to evaluate
Olfactory learning and behavior
object distances
" Odorant receptors
" Building a projection map for photoreceptor neurons in the Drosophila optic lobes
" Dopamine and octopamine differentiate between aversive and appetitive
" Molecular basis for ultraviolet vision in invertebrates
olfactory memories in Drosophila
" Visual pattern recognition in Drosophila is invariant for retinal position
" Scribble is essential for olfactory behavior in Drosophila melanogaster
" Homothorax switches function of Drosophila photoreceptors from color to
" foraging modifies habituation-like response decrement of the giant fiber escape
polarized light sensors
circuit in Drosophila
Wing expansion behavior
" Altered representation of the spatial code for odors after olfactory classical
" Bursicon is a developmental hormone that controls wing expansion behavior
conditioning. Memory trace formation by synaptic recruitment
" Habituation of an odorant-induced startle response in Drosophila: Habituation is
impared in rutabaga mutants
" Induction of cAMP response element-binding protein-dependent medium-term
memory by appetitive gustatory reinforcement in Drosophila larvae: larval
memory depends on both amnesiac and CREB
Pattern recognition
" Distinct memory traces for two visual features in the Drosophila brain
Response to pain
" painless, a Drosophila gene essential for nociception
" Drosophila model for in vivo pharmacological analgesia research
Genetyka behawioru Drosophila
Prekursorzy: Seymur Benzer i Jeffrey C. Hall
tak\
e: Ikeda, Kaplan (1970), Salkoff (1981, 1984); Jan; Jan i Harris; Quin, Dudai, Byers ...
MUTACJE WARUNKOWE
Nadwra\
liwość na narkozę eterową
" shaker  chrom. X, mutacja ACh (transient K+ current)  jak efekt TEA lub 4-AP, liczne allele
nasilone EPSP i EPP, wydłu\
one otwarcie CaCh; wzrost uwalniania Glu w synapsach; w
mięśniach maskowana przez kanał ACdCh
" hyperkinetic  loci w chromosomie X ...
" eag = ether-a-go-go  w chrom. X zmniejszone IK oraz IA - uszkodzenia wspólnej
podjednostki
U ludzi nadwra\
liwość na narkozę eterową 1-10 / 100
Parali\
wywoływany przez podwy\
szonÄ… temperaturÄ™ (29-38oC)
" nap = no action potential  uszkodzenie NaCh lub zaburzenie inkorporacji w błonie
obni\
enie INa , lecz wra\
liwy na TTX i weratrynÄ™
" sei = seizure  uszkodzenie inaktywacji NaCh konstytucyjnie zwiększony INa ( drgawki )
" para = paralysis  uszkodzenie NaCh?, podwójne mutanty nap/para letalne
Mutanty wra\
liwe na wstrząsy   mdleją po stuknięciu w naczynie
" bas  imitowana oubainÄ…, interakcja? Na,K-ATP-azy, NaCh i CaCh podczas torowania
Mutanty niedowidzÄ…ce  z zaburzeniem fotorecepcji
" nina = neither inactivation nor afterpotential  loci opsyny brak inaktywacji NaCh? i
potencjału następczego po depolaryzacji
Mutanty niezdolne do warunkowania i sensytyzacji (Quin, Dudai, Byers)
" defekt receptora 5-HT
" defekt cyklazy adenylanowej zale\
nej od kalmoduliny
" defekt fosfodiesterazy
9
Genetyka behawioru Drosophila
Geny a behawior płciowy u Drosophila
Etapy zalotów u Drosophila melanogaster (sztywny wzorzec zachowania):
" zorientowanie (samiec staje 0,2 mm przed samicÄ…)
" podÄ…\
anie za samicÄ…
" uderzanie przez samca odnó\
em w odwłok samicy
" wydawanie pieśni (wibracja odwiedzionym i uniesionym skrzydłem )
(trzy wstępne etapy powtarzane do skutku  uwiedzenia samicy)
" lizanie genitaliów samicy
" wspinanie na samicÄ™
" kopulacja
U mozaikowych samiczo/samczych muszek XX/X korelowano zachowanie z
mozaikowatością XX/X w 20 fragmentach ciała
" etap zorientowania, uderzania, podÄ…\
ania i wibracji skrzydÅ‚em ßð samczy wzór X
w tylnoszczytowej części mózgu (obszar integracji bodz
ców zmysłowych)
" prawidÅ‚owe wykonanie pieÅ›ni ßð samczy wzór X w wybranych częściach
ßð
ßð
ßð
mózgowia i zwoju tułowiowego
" rozró\
nienie samicy od samca ßð samczy X w kÅ‚Ä™bku czuÅ‚kowym lub ciele
ßð
ßð
ßð
grzybkowatym (rozpoznanie zapachu)
samiczy wzór XX tych struktur genetyczne samce nie odró\
niają płci,
odbywajÄ…c gody z samcami j i samicami
Greenspan R. Genetyczne podło\
e zachowania. ÅšN 1995 VI. 46-52
Genetyka behawioru Drosophila
Geny związane z behawiorem płciowym Drodophila:
" gen fruitless - brak zdolności odró\
nienia samca od samicy oraz niezdolność do
kopulacji z samicÄ…
" gen period (jeden z 3 genów pieśni godowej) - rytmiczność okołodobowa i
sinusoidalne zmiany częstotliwości pieśni godowej (T = 54 sek)
U dwóch gatunków Drosophila ró\
nice sekwencji period wywołują ró\
ny rytm
pieśni godowej, przy takim samym rytmie okołodobowym
" gen kodujący CaMKII (kinazę białkową II zale\
nÄ… od kalmoduliny i Ca2+)
- warunkuje zaniechanie zalotów do niereceptywnych - ju\
pokrytych samiczek
- mutacja warunkowa obni\
ająca aktywność CaMKII w podwy\
szonej
temperaturze samce nie rozpoznajÄ… samic niereceptywnych i kontynuujÄ…
nieefektywne zaloty.
- mutacja genu eag (ether-a-go-go  podjednostki KCh modyfikowanego przez
kinazy białkowe) j.w.
Zaniechanie zalotów wobec pokrytych samic zale\
y od sekwencji:
wykrycie anty-afrodyzjaku pokrytej samicy przez samca wzrost [Ca2+] w
 neuronach podÄ…\
ania za samicą aktywacja CaMKII fosforylacja białka
EAG w KCh aktywacja IK hiperpolaryzacja - hamowanie  neuronów
podÄ…\
ania za samicą przerwanie zalotów
U człowieka równie\
gen eag
10
Genetyka behawioralna myszy
Mutacje wpływające na rozwój układu nerwowego i zachowanie
motoryczne myszy:
" weaver (tkacz  czółenko tkackie)
- degeneracja komórek ziarnistych mó\
d\
ku wskutek
niedorozwoju astrocytów promienistych Bergamana (Rakic, Sidmon)
staggerer ( przewracajacy siÄ™ )
- degeneracja komórek ziarnistych mó\
d\
ku wskutek niedorozwoju
dendrytów komórek gruszkowatych
" nervous oraz pcd (Purkynje cell dystrophy)
- atrofia komórek gruszkowatych mó\
d\
ku
" reeler ( zataczacz  reel = zataczać się jak pijany, krą\
yć w kółko,
tak\
e taniec szkocki lub irlandzki)
- zaburzona migracja komórek kory mózgu - odwrócenie uwarstwienia:
w normie: im starsza linia neuronow - tym głębiej w korze
u reeler: im starsza lina tym płycej w korze
obserwowany efekt funkcjonalny nikły
Jak to działa
Nie zapomnij o robaczku - on pamięta
Idealny model  Cenorhabditis elegans
& ..
11
Pamięć i geny na pamięć
System CREB (cAMP Response Element Binding /Protein/)
Eric Kandel
- konsolidacja pamięci zale\
na od indukcji zespołu genów
poprzez system CREB (c-AMP responsive element binding protein).
Tim Tully (Cold Spring Harbour)
- dziki szczep Drosophila uczy siÄ™ reakcji awersyjnej na zapach
w 10 sesjach treningowych
- u mutantów Drosophila ze wzmocnionym genem supresorem
genu CREB zachowana pamięć krótkotrwała reakcji awersyjnej
lecz brak konsolidacji pamięci długotrwałej,
- u mutantów Drosophila ze wzmocnionym genem aktywatorem
genu CREB konsolidacja reakcji awersyjnej po 1 sesji treningowej.
Ancino Silva (Cold Spring Harbour)
- u myszy osłabienie ekspresji CREB - niezdolność zapamiętania zapachu
pokarmu z pyszczka innej myszy (kukurydza jako nowy pokarm)
- poprawa retencji po zwiększeniu liczby, krótkich sesji oddzielonych
przerwami na odpoczynek - kumulacja efektu niskich ilości mediatorów?
Pamięć i geny na pamięć
System CREB (cAMP Response Element Binding)
nba.uth.tmc.edu/darpa/images/CREB.jpg
12
Pamięć i geny na pamięć
System CREB  jak to działa
CREB  białkowy czynnik transkrypcyjny zdolny do wiązania z białkiem
regulatorowym CRE w białkach chromosomalnych i przez to indukujący lub
hamujący transkrypcję wybranych sekewencji DNA (genów),
np..:
" c-fos
" neurotropiny BDNF (Brain-derived Neurotrophic Factor)
" hydroksylazy tyrozynowej
" neuropeptydów (SIH, ENK, CRH)
PodobnÄ… do struktury i funkcjÄ™ CREB majÄ… inne peptydy: CREM ( cAMP response
element modulator) oraz ATF-1 (activating transcription factor-1)
Znanych jest 8 wariantów CREB (2009)
Mechanizm działania
sygnał hormonalny lub nerwowy aktywacja receptora metabotropowego
produkcja c-AMP lub wzrost zawartosci Ca2+ i wtórna produkcja c-AMP
aktywacja kinazy białkowej i jej migracja do jadra komórkowego aktywacja
CREB przez fosforylacjÄ™ wiÄ…zanie CREB w regionem CRE chromosomu (przez
domenę bZIP) dodatkowe wiązanie z białkiem CBP (koaktywator) aktywacja
lub hamowanie transkrypcji genów efekt komórkowy & .
np. pamięć długotrwała
Pamięć i geny na pamięć
Białko GAP-43 (Neuromodulin = Growth Associarted Protein 43)
(Aryeh Routtenberg i wsp, z Northwestern University)
cytoplazmatyczne białko kotwiczące do lipidów błony, regulujące wzrost neuronów, funkcję
aksonów i kolbek synaptycznych),
fosforylowalne, uczestniczy w zjawiskach pamięci, wią\
e kalmodulinÄ™
" myszy, które szybciej uczą się drogi w labiryncie, mają większą mózgową zawartość białka
GAP-43
" poprawa wyników w mysich testach na inteligencję
u zmodyfikowanych genetycznie osobników, z dodatkowych kopiami genów GAP-43
" u ludzi obni\
enie produkcji GAP-43 z wiekiem oraz w ch. Alzheimera
Zale\
ne od wapnia i kalmoduliny kinazy białkowe (CAMK II)
(Calcium/calmodulin dependent Protein Kinases II)
stanowią od 1 do 2% białek mózgu!!
3 warianty genu CAMK I, 4 warianty - CAMK II, 1 wariant - CAMK IV
zdolne do autofosforylacji - podtrzymania efektu pierwotnego sygnału (postulowana cecha
biochemicznych mechanizmów pamięci)
" knock-out genów niektórych neuronalnych CAMK II u myszy
 całkowita utrata zdolności do uczenia się mimo prawidłowych pozostałych systemów
neuronalnych i komórkowych
13
Pamięć i geny na pamięć
Receptory NMDA
G.L.Collingridge, R.Malenka, R.Nicoll, G.Lynch ( 80  90)
- udział receptorów NMDA w pamięci oraz LTP i LTD
R.G.M.Morris ( 80)
" blokery NMDA pogarszają uczenie labiryntu wodnego u szczurów
J.Tsien, G.Liu (MIT; 1996-2000), M.Zhuo (Washigton Univ.)
u myszy z warunkowym knockoutem genu podj. receptora NR1 w CA1 hipokampa
" upośledzona zdolność uczenia i brak LTP
u myszy linii Doogie ze specyficzna transwekcją genu białka NR2B:
" 2-krotnie dłu\
szy czas otwarcia kanału NMDA (230 ms)
" silniejsze oddziaływanie synaptyczne w LTP
" szybsze uczenie rozpoznawania przedmiotów,
" 4- 5-krotnie trwalszy ślad pamięciowy
" szybsze powstawanie i wygaszanie warunkowej reakcji lękowej na dz
więk i miejsce
(2 próby bez kary wobec 5 prób w kontroli)
" lepsza orientacja w labiryncie wodnym Morrisa.
" podjednostki NR2B i NR2A NO zale\
ne LTP, NO zale\
na apoptoza.
w mózgu młodych myszy NR2B > NR2A, z wiekiem NR2A > NR2B.
Dlaczego ?? ... preferencja młodych? ... zapobieganie przecią\
eniu ? ...
Jak to działa
Dziedziczenie szczególnych zachowań
14
Geny na genetyczną pamięć zachowań
Nie wszyscy maja szczęście uczyć się od rodziców i nauczycieli
Dziedziczne wzorce zachowania bywajÄ… skomplikowane
http://niewiarygodne.pl/gid,11059780,img,11059791,kat,1017185,title,10-najdoskonalszych-owadzich-zabojcow,galeriazdjecie.html
Mrówkolew pospolity (Myrmeleon formicarius)
- dzieckiem w kolebce (jako larwa) buduje i u\
ytkuje piaskowe pułapki na mrówki
Geny na genetyczną pamięć zachowań
Nie wszyscy maja szczęście uczyć się od rodziców i nauczycieli
Dziedziczne wzorce zachowania bywajÄ… skomplikowane
http://www.efotogaleria.pl/
index.php?m=60&ktore=103
Ammophila sp. - Szczerklina piaskowa (i inne gatunki os)
- wie doskonale gdzie zrobić zastrzyk z parali\
ujÄ…cego jadu i parÄ™ innych rzeczy
15
Geny na genetyczną pamięć zachowań
Nie wszyscy maja szczęście uczyć się od rodziców i nauczycieli
Dziedziczne wzorce zachowania bywajÄ… skomplikowane
Wikipedia - Sphex
Ammophila sp. - Szczerklina piaskowa (i inne gatunki os)
- wie te\
jak zbudować i ukryć norkę, a potem karmić w niej larwy
Geny na genetyczną pamięć zachowań
Nie wszyscy maja szczęście uczyć się od rodziców i nauczycieli
Dziedziczne wzorce zachowania bywajÄ… skomplikowane
Wikipedia - spider web
Pajaki (Areanea)
- znajÄ… zasady konstrukcji sieci, a gorzej im idzie po alkoholu lub na  haju
16
Geny na genetyczną pamięć zachowań
Nie wszyscy maja szczęście uczyć się od rodziców i nauczycieli
Dziedziczne wzorce zachowania bywajÄ… skomplikowane
Węgorz (Anguilla anguilla )
Wikipedia - spider web
- drogi migracji (co prawda w Oceanie z prÄ…dem, ale w rzekach)
Geny na genetyczną pamięć zachowań
Dziedziczne wzorce zachowania bywajÄ… skomplikowane
Domu siÄ™ nie wybiera
Bocian biały (Ciconia ciconia )
Wikipedia - white stork
- miejsce zimowania i przeloty
17
Geny na genetyczną pamięć zachowań
śycie społeczne o dziedzicznych podstawach
Oporność wzgledem zgnilca u pszczoły miodnej (Rothenbuhler, za Dawkinsie: s.94;)
- 2 geny oporności (medndlujące) i odpowiednio 4 behawioralne rasy:
1. gen odszukiwania i otwierania komórek z zara\
onymi larwami
2. gen wyciÄ…gania i wyrzucania poza ul chorych larw
- 1 rasa higieniczna - oporne na zgnilec: - otwierajÄ… i wyrzucajÄ…,
- 3 rasy niehigieniczne - podatne: - nie robiÄ… nic
- tylko otwierajÄ… nie wyrzucajÄ…c
- wyrzucają tylko z otwartych komórek
Przejście robotnicy pszczoły z roli karmicielki czerwi do roli zbieraczki, ok. 3 tyg. \
ycia imago
zale\
ne od aktywności genu foraging (for) - kodującego kinazę
Gen for u muszki owocowej Drosophila melanogaster w postaci dwóch alleli:
- forR  nosiciele ( włóczęgami - ang. rover) zbierają po\
ywienia na du\
ym obszarze
- forS  nosiciele ( kwoki - ang. sitter) eksploatujÄ… pobliskie zasoby
U pszczół zmiana w zachowaniu indukowana przez gen for jest zale\
na od tempa dojrzewania i
sygnalizacji feromonalnej
" W koloniach jednodniowych robotnic (bez starszych zbieraczek) młode pszczoły - opiekunki,
podjęły rolę zbieraczek (2 tyg. przed czasem), co wiązało się ze wzrostem akt. genu for
" Chemiczny aktywator kinazy (produktu for) indukuje zachowanie  zbieraczki .
" Podczas zmiany ról pszczół zmiany aktywności około 39% genów ze 5500 genow (na ok.
10000 genów ogółem), których ekspresję metodą mikromacierzy badał zespól Robinsona,
wykazywało bardzo wyraz
ne ró\
nice w ilości wytwarzanych produktów.
Nowy wspaniały ul. Urszula Bulkowska Serwis naukowy PR 24.10.2003; za Gene E. Robinson (University of Illinois, Urbana-Champaign:
Science, 2002, 2003); wiecej: http://www.hgsc.bcm.tmc.edu/projects/honeybee
Genetyka zachowania człowieka
Ta subtelna ró\
nica
między kobietą i mę\
czyznÄ…
i jej niewÄ…tpliwie genetyczne
podło\
e
są świetnym modelem
18
Dziewięć płci człowieka
Dojrzewanie płciowe - płeć na dziewięć sposobów
" chromosomalna
" genowa
" gonadalna
" hormonalna
" genitalna
" podwzgórzowa
" behawioralna
" metrykalna
" społeczna
http://www.futura-sciences.com/sinformer/n/imprimer.php
Dymorfizm płciowy
Cechy płciowe
" pierwszorzędowe - gonady
" drugorzędowe - genitalia
" trzeciorzędowe
- piersi, proporcje budowy ciała
i wszystko inne,
łącznie z ró\
nicami psychicznymi
Ró\
nice w budowie mózgowia
Malinowski: Antropologia
Roger Gorski
(po 5 latach bezowocnych badań, jeszcze dyplomant)
dymorfizm płciowy mózgowia u szczurów w SDN (sexual dymorfic
nucleus) brzuszno-przyśrodkowego podwzgórza
- u samców zgrupowanie SDN 2-4 razy większe i gęściej utkane
Dick Swaab (Amsterdam)
- na podstawie ok. 100 mózgów ludzkich
SDN 2 razy większe w mózgach męskich,
podobny wzorzec w transeksualizmie (!)
19
Dymorfizm płciowy
Dymorfizm płciowy - fizyczny średnio wyra\
ony, przeciętnie wyra\
ajÄ…cy siÄ™ 8%
ró\
nicami morfometrycznymi - typowy dla gatunków poligamicznych
zewnętrznie przejawiający się drugo- i trzeciorzędowymi cechami płciowymi
(genitalia, piersi, ró\
nice budowy kośćca, owłosienia, cechy psychiczne, rola
społeczna)
- ró\
nice przeciętnego wzrostu mę\
czyzn i kobiet 10-12 cm
- ró\
nice sięgów 5-40 cm między płciami
Typologiczne ujęcie ró\
nic dymorficznych w zakresie budowy ciała:
" Typ męski: silna budowa górnych części ciała, karku i obręczy barkowa, du\
a
głowa, wystający profil twarzy, wąskie biodra, relatywnie krótszy tułów i dłu\
sze
kończyny(!!), otłuszczenie 15-18% mc, mięśnie 42% mc, Malinowski: Antropologia
" Typ \
eński: mniejsza h i MC, drobniejsza głowa o bardziej dziecięcych
proporcjach twarzy, bardziej zaokrąglone kształty, relatywnie dłu\
szy tułów,
krótsze kończyny, znaczniejsze otłuszczenie (24-28% mc) - głównie w obręczy
biodrowej, subtelniejsza budowa kośćca i słabsze mięśnie (36% mc), luz
niejsze
torebki stawowe, większa gibkość i precyzja ruchów, ni\
ej środek cię\
kości ciała,
mniejsza - tak\
e relatywnie - pojemność płuc i serca, wy\
sza częstość tętna, o
50% mniejsza siła mięśniowa i o 25-30% mniejsza ni\
u mÄ™\
czyzn wydolność
fizyczna, ni\
sze PPM, wy\
sza odporność, mniejsze zró\
nicowanie osobnicze
Dymorfizm płciowy
Cechy płciowe
" trzeciorzędowe - kośćca
Malinowski: Antropologia
20
Ró\
nice znane wszystkim
KOBIETY M
śCZYy
NI
" lepsze pamiętanie informacji przypadkowych " pamiętają informacje powiązane ze sobą
" większy udział istoty szarej w korze - lokalne " większy udział istoty białej w korze - globalne
przetwarzanie sygnałów (R.C.Gur 1999) przetwarzanie sygnałów (R.C.Gur 1999)
" słabsza i póz
niejsza lateralizacja mózgu " silniejsza i wcześniejsza lateralizacja półkul:
prawa - zdolności przestrzenne, lewa - językowe
" wy\
sza sprawność werbalna, preferują
komunikacjÄ™ werbalnÄ… " ni\
sza sprawność werbalna, częstsze dysleksje
" gorsza orientacja przestrzenna " lepsza orientacja przestrzenna i sprawność w
testach wzrokowo-przestrzennych
" lepsza intuicja
" słabsza intuicja
" łatwość w wyra\
aniu uczuć
" trudność w ekspresji emocjonalnej
" preferujÄ… zabawy oparte na relacjach
międzyludzkich " preferują zabawy przedmiotami
" uczą się wg zasady: "ja mówię - ty słuchasz" " jeśli się uczą, to przez samodzielne
rozwiązywanie zadań
" preferujÄ… zawody, wiÄ…\
Ä…ce siÄ™ z interakcjami
międzyludzkimi " preferują zawody, w których dominują
czynności mechaniczne lub działalność
" zale\
ne od regulacji hormonalnej wahania
teoretyczna
nastroju w cyklu miesiÄ…czkowym:
- estrogeny zwiększają aktywność neuronalną " wy\
sza agresywność zale\
na testosteronu
i w konsekwencji: pobudliwość, wydolność i
" silna tendencja do rywalizacji, dominacji i
wra\
liwość zmysłową
rozwiązań siłowych, a tak\
e zachowań
- progesteron zmniejszą mózgowy przepływ
przestępczych
krwi i metabolizm, zwiększając męczliwość,
obni\
ając libido i reaktywność emocjonalną
Malinowski: Antropologia
Dymorfizm płciowy
Mo\
e nie zupełnie takie &
21
Dymorfizm płciowy mózgu
Dymorfizm płciowy mózgu
" jÄ…dro nadskrzy\
owaniowe (suprachiasmatic nucleus)
(ośrodek regulacji cyklu okołodobowego i płciowego)
u kobiet - wydłu\
one
u mÄ™\
czyzn  owalne
" obszar przedwzrokowy (preoptic area) j. nadskrzy\
owaniowego
u mÄ™\
czyzn - do 2,2 razy większy ni\
u kobiet.
nie ma ró\
nic wielkości u osób homo i heteroseksualnych
" spoidło przednie
większe u kobiet ni\
u mÄ™\
czyzn (ok. 16%)
większe u mę\
czyzn homoseksualnych ni\
u kobiet (ok. 18%)
większe u mę\
czyzn homoseksualnych ni\
heteroseksualnych (ok. 34%)
" spoidło wielkie - większe u kobiet
" symetria półkul  większa u kobiet
" lateralizacja (m.in. mowy)  póz
niejsza u kobiet
Dymorfizm płciowy mózgu
MIEJSCE ZBRODNI
JÄ…dro nadskrzy\
owaniowe = SCN
22
Determinacja płci  krok po kroku
Rozwój gonad i genitaliów
" Ok. 21dnia - ok. 100 komórek linii plazmy płciowej w woreczku \
ółtkowym
- migracja do listewek mezodermalnych (do ok. 38 dnia)
- du\
e komórki prapłciowe wśród komórek nabłonka mezodermalnego (w śródnerczu)
" Ok. 50 dnia - namno\
enie do 600 000 komórek prapłciowych:
- u płodów męskich w części rdzennej ró\
nicowanie kanalików nasiennych (kom.
podporowe Sertoliego i komórki interstycjalne Leydiga - hormonotwórcze)
- u płodów \
eńskich ró\
nicowanie w części powierzchniowej - korowej pragonady.
" 5 tydzień - nabłonek śródnercza tworzy rynienkę i zamyka się w cewkę = przewód Mullera
(równoległą do przewodu śródnercza = Wolfa)
- z dwóch przewodów Mullera jajowody i macica, z przewodów Wolfa - nasieniowody
" 10 - 16 tydzień - ró\
nicowanie gonad płodowych i wydzielanie hormonów
- kształtowanie cech płciowych: genitaliów wewnętrznych, przekształcanie
niezró\
nicowanego wzgórka płciowego w genitalia zewnętrzne, kształtowanie połączeń
nerwowych podwzgórza i typu funkcji przysadki mózgowej - predeterminowanie
zachowania i preferencji seksualnych
" Ok. 8 miesiąca - zstąpienie jąder przez jądrowód
- mo\
e nie nastąpić lub zstąpić nieprawidłowo (wnętrowstwo)
Zasada - im dalej od gonad tym póz
niej specyficzne objawy dojrzewania płciowego:
" powiększenie genitaliów - skok wzrostu - mutacja - zmiany proporcji ciała
" owłosienie: łonowe - pachowe - twarzy - łysienie
" zachowanie: popęd - hamowanie - intelekt
Determinacja płci - schemat
.
http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca
23
Determinacja płci - schemat
+
" ?
.
" ?
" ?
Determinacja płci - kolejność rzeczy
Determinacja fenotypu męskiego
" aktywacja genu TDF (testis determining factor = induktor genu antygenu H-Y)
w obszarze SRY (sex determining region Y) chromosomu Y ok. 8 tyg. \
.płod.
" aktywacja genu hormonu antymuellerowskiego
(AMH = MIH - mullerian inhib.h.)
" aktywacja genów syntezy testosteronu w gonadach płodu przez TDF
" zanik (supresja) TDF
" indukcja androgenów i reakcja rozwojowa na androgeny
- gen receptora androgenów
(defekt - niewra\
liwość na androgeny = z. feminizujących jąder,
np. hiszpańska sportsmenka Maria Patinio - 1/20 000 urodzeń)
24
Zygota XX lub XY
Determinacja
Plód XX lub XY
płci u ssaków
SF1, WT 1 Przewody Przewody
schemat
Mullera Wolfa
Niezróznicowana
gonada
.
ZFX, FOXL2 SRY, SOX9
Jajnik XX Jadro XY
Fgf6 Kom. Kom.
Leydiga Sertoliego
testosteron SF1 AMH
dihydrotestosteron
Genitalia zenskie Zewnetrzne Wewnetrzne
genitalia meskie genitalia meskie
Determinacja płci u ssaków - schemat
.
25
GAMETA GAMETA
jajo plemnik
Determinacja
chromosom X chromosom X lub Y
Obojniactwo prawdziwe
Zespoły:
45:X0; 47:XXY
płci
Represor antygenu H-Y
PA
EĆ CHROMOSOMALNA
47:XXX; 47:XYY
CHROMOSOM X
ZYGOTY I ZARODKA
KARIOTYP XX LUB XY Induktor antygenu H-Y
- schemat
CHROMOSOM Y
Gen antygenu H-Y
Anygen H-Y
AUTOSOM
czynny - gonada męska
nieczynny - gonada \
eńska
PA
EĆ GONADALNA Ró\
nicowanie gonad
PA
ODU
Obojniactwo rzekome
JAJNIKI LUB J
DRA
Zespoły płciowo-
Wydzielanie hormonów nadnerczowe itp.,
.
zaburzenia hormonalne
PA
EĆ HORMONALNA
Produkcja estrogenów - płeć \
eńska
PA
ODU
Produkcja androgenów - płeć męska
ESTROGENY LUB ANDROGENY
Gen receptora
Reakcja komórek na androgenów
hormony zale\
na
Brak czynnego
od metabolizmu
Oddziaływanie organizmu
receptora - zespół
i obecności receptorów
matki, leków itp
feminizujÄ…cych jÄ…der
PA
EĆ PODWZGÓRZOWA PA
EĆ GENITALNA I SOMATYCZNA
OK. PRZEDWZROKOWA I LEJKOWA GENITALIA I III-RZ
DOWE CECHY PA
CI
POWZGÓRZA PA
ODU I RDZEC
KRG. JAJOWÓD, MACICA, POCHWA, SROM ...
WZORZEC SAMICZY LUB SAMCZY NASIENIOWÓD, PR
CIE, MOSZNA ...
Regulacja hormonalna
Wpływy wychowawcze
PA
EĆ BEHAWIORALNA PA
EĆ METRYKALNA
DZIECKA I DOROSA
EGO OBYWATELA
śEC
SKA LUB M
SKA śEC
SKA LUB M
SKA
Nieprawidłowe wzorce-
Uwiedzenie homoseksualne
http://ici.cegep-ste-foy.qc.ca/... /chromoY.gif
WZORZEC ZACHOWAC
PA
CIOWYCH
Homoseksualizm,
I ORIENTACJA PSYCHOSEKSUALNA
Transeksualizm, itp
ROLE SPOA
ECZNE śEC
SKIE LUB M
SKIE
Determinacja płci mózgu
U dziesięciodniowych mysich embrionów część dymorficznych ró\
nic
budowy mózgu niezale\
na od wpływ hormonów płciowych płodu
(przed ich produkcjÄ…)
" ok 54 geny eksprymowane z ró\
ną intensywnością u samczyków i
samiczek
" 18 genów bardziej aktywnych
w mózgach samczyków
" 36 genów bardziej aktywnych
w mózgach mysich samiczek
Zespół University of California w Los Angeles w Molecular Brain Research (2003.10.)
Medycyna: Chłopiec czy dziewczynka? Weronika Śliwa "Ekspres Naukowy" PR 21.10.2003
26
Determinacja płci  bywa inaczej
Bezkręgowce - stawonogi
mszyce i błonkówki
- zapłodnione jaja diploidalne samice,
- niezapłodnione jaja haploidalne samce.
www.amonline.net.a
inne owady
- system XX-XY, (m.in. muszka owocowa Drosophila melanogaster )
para gonosomów XY  wzorzec jak u ssaków
interseksy, gdy stosunek chromosomów X do autosomów jest < 1, a > 0,5
- system XX-X0, (np. u Chorthippus biguttulus) samice - XX, samce jeden X
www.bio.utexas.edu/
motyle np. brudnica Lymantria
- determinacja płci stopniowana - mozaikowe osobniki interseksualne
Kręgowce zmiennocieplne
- płeć zale\
na od termowra\
liwego regionu chromosomów SR
David Page, Science nr 5441
jajo\
yworodna jaszczurka scynka Eulamprus tympanum
- wzrost temperatury ciała (hodowla w podwy\
szonej temperaturze)
- rozwój wyłącznie samców
- w warunkach naturalnych (klimat alpejski) proporcja płci w miocie (od 1 do 5 młodych) 1:1
Kylie Robert i Michael Thompson z Uniw. Sydney "Nature 2001.08
Im cieplej, tym więcej samców. Nauka w Onet za PAP /2001-08-16 07:17:00
\
ółwie
jaja w piasku o temp. poni\
ej 30oC - samce, powy\
ej 30oC  samice
- aktywacja genów produkcji hormonów męskich w ni\
szej temperaturze
aligatory
- przeciwne ni\
u \
ółwi zale\
ności od temperatury
Bateson P., Martin P.: Projekt \
ycia. Nowe Horyzonty Rebis 2003 Str. 106
Determinacja płci - ewolucja
Stałocieplne ssaki i ptaki
- mutacja genu regulatorowego SR do niezale\
nego od temperatury samczego allela SRY
(sex determining region Y)
- stabilizujÄ…ca inwersja fragmentu z SRY brak crossing over z samiczym allelem SR
- wyodrębnienie ssaczych i ptasich chromosomów płci X i Y (Z i W),
u płci hemizygotycznej brak niehomologicznych odcinków gonosomów
- zanikanie homologii chrom. X i Y i redukcja chrom. Y wskutek mutacji i delecji
du\
e inwersje uniemo\
liwiajÄ…ce koniugacjÄ™:
240-320 mln lat temu - rozejście się linii gadów, ptaków i ssaków
80-130 mln lat temu - oddzielenie stekowców od torbaczy i ło\
yskowców
50-80 mln lat temu - rozejście między torbaczami i ło\
yskowcami .
30-50 mln lat temu - wyodrębnienie wy\
szych naczelnych od lemurów
- homologia 19 genów na końcach ramion chrom. Y i X
w chromosomie Y - kilkadziesiąt czynnych genów,
w chromosomie X - ok. tysiąca czynnych genów
- unikalne rodzaje determinacji,
np. u dziobaków Ornithorhynchus anatinus 10 chromosomów płciowych: samice
XXXXXXXXXX, natomiast samce XYXYXYXYXY, gamety 5 chromosomów X albo 5
chromosomów Y (Grützner 2004)
27
Zaburzenia determinacji
Modelowe zaburzenia determinacji płci:
" abberacje liczbowe chromosomów płciowych
zespół Turnera (X0), Zespól Klinefeltera (XXY),
zespół metakobiety (nadkobiety = XXX), zespół nadsamca (XYY)
" zespól feminizujących jader (zespół kobiety XY)
mutacja genu receptora androgenów - niewra\
liwość na androgeny
np. hiszpańska sportsmenka Maria Patinio - 1/20 000 urodzeń
" zespół  guevedoces
www.dls.ym.edu.tw/lesson3/sex.htm
 guevedoces =  jaja po dwunastce endemicznie w Dominikanie,
mutacja 5-alfa-reduktazy, przekształcającej testosteron w dihydrotestosteron, DHT
indukuje w skórze obszarów genitalnych płodu przerost tkanki łącznej
i rozbudowę moszny oraz penisa, niedobór  fenotyp dziewczynki, w okresie dojrzewania
rozwój moszny i penisa i zmiana fenotypu genitalnego
Deborah Blum: Mózg i płeć. Prószyński i S-ka Warszaw 2000. (Str. 60.)
" indukcja nieadekwatnego zachowania płciowego w cią\
ach mnogich
 modele zwierzęce (świnie, szczury  gatunki o macicach dwuro\
nych)
wra\
liwość na hormony reakcji lordotycznej i reakcja wspięcia u dojrzałych zwierząt
" hermafrodytyzm pozorny na tle zaburzeń hormonalnych i dopingu
hormonalnego
(kora nadnerczy, guzy czynne hormonalnie itp.)
Zaburzenia determinacji
Hermafrodytyzm - zaburzenia fenotypu płciowego
" rzeczywisty hermafrodytyzm
 obecna zarówno tkanka jądrowa jak i jajniki
 rzadkie, przyczyna nieznana
 wykazywana współistniejąca mozaikowatość
" pozorny hermafrodytyzm - pseodohermafrodytyzm
typu \
eńskiego - wskutek nadmiaru androgenów w okresie płodowym
 wrodzona wirylizująca hiperplazja nadnerczy u płodu
 wewnÄ…trzpochodna matczyna wirylizacja na tle guza nadnerczy lub jajnika
 zewnÄ…trzpochodna wirylizacja wskutek terapii progesteronowej lub
androgennej ciÄ™\
arnych
typu męskiego
 dysgenezja jader lub ró\
ne zaburzenia regulacji hormonalnej
28
Zaburzenia determinacja płci
" Imposeks
Smith (1971) - u mięczaka Nassarius obsoletus porty wschodniego wybrze\
a USA,
Blaber (1970) - penis u samic ślimaka Nucella lapillus, w Plymouth Sound w Wlk. Bryt.
w oddzialywanie TBT jako przyczyna (1991) (Matthiessen 2003)
w 1970 r. imposex u Ocenebra erinacea w Zatoce Arcachon (Santillo i wsp. 2001)
" Ksenohormony
"endocrine disrupters" = hormonomimetyki
(Commision on Life Sciences 1999)
np.
organohalogenki, pestycydy, fenole, zwiÄ…zki ftalowe, metale ciÄ™\
kie i inne
(McLachlan 2001; Myers 2003)
1930 - np. estrogenopodobne działanie dietylostilbestrolu
1980-1999 - związku z zanieczyszczeniem środowiska
- w na Florydzie 20% ryb jednego gatunku wykazywało cechy obojniacze, brak normalnych
samców
- w Wlk. Brytanii samce płoci \
yjące koło ujść ścieków zaczęły wytwarzać ikrę
- toksykolodzy holenderscy udowodnili, \
e u samców karpi pod wpływem śladowych ilości
TPP ju\
po miesiÄ…cu pojawiajÄ… siÄ™ jajowody
(GW 23-31.12.1999.)
- feminizacja samców ryb, zakłócanie determinacji płci u aligatorów i innych gadów, oraz.
płazów i ssaków
(Matthiessen 2003).
Wybrane hormonomimetyki płciowe
Związek Zaburzany układ Mechanizm działania
Trwałe chloroorganiki
antyestrogen - hamuje wiązanie estrogenów z receptorem
PCB np.: 3,3'  pentachlorobifenyl, Estrogeny/androgeny
estrogenów, antyandrogen via receptor Ah
Antyoksydanty \
ywności
Butylowany hydroksanizol (BHA) Estrogeny hamuje wiązanie estrogenów z receptorem estrogenów.
Pestycydy
hamuje wiązanie hormonów z receptorami androgenów i
Atrazina LH, metabolizm testosteronu
estrogenów
DDT i pochodne Estrogen mieszany efekt agonisty-antagonisty z receptorem estrogenów
Metabolity DDT, p,p'-DDE Androgeny hamuje wiązanie androgenów z receptorami i estrogenów
Fenitrotion Anty-androgen konkuruje z androgenami o receptor
hamuje wiązanie hormonów z receptorami androgenów i
Lindan (Hexachlorocyclohexane) Estrogeny/Androgeny
estrogenów
Mirex Anty-androgen Hamuje produkcje LH
Tributylek cyny (Tributyltin = TBT) Androgeny agonista receptora androgenów
Ftalany
Di-n-butyl ftalan (DBP) Estrogeny i Androgeny antagonista receptorów androgenów i estrogenów
Inne zwiÄ…zki
Benzo(a)piren Androgeny anty-androgen
Styren dimery i trimery Estrogen Agonista estrogenów
Metale
Kadm Estrogeny Aktywuje receptor estrogenów
29
Orientacja seksualna
Ok. 4 proc. mÄ™\
czyzn i 3 proc. kobiet ma orientacjÄ™ homoseksualnÄ…
Orientacja seksualna w dorosłym \
yciu determinowana przez procesy zachodzÄ…ce w \
yciu
płodowym, w tym zmiany aktywności i metabolizmu hormonów płciowych w organizmie matki
Orientacja seksualna ustalana przed urodzeniem. Nauka w Onet PAP, JP / 2003-10-15 06:18:00
" U mÄ™\
czyzn rozkład częstości orientacji psychoseksualnej dwumodalny
ze szczytami dla wartości skrajnych i brakiem orientacji pośrednich
(w skali 0 - 6 Kinsleya:  0 czysty heteroseksualizm -  6 czysty homoseksualizm
ale: nie wierz Kinseyowi  sfalszował wyniki badań, a badał nierzetelnie )
" U kobiet rozkład częstości orientacji dwumodalny, ale z większym
prawdopodobieństwem wystąpienia typów pośrednich o mieszanej orientacji
psychoseksualnej, orientacja psychoseksualna kobiet zmienna - mo\
liwe
pojawienie się orientacji homoseksualnej w póz
nym okresie \
ycia
" Oprócz preferencji seksualnych tak\
e ró\
nice behawioralne
np. natÄ™\
enie składnika reakcji zaskoczenia - bezwarunkowej reakcji mrugania
powiekami (w odpowiedzi na ostry dz
więk)
- najsłabsza reakcję - mę\
czyz
ni heteroseksualni,
- nieco silniejsza - mÄ™\
czyz
ni homoseksualni
- silniejsza - kobiety homoseksualne
- najsilniejszÄ… - heteroseksualne kobiety
Glenn Wilson, Qazi Rahman, University of East London, w Behavioral Neuroscience 2003.10.
Determinacja preferencji płciowych
" Homoseksualizm wynikiem zaburzenia hormonalnej determinacji płci w okresie
rozwoju płodowego i wpływu matczynej regulacji hormonalnej
Statystyczne korelacje pomiędzy stresem cię\
arnej matki (np. bombardowania w
czasie II w. św.) a częstością homoseksualizmu męskiego
Nadczynność nadnerczy matki w stresie
produkcja DHEA (słaby androgen)
przekształcenie DHEA do testosteronu
maskulinizacja mózgu płodów \
eńskich
" Osoby o zdeterminowanych rozwojowo androgynicznych cechach psychiki
charakteryzujÄ… siÄ™:
- wy\
szą inteligencją i kreatywnością od osób o czystych typach
psychoseksualnych
- mÄ™\
czyz
ni: aktorzy, pisarze i naukowcy cechują się większą
zawartością hormonów \
eńskich (w porównaniu z politykami
i sportowcami)
- aktywne i twórcze zawodowo kobiety cechują się większą zawartością
hormonów męskich
Dusza biochemiczna Dorota Czajkowska-Majewska. (dr neurochemi, NIH Waszyngton) Polityka 28.04.2001. str. 76-77.
30
Determinacja preferencji płciowych
" Tetrahydroprogesteron (THP), metabolit progesteronu, wzmacnia aktywność
receptora GABA. Efekt behawioralny widoczny jest w ciÄ…\
y i w fazie lutealnej u
kobiet jako uczucie spokoju i senności. Równocześnie nasila się refleksyjność i
głębia myślenia. W skrajnych przypadkach reakcją na zwiększony poziom THP
mo\
e być spowolnienie ruchowe, utrata koordynacji ruchowej a nawet stany
depresyjne. Obni\
enie aktywności THP po porodzie i w połogu objawia się u
młodych matek niepokojem i nasiloną czujnością, a u niektórych kobiet depresją
poporodowÄ….
" Estrogeny wydzielane w fazie estralnej cyklu miesięcznego działają pobudzająco
stymulując sprawność behawioralną.
" Produkowany przez nadnercza i tkankę nerwową mózgu DHEA współdziała w
czasie reakcji stresowej z adrenaliną i kortyzolem wywołując stan pogotowia
psychicznego. Jego działanie przyspiesza reakcje i sprzyja konsolidacji pamięci.
Najwy\
sze wydzielanie DHEA ma miejsce u osób w wieku około 20 lat i z czasem
maleje.
" W póz
nych fazach stresu decydujÄ…cÄ… rolÄ™ odgrywa produkcja i tonizujÄ…ce
działanie THP i THDOC.
" Pobudzające działanie i nasilające agresję jest charakterystyczne dla
testosteronu. Metabolity testosteronu, m.in. androsteron oraz pochodne o
charakterze estrogenów hamują agresję. Poziom testosteronu jest najwy\
szy
wiosnÄ…, a najni\
szy jesieniÄ….
Dusza biochemiczna Dorota Czajkowska-Majewska. (dr neurochemi, NIH Waszyngton) Polityka 28.04.2001. str. 76-77.
Determinacja preferencji płciowych
Muszki owocowe
o behawiorze płciowym decyduje zale\
na od płci ekspresja genu "bezowocny" -
"fruitless" (obróbka postranskrypcyjna/potranslacyjna)
" normalne samce produkujące kompleks białek FruM:
 preferencje do samic, samczy wzorzec behawioralny w zalotach (tańce,
"pieśni" godowe)
samice zmodyfikowane genetycznie produkujące męski kompleks białek FruM
 męskie zachowania godowe, tylko wobec zmodyfikowanych samców,
produkujÄ…cych \
eńskie feromony
" zmodyfikowane samce produkujÄ…ce \
eński kompleks białek "fruitless"
 sporadyczne zaloty do samic - wyłącznie dziewiczych,
 skłonność do samców (częstsza ni\
u zwykłych samców)
" samce z zablokowanym genem "fruitless"
 brak męskich zachowań seksualnych
Gen "fruitless"
 prawdopodobnie koduje czynnik transkrypcyjne ró\
nicowania sieci nerwowej
 aktywny u samców w małej grupie neuronów, zaanga\
owanych w zaloty,
m.in. wykrywajÄ…cych feromony
Barry J. Dickson; Austriacka Akademia Nauk, w  Cell 2005.06.
Barbara Taylor i zespoły z Uniw. Stanu Oregon, Uniw. Stanforda oraz Uniw. Brandeisa, w  Nature 2005.06.
Preferencje seksualne w jednym genie. Nauka w Onet PAP, MD /2005-06-18 00:18:00
31
Deana Hammera przepis na ...
Wątpliwa dziedziczność, mo\
liwy charakter wrodzony
" dziedziczenie homoseksualizmu sprzÄ™\
one z płcią, marker w krótkim ramieniu
chromosomu X (Xq28)
- czterokrotnie większe prawdopodobieństwo wystąpienia homoseksualizmu
u jednego z braci, pod warunkiem \
e drugi jest homoseksualistÄ… (R. Pillard),
- brak zwiÄ…zku u kobiet - bliz
niaczek (N. Martin, M. Bailey),
- u kobiet  gen homoseksualizmu przyspiesza ok. 0,5 roku dojrzewanie płciowe
R. Pillard i niezale\
nie N. Martin, M. Bailey
" hipoteza genetycznego podło\
a homoseksualizmu
 gen/geny w rejonie Xq28 chrom. X
na podstawie analizy rodowodu 76 bliz
niÄ…t monozygotycznych
i 40 bliz
niąt dizygotycznych, z rodzin wśród których homoseksualizm częściej
występował u mę\
czyzn z linii \
eńskiej
Dean Hammer (1993)
" krytyka tezy Hammera
- brak potwierdzenia determinacji preferencji seksualnej przez ten region,
badani wyraz
nie ró\
ną się prawdomównością
Georg Ebers (Kanada) w Science
Determinacja preferencji płciowych
Transeksualizm
- częstość 1 : 60 000, w Polsce ok. 5-8 tys. osób transseksualnych,
ok. 1000 deklaruje chęć zmiany płci, ok. 300 jest w trakcie leczenia,
w 150 przypadkach dokonano zabiegu zmiany płci
Osoby transeksualne w 80% nie sÄ… akceptowane przez otoczenie.
Zabiegi zmiany płci obejmują: redukcję piersi, amputację lub
rekonstrukcję prącia, usunięcie (?) \
eńskich genitaliów oraz \
eńskich i
męskich gonad (?) oraz substytucję hormonalną.
Zabiegu zmiany płci dokonują kliniki w Warszawie, A
odzi i Gdańsku.
Kwalifikacji dokonuje Instytut Więzi Międzyludzkich w Warszawie na
podstawie testów (prof. Gruca, Imieliński, Krajka, Kruk-Jeromin, doc.
Dulko, dr Chojnowska)
Stowarzyszenie Obrony i Niesienia Pomocy Osobom Dotkniętym
Zaburzeniami z Zakresu Transpozycji PÅ‚ci  Los (ul. Sienkiewicza,
Gdańsk-Wrzeszcz) zarejestrowano w 1998 roku
32
Determinacja płci - wpadka dr J.Moneya
Przypadek Johna/Joan
" Nieskuteczność chirurgicznej i hormonalnej rekonstrukcji płci \
eńskiej
u wczesnego (8 miesiÄ…c \
ycia) kastrata męskiego - historia przypadku
Joan - Johna (Bruce? David?  Brenda: ur 1967) w Winnipeg (Kanada):
" bliz
niak homozygotyczny przypadkowo wykastrowany podczas obrzezania
(operacja stulejki? urwanie genitalii i gonad pró\
niociÄ…giem podczas porodu?)
" chirurgiczna rekonstrukcja do fenotypu \
eńskiego w wieku 22 miesięcy
" wczesny, błędny opis pozytywnej rekonstrukcji chirurgicznej, hormonalnej
i wychowawczej Joan?Brendy? do pozornego fenotypu \
eńskiego (John
Money 1973)
" póz
na weryfikacja (Milton Diamond, K.Sigmundson 1997) - w wieku 14 lat
kryzys identyfikacji płciowej z depresją (od 12 r.\
substytucja estrogenów i
rozwoju trzeciorzędowych cech płci \
eńskiej)
" ponowna rekonstrukcja chirurgiczna i hormonalna fenotypu płciowego w
kierunku męskim, wieku 25 lat John - Joan zawarł mał\
eństwo z kobietą
i przysposobił jej dzieci
" w 1995 (w momencie odchodzenia Moneya na emeryturÄ™) ponownie
dostrze\
ony, ju\
jako 28 letni David Reimer funkcjonuje w męskiej roli
John Money (2002; professor emeritus of psychology at Johns Hopkins University) - koncepcja neutralności płciowej noworodka
ludzkiego (ssaczego) i kulturowej determinacji płci behawioralnej
Oponent Moneya - Milton Diamond (Univ. Hawai) - przytaczał wcześniej ignorowane dowody na genetyczno-hormonalną
determinację płci u ssaków.
Sexual and Gender Identities: The Significance of the John/Joan Case. Keith Sigmundson, M.D. Milton Diamond, Ph.D., and David Reiner
2002 SSSS Annual Conference Montreal, Quebec, Kanada November 7 - 10, 2002
Determinacja płci  wpadka dr J.Moneya
As Nature Made Him: The Boy Who Was Raised as a Girl. Non-fiction by John Colapinto.
HarperCollins Publisher 2000 ISBN 0-06-019211-9
" In the case of Bruce/Brenda Reimer that the book revolves around, Money's theories were not applied to a hermaphrodite,
but to a normal baby boy whose penis had been destroyed in a botched circumcision. After doctors in Winnipeg weren't of
much help, little Bruce's parents took Dr. John Money's advice (they had seen him on TV) by agreeing to surgical
castration and raising Brenda in every way as a girl.
" For years, Money used the classic Bruce/Brenda case (psychologically important because her identical twin, Brian, could
be used as a control) as a shining example of how genital construction, upbringing and environment cemented gender
identity. The case was used by feminists who sought to minimize differences between men and women, and it was quoted
in other authors' sexual/gender books of note. Money also promoted his theories through appearances on popular TV
shows.
" Once a year Brenda's parents took her and her brother from Winnipeg to Baltimore for Dr. Money to examine. His sessions
with them grew to be contentious and even bizarre. At one, he is reported to have had Brian simulate copulation with his
sister, because of his theory that children need to act out adult sex to enhance their gender identification. Brenda grew
fearful and apprehensive around Money, and he became ever more strident and demanding. (Money is depicted as a kind
of try-everything, sexual Timothy Leary. On the flip side, he's cast as a scientist less interested in the facts than his own
power and fame, capable of becoming profane and violent.)
" The toll on Brenda's young, unpretentious Canadian family was extreme. Brenda didn't walk and act like a typical girl and
was teased by schoolmates. In fact, she was more aggressive and likely to fight back than her own brother. Her
schoolwork suffered and she became nervous and withdrawn. Brenda and her brother at one time or another attempted
suicide. Her father began to drank to excess. Her mother had to be hospitalized. They moved to British Columbia and
back. Eventually, due to Brenda's refusals to visit Money and to have further surgery, they ended the trips to John
Hopkins. The happy outcome that Money had painted in the media and described to his counterparts began to unravel.
First, TV media began to smell something fishy, did some sleuthing, and obtained unflattering interviews with the family.
Another researcher, Dr. Milton Diamond, an early Money critic, became interested in following up on the case and
published a contradictory report in a respected medical journal. Finally, John Colapinto was entrusted with telling their
story, first in a Rolling Stone article, and then in this book. It's important to note Brenda of her own accord reverted to a
male at age 14, had hormone-induced breasts removed and an artificial penis created, and is now married and a
stepfather.
33
Genetyka zachowania
I mo\
na więcej, do znudzenia
Codziennie nowe dane na temat
genetyki zachowania  robaków ,
myszy i człowieka &
34