Genetyczne aspekty uzależnienia od narkotyków. Część I. Struktura

Bogdan
Szukałski
Genetyczne aspekty uzależnienia od narkotyków.
Część I. Struktura genotypu a podatność na uzależnienie
Wstęp
Uzależnien ie
od narkotyków jest ciężką , przewlekłą
mózgu charakteryzującą s ię
przymusem poszukiwania i przyjmowania narkotyków
mimo pełnej świ adom ości tego konsekwencji. Według
szacunków WHO 2 miliardy ludzi na świecie nadużywa
alkoholu, 1,3 miliarda stosuje tytoń , a 185 milionów
nadużywa innych substancji psychoaktywnych. Wydanie IV ..Oiagnostic and Statistical Manual ot Mental Oisorders" (OSM-IV) za uzależnioną od narkotyków
uznaje osobę , u której w okresie 12 miesięcy występu­
ją trzy lub więcej z sześciu następujących objawów klinicznych:
• konieczność przyjmowania wzrastających dawek
narkotyków w celu osiągnięcia pożądanych efektów (euforia, pobudzenie itp.) lub wyrażne stopniowe zmniejszanie s ię efektu narkotyku przyjmowanego w niezmienionej dawce (tolerancja);
• charakterystyczne, ci ęż k i e objawy występu jące po
odstawien iu narkotyku (objawy odstawienne albo
abstynencyjne) ;
• wielokrotnie podejmowane nieudane próby przerwania przyjmowania narkotyku, zmniejszenia jego
dawki lub kontrolowanego przyjmowania (nieudana kontrola) ;
• niemożność kontynuowania ważnych działań społecznych i zawodowych (zaniedbanie obowiąz­
ków);
• poświęcanie większości czasu na zdobywanie
i przyjmowanie narkotyków oraz usuwanie skutków ich stosowania (uwaga skupiona wyłącznie na
narkotykach) ;
• przyjmowanie narkotyków mimo poważnych somatycznych i psychologicznych problemów, jakie
narkotyk wywołuje lub powoduje ich zaostrzenie.
nawracającą chorobą
stałe przyjmowanie narkotyku w sytuacjach niebezpiecznych i ryzykownych;
• powtarzające się prob lemy prawne związane
z przyjmowan iem narkotyku;
• nieprzerwane przyjmowanie narkotyku mimo uporczywych lub nawracających społecznych lub interpersonalnych problemów wywołanych lub ulegających nasileniu pod wpływem narkotyku [l].
Nadużywanie narkotyków i uzależnienie od nich stanowi bardzo poważny problem społeczny i zdrowotny.
Poznanie mechanizmu działania narkotyków na organizm ludzki oraz powstawania uzależnienia są od dawna przedmiotem intensywnych badań , które wykazały,
że istotną rolę w procesie uzależnienia odgrywają neuroprzekażniki i ich receptory oraz tzw. układ nagrody
(reward system) , jednakże dokładny przebieg tego procesu nadal pozostaje nieznany. Układ nagrody, zwany
ró wn ież mezolimbicznym układem dopaminowym ,
ukształtował s ię w procesie ewolucji po to, by człowiek
po zaspokojeniu głodu , pragnienia lub po akcie seksualnym - czynnościach biologicznie niezbędnych do
przetrwania i przekazania genów potomstwu - odczuwał satysfakcję i chciał te czynnośc i powtarzać [2].
Układ nagrody jest rozległą siecią neuronalną obejmującą szereg ośrodków nerwowych i łączące je drogi
nerwowe. W jego skład wchodzą :
•
- grupa neuronów dopaminowych w nakrywce
brzusznej śródmózgowia (ventral tegmental area
- VTA). Są one wrażliwe na stymulujący neuroprzekażnik ośrodkowego układu nerwowego
(OUN) - glutaminian;
- jądro półleżące (nucleus accumbens - NAc) zlokalizowane poniżej kory czołowej i zawierające
neurony GABA-ergiczne, które wydz ielają kwas
y- a mi n o m asł owy ,
neuroprzekażnik
hamujący
czynność
Według
tego samego źr ódła za osobę nadużywają­
narkotyków uznawana jest osoba, u której w ciągu
12 miesięcy występuje jeden z czterech poniższych objawów:
• systematyczne przyjmowanie narkotyku wywołują­
ce stan niezdolności do wypełniania ważnych obowiązków w pracy, szkole i rodzinie;
cą
40
OUN. Kontroluje on aktywność układu
dopaminergicznego;
- brzuszno-przednia część jądra ogoniastego ;
- ciało m igdałowate (corpus amygdaloideum,
amygdala) leżące w biegunie płata skroniowego
i stykające się z jądrem ogoniastym. Odgrywa
ważna rolę w kojarzeniu bodżców oraz w rozwoju
pamięci emocji;
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 273(3) 2011
- kora p rzedczołowa (prefrontaf cottex; odpow iedzialna za pamięć operacyjną i rozpoznawczą
oraz wyższe funkcje poznawcze włączające procesy przewidywania, planowania i samokontrol i
[3];
- hipokamp (hippocampus, róg Ammona) - czę ś ć
kory wpuklona do świa tła komory bocznej w o b rę ­
bie jej rogu skroniowego. Uczestniczy w rozwoju
pam i ę c i deklarat ywnej i przestrzennej oraz w procesach uczenia;
- p rąż k owi e (striatum), którego funkcja polega na
retransmisji do kory sygnałów napływającyc h z innych ośrodków .
W funkcjonowaniu u kł adu nagrody u c ze stni cz ą
cztery szlaki neurop rzekażni kowe: serotonine rgiczny,
którego neurony wydzielają serotoninę (5HT), opioidowy wytwarzający endogenne opioidy (enkefaliny, /3-en dorfiny i dynor/iny), dopaminergiczny z neuro prz e każ­
nikiem dopaminą i GABA-ergiczny z kwasem y-aminomasłowy m (GABA). Tw o rzą one tzw. ka s kad ę nagradzając ą (reward casca de), w której serotonina aktywuje neurony opioidowe, a wydzielane przez nie endogenne opioidy h amują uwalnianie kwasu y-aminomas łowego . Rola GABA w u kładz ie nagrody polega na
kontrolowa niu aktywnośc i neuronów dopaminergicznych i uwalniania przez nie "c ząst e czek przyjem n oś ci"
jak niektórzy określają dopaminę . Zmniejszeni e skuteczności tej kontroli przez hamuj ące dzia łanie endogennych opioidów skutkuje zwiększo ną se krecją dopaminy i p opra wą nastroju (e ufo ri ą) . Szczegó lną ro l ę
w funkcjonowaniu ukła du nagrody odgrywa odcinek
drogi dopaminergicznej z pola brzusznego nakrywki do
j ądra półleżącego zwany szlakiem mezolimbi cznym .
Naturalne, fizjologiczne pobudzenie układu nagrody
polega na umiarkowanym, k rót kot rwałym uwalnianiu
dopaminy z neuronów VTA do szczelin synaptycznych
(synaps) od dzi elających te neurony od neuronó w jądra
pólle żącego . Narkotyki zakłócaj ą praw id łowy rytm
funkcjonowania układu nagrody, przejmują nad nim
k o ntro lę i wywoł uj ą stymul a cję sekrecji dopaminy z sił ą wielokrotnie w ięks zą n iż jakiekolwiek bodż ce naturalne, doprowadzając do gwałtowne go wzrostu stęże­
nia neuroprzekażnika w synapsach. Hipoteza o "zespole deficytu nagrody" z a kła da , że osobnicy, u których
wyst ę puje dysfunkcja jednego lub w ięc ej elementów
s kła d ającyc h si ę na u kład nagrody d oznają mniejszej
(niedostatecznej) satysfakcji z naturalnych b odż ców
nagra dzających i m ają skłonność do n aduż ywan ia nienaturalnych czynników sty m ul uj ą cyc h u kła d nagrody,
takich jak alkohol i narkotyki. Końco wym efektem syndromu deficytu nagrody może być uzależn ien ie .
Ostatnio jednak badacze zajmujący się problema tyką uzależn ień coraz c zęściej zwracają uwagę na ro lę,
PROBLEMY KAYMINAlISTYKI273(3) 2011
j a ką w patogenezie tych sch orzeń o d grywaj ą czynniki
genetyczne, które są przyczyną zindywidualizowany ch
różn ic zarówno w podatnoś ci na inicjację przyjmowani a
narkotyków, jak i w przechodzeniu z nadużywan i a
w stan u z al eżn ien ia [4].
Podstawowe
p oj ę c i a
i te rminy gene ty czne
Somatyczne komórki ludzkie zawi e rają 46 chromosomów (23 pary): 22 pary, jednakowe u m ężczyzn i kobiet, noszą n azwę autosomów, a p ozo stała para to
chromosomy piciowe (XX u kobiet i XY u mężczyzn) .
Redukcyjny podział komórki, w wyniku którego powstaj ą komórki płci owe mające haploidaln y (zmniejsz ony
o połowę) zestaw chromosomów, nosi n azwę mejozy.
Chromosomy różnią s ię wielkością i zawartością
DNA. Ludzki chromosom oznaczony numerem 1 jest
największy i najbogatszy w DNA, zawiera 250 x 106 bp
(base pairs - par zasad), a chromosom 23 - najmniejszy, zawiera najmniej DNA (50 x 106 bp).
Zasady purynowe i pirymidynowe, tworzą ce pary
w łańcuchu polinukleotydowym (DNA), to adenina (A)
i tymina (1) oraz guanina (G) i cytozyna (C). M iarą wielkości genów (d łu g o ści fragmentów DNA) jest kb (ki/obase - tysią c par zasad). Jed n ostką 1000 razy wię kszą
jest Mb (megabase - milion par zasad), w przy bli ż eniu
równa 1 centymorganowi (cM).
odleg łości m i ędzy
genami.
miejscami genowymi leżą cym i na tym samym chromosomie mierzy się często­
ś cią zachodzen ia rekombinacji m iędzy nimi. 1 centymorgan odpow iada 1% często ści rekombinacji. Maksymainy odsetek rekombinacji mi ę d zy dwoma loci wynosi 50, co oznacza ca ł k owi ty brak sprz ężen ia . Orientacyjnie centymorgan bywa przeliczany na fi zyc zn ą odległość jednego miliona nukleotydów, jednak relacja ta
jest zachowana tylko dla m ały c h odległ o ś c i genetycznych.
Centy mo rgan - miara
Odleg ło ść genetyczn ą m ięd zy
Gen - odcinek łańcu c h a DNA, w którym kolejno ś ć
nukleotydów stanowi i nformację genetyczną
o zdolnośc i organizmu do syntezy o kreślonych białek .
ułożen ia
Ekson - odcinek czą steczki DNA (sekwencji nukleotydów) kod ują cy aminokwasy wc ho dz ące w s kład
c zą st ec z ki b i ałk a .
Intron - sekwencja nukleotydów n iez a w ierają ca
istotnych informacji ; niek odują cy odcine k genu.
Loc us genu -
pozycja zajmowana przez gen
w chromosomie.
41
Alle l - jedna z wersj i genu w określonym miejscu
(Iocus) na danym chromosomie homologicznym. Allele
tego samego genu ró ż n i ą s ię jednym lub kilkoma nukleotydami i wywoł ują odmienne u kształtowan ie tej samej cechy. Wystę p owa n i e wi ęcej niż jednej wersji danego genu określa się jako polimorfizm [5J. W danym
organizmie mogą występ ować tylko 2 allele, natomiast
w puli genowej populacji moż e być ich wiele.
Marker - sekwencja DNA, której chromosomalna
lokalizacja z o st ał a d okładnie o kreśl ona i która dzi ęki
tem u m oż e być uż yt a w analizie sp rzęż e ń do identyfikacji genu .
jej
Cecha autosomaina recesywna - ujawnia
nośnikiem są oba geny.
się ,
gdy
cych z nimi) ważnyc h właściwości , jak np. p o d atn o ś ć
na u z ależnienie .
W przyjętym ogólnie sposobie oznaczania chromosomalnej lokalizacji genów podaje się numer chromosomu (pierwsza cytra oznaczenia), ram ię chromosomu: krótkie (p) lub dł u g ie (q), a n astę pn ie liczby charak t eryzujące region, prążek i subprążek na ramieniu
chromosomu. Su b p rążki są widoczne tylko w dłu g i ch
chromos omach przy zastosowaniu techniki wysokiej
roz dz ie lczości prąż ko wej . Numer s ub p rążka oddziela
się od numeracji prążko wej za p o m oc ą kropki. Na przykład zapis lokalizacji genu kodują c ego li pa z ę monogl icerydó w (MGLL) wygląd a tak: 3q21 .3 i oznacza chromosom trzeci, długi e ramię , region drugi, prążek pierwszy, subp rą ż e k trzeci [1].
Metody badania relacji getotyp - fenotyp
Cecha autosomaina dominująca - do jej ujawnienia wystarczy jeden gen (alieI) noszący tę cechę.
Genotyp - zes pó ł genów danego osobnika różn y
od genotypów innych osobników tego gatunku, warunkuj ą cy jego właściw o ś ci dziedzic zenia. Identycz ne genotypy mog ą mi e ć jedynie bl iżn ięta jednojajowe.
Fenotyp - z e s p ół cech organizmu, których pojawienie się i sposób ekspresji okreś lony jest przez dzia łan ie
czynników genetycznych i ś rod owis kowyc h .
Genom - haploidalny ze sp ół chromosomów jąd ra
komórkowego, obejm ujący charakterystyczny dla danego gatunku z es pó ł genów.
Genom każdej komórki ludzkiej skł ad a się z ok. 3
miliardów par zasad (3 x 10 9 bp). Jeden gen s kła da si ę
z około 3 000 par zasad (3 x 103 bp), a więc z par zasad występujących w ludzkim genomie moż e powstać
około 1 miliona genów (3 x 109 : 3 x 103 = 106). W rzeczywistości genów tych jest około 100 000 (10 5), a z
tego tylko ok. 30 000 koduje białka .
We wszystkich tkankach ulega ekspresji tylko ok.
20% genów. Są to tzw. geny metabolizmu podstawowego (housekeeping genes), a 80% genów ulega ekspresji tylko w niektórych tkankach . S z czególną p o zy cj ę
zajmuje wśród nich tkanka mózgu, w której ulega ekspresji ok. 50% wszystkich genów, ale na razie nie udał o si ę ich zi dentyfikować ani poznać ich funkcji.
Polimorfizm pojedyn czych nukleotydów (single nucleotide polymorph ism - SNP) to zastąp ien ie pojedynczego nukleotydu w sekwencji łańcucha nukleotydó w
s kładających się na cząstecz kę DNA. Zmiany polegające na zastąp ien iu j a k i e g o ś nukleotydu w łań cuchu
polinukleotydowym mogą nie wp ływać na fun kcj ę genów, ale służą badaczom do wykrywa nia (s ąsiad u ją-
42
Istnieje zasadnicza ró ż n i c a mię dzy chorobam i jednogenowy mi będą cym i wynikiem mutacji w pojedy nczym genie (np. mukowiscydoza , fenyloketonuria)
i chorobami wielogenowymi, których patologia określo ­
na jest przez wiele loci genowych , a t akże przez interakcje m ięd zy poszczeg ólnymi genami i ś ro d o w is k i e m
biologicznym. N ad używan ie narkotyków i b ę dące jego
ko nse kwe ncj ą uzal eżn i eni e n ależy do tej drugiej grupy.
Nie ma więc jednego genu, którego w pływ byłb y na tyle mocny, by wywołać u za l eż nie ni e . P odatność na uzależn ien ie powstaje w wyniku d z iałan ia całego szeregu
genów [6]. Brak prostej z al eż no ś c i fenotypu od genotypu bardzo utrudnia i d entyfi k a cję genów waru nkujących
te choroby. Poznanie etiologii chorób wielogenowych
wymag a ustalenia, jakie geny uczest n i czą w powstawaniu fenotypu, wykrycia potencjalnie szkodliwych mutacji, a t akż e o k reślenia wzajemnych interakcji międ zy
poszczególnymi genami oraz m iędzy genami i środowi­
skiem.
Pierwszych dowodów na genetyczne uwarunkowania zjawiska n a dużywa nia narkotyków i procesu uzal eżn i en i a od nich d ostarczył y badania nad bli ż n i ętam i .
Obserwacja b liżniąt jednojajowych wychowywanych
oddzielnie p omogł a ro z st rzygnąć , czy za daną c ech ę
odp ow i ad aj ą geny czy wychowani e. Badania adopcyjne o p ier ają s i ę na porówn ywaniu potomstwa rodziców
biologicznych z dzi e ćm i adoptowany mi. Podob i eń st wa
m i ęd zy d z i e ćm i i ich biologicznymi rodzicami m og ą
ws kazywać na ich genetyczna p rzyczynę , natomiast
podob ieńs twa między dz iećmi i rodzicami, którzy je adoptowa li wskazują na wpływ czynników środowisko­
wych, przy czym środowisko jest tu pojęciem szerokim ,
o bejmujący m wszystkie zdarzenia i procesy zachodzą­
ce w cią gu życ ia , przeby te infekcje, wychowanie itp.
Jednymi z pierwszych badaczy tych z al eżno ści byli
Goodwin i in. [l j. Poddali oni badaniu 55 c h łopców, któ-
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 273(3) 2011
rych jedno z rodziców było uzal eżnione od alkohol u,
adoptowanych 6 tygodni po urodzeniu i niemającyc h
potem żadnego kontaktu ze swymi biologicznymi rodzicami oraz 78 dzieci adopt owanych , stan owiących grupę ko ntrolną . Rodzice adoptowanych dzieci z obu grup
reprezentowali podobne warunk i socjoekonomiczne.
Osobnicy z grupy pierwszej kilkakrotnie cz ęściej niż
z grupy kontrolnej (18% do 5% ) ulegali u z ależni eni u od
alkoholu, byli leczeni z powodu n adużywani a alkoholu
(95% do 1% ), przebywali na leczeniu psychiatrycznym
(15% do 3%). Wskazuje to, że czynniki genetyczne
mogą odg rywać ważna rolę w rozwoju uzale żn ien ia od
alkoholu lub zaburzeń psychicznych .
Cadoret i in. [8J badali adoptowane dzieci (242
ch łopców i 201 dziewc zyne k), których biologiczni rodzice wykazywali postawy as po łecz n e i mieli problemy alkoho lowe. O bc i ą że n i a rodziców zwiększają znacznie
ryzyko postaw aspołecznych u dzieci, a to z kolei
zwiększa prawdopod ob ieństw o stosowania i naduż y­
wania narkotykó w.
Poró wnanie wyników uzyskanych dla chłopców
i dziewczynek wskazuje , że zarówno czynniki genetyczne , jak i ś rodowis kowe wyw i erają podobny wp ływ
na obie p łci e. W rodzinach z dzieć mi adoptowanymi takie czynniki środowiskowe jak rozwód rodziców lub ich
zaburzenia psychiczne sprzyjają sięgan iu przez dzieci
po narkotyki i pred ysponują do ich nadużywania .
Bierut i in. [9J stwierdzili, że rodzeństwo osób uzależnion ych od alkoholu wykazuje podwyższony wskaż­
nik podatności na uzależn ienie od alkoholu
(49,3-50, 1% dla m ęż czyzn i 22 ,4-25% dla kobiet) . Podobnie w badaniu 1267 d o ro sł y c h krewnych pierwszego stopnia 23 1 probantów' u zal eżn ionych od opiatów,
kokainy, kannabis i/lub alkoho lu Merikangas i in. [10J
stwierdzili ośm iok rotn ie w iększe ryzyko nadużywan ia
narkotyków. U dzieci, których jedno z rodziców było
u z a l e żn i on e od alkoholu, wys tępuje p ięciokro tny
wzrost ryzyka alkoholizm u.
Badania bliżni ąt i dzieci adoptowanych były pierwszym etapem poznawa nia etiologii zaburzeń wywo ły­
wanych przez narkotyki , wykazując w tym rolę pod łoża
genetycznego. Nie wyjaśniły jednak, które składnik i
genomu ucz estni czą w tych procesach i są za nie odpowiedzialne. Odpowiedż na to pytanie wymaga obję ­
cia bada niami wielu genów, których poszukiwa nie
i identyfikacja s ą trudne ze wzg lęd u na złożo n y u ludzi
• Probant - osobnik, u którego wyst ą piła dana cech, np.
chorobagenetyczna. od którego rozpoczyna się analiza rodowodu w celu ustalenia sposobu dziedziczenia tej cechy. Analiza obejmuje zarówno pokolenie rodzicielskiejak i potomstwo
w stosunku do probanta [6].
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 273(3 ) 2011
u z ale ż n i o n y c h charakter relacji genotyp - środowisko
oraz patologiczne modele ich zac howań .
Najczęściej sto sowaną techniką poszukiwania genów odpowiedzialnych za jak ąś chorobę lub nieprawidłowość jest ustalenie asocja cji genetycznych, czyli
statystycznie istotnego wspó łwystępowania analizowanej cechy fenotypowej z dob rze znaną c echą nazywan ą markerem genetycznym [11].
Badania asocjacyjne p oleg aj ą na ustaleniu, czy
w dużej populacji okreś lona cecha i allel występ ują rzeczywiśc ie częśc iej n iż w populacji traktowanej jako
kontrolna . Na przykład porównuje s ię w grup ie osób
uzależnio nych i n i e uz ależ n i onyc h od jaki egoś narkotyku (lub zachowania) częstość wariantów polimorficznych, których funkcja w ią że s ię potencjalnie z patogenez ą u zależn i enia .
Badania asocjacyjne dotyczy ły do niedawna niewie lkiej liczby SNP-ów w genach kan dydu jących .
Obecnie , dz ięk i opracowaniu nowych metod genotypowania, prowadzi s ię badania asocjacyjne całego genomu (genome-wide association studies - GWAS). Ich
celem jest wyszukiwanie za leżności m iędzy genem
i fenotypem przez jednoczesne porównanie setek tysięcy wariantów genu w próbkach DNA pobranych od
bardzo licznych grup osobni ków.
Sprzężenie genetyczne (genetic linkage) to wspólne
dziedz iczenie poszukiwanego genu z określonym markerem [12]. Analiza sprzężeń (linkage analysis) ocenia
p rawdopodobieństwo , że marker genetyczny usytuowany w sąsie dztwie wariantu genu wywo łuj ące go
zmiany funkcjonalne, występuje części ej u d otk n iętych
zmianą krewnych . Jednym ze ws każ n ików określają­
cych sp rz ężen ie m i ędzy dwoma markerami jest parametr znany jako LOD (logarithm ol the odds), czyli logaryt m dzies ię tny ze stosunku prawdopodob ieństwa
sp rzężenia dwóch loci do prawdopod o bie ń stw a , że /0ci te nie są s p rzę żo ne. Wart o ś ć LOD > 3, a więc stosunek prawdopodobie ń stwa 1000 : 1 na korz yść s p rzę że­
nia dwóch leci wskazuje na istnienie sp rz ęż e n i a markera i poszukiwanego genu. Analiza sprzęż e ń rzadko doprowadz a do izolacji pojedynczego genu, zawęża jedynie pole poszukiwań do niewielkiego regionu genomu .
W chorobach wielogenowych , takich jak nadużywa­
nie narkotyków i uzależn ien ie od nich, strategia opiera
się na bada niach asocjacyj nych genów ka ndyduj ą­
cych, które o b ej m uj ą badanie marker ów polimorficznych w ob rę bie poszczególnych genów wytypowanych
w zw iązk u z tym, że defekt ich funkcji przejawia s ię
w postac i choroby. Przykłade m genu ka ndydującego
może być , np. gen receptora DRD2 dla dopam iny, ze
względu na rolę , jaką w uzależnien iu od nikotyny odgrywa pobudze nie przez tę s u bstancję dopaminergicznego u k ła d u nagrody, albo gen CYP2A6 wpływający
na szy b kość metabolizmu nikotyny.
43
Analiza genów kandyd ującyc h pomaga w identyfikacji genetycznego p od ł oż a choroby kompleksowej za
p o mocą badania genów, co do których istnieje uzasadnione domniemanie, że b io rą udział w etiologii tej choroby.
Metody stosowane we współczesnej genetyce pozwalają na id en tyfi kację, izolację i określen ie poziomu
ekspresji wielu genów równocześn ie . Metoda macierzy
DNA (DNA microarray, biochip DNA) może w dośw iad ­
czeniu wykonanym na jednej macierzy d osta rczyć
w bardzo krótkim czasie informacji o tysiącach ró ż ny c h
genów. Technika ta ma zastosowanie do identyfikacji
sekwencji, polimorfizmów i o k reś lania poziomu ekspresji genów. Pozwala ona wy ko nać błyskawiczn ą a na lizę
sekwencji wielkiej liczby cząs teczek DNA i komputerowe przetwo rzenie uzyskanych wyników. Daje to moż li­
wo ść monitorowania na pojedynczej p łytce znacznej
czę ści genomu, obserwowania aktywności tys ięcy genów i wnioskowania o interakcjach m iędzy nimi [5].
Technika pokazu różnicującego (mRNA differential
display) s ł u ż y do identyfikacji i analizy zmian ekspresji
mRNA w komórkach eukariotycznych . Pozwala analizować różn ice w ekspresji genów, moż e więc pomóc
zarówno w identyfikacji nowych genów, jak i w badaniu
ich funkcji.
Metody te opierają s ię na podstawowej własności
DNA, tzn. kom plementarności zasad (A- T, G-C) oraz
trzech standardowych metodach biologii molekularnej:
hybrydyza cji, klonowaniu i łańcuchowej reakcji polimerazy (p olymerase cnein reaction - PGR).
Jedno niciowe kwasy nukleinowe o komplementarnych sekwencj ach mogą łączyć się , two rząc dwuniciowe hybrydy w procesie nazywanym hybrydyza cją . Istnieje możliwość powstawania n ast ępującyc h hybryd:
DNNDNA, DNNRNA i RNNRNA. Tę właściwość kwasów nukleinowych wykorzystuje się w technikach analitycznych stosowanych do wykrywania specjalnych sekwencji DNA w z ł oż o n y c h mieszaninach .
Klonowanie służy do wyizolowania jednego fragmentu DNA (fragmentu genu) spośród wielu milionów
innych i skopiowaniu go w komórkach bakteryjnych
w il o ś c i ac h wy st a rczaj ącyc h do szcz e gółow ej analizy
u moż l iwiaj ą c ej badanie i c h a ra kterys ty kę.
Łańcuchowa reakcja polimeryzacji (PGR) służy do
replikacji dużych ilości wybranych sekwencji DNA. Namn ożoneg o DNA można uży ć do sekwencjonowania
jako sondy w hybrydyzacji albo wykorzystać do klono-
pewnych genów i w ten sposób zw iększają lub zmniejs z aj ą szyb kość , z jaką geny te u le gają transkrypcji.
Zdoln oś ć czynników transkrypcyjnych do regulacji ekspresji genów m o ż e zmien iać si ę w wyniku fosforylacji
zachodzących pod działaniem róż n ych typów kinaz
białkowych . P rz ykł adem może być GREB (c-AMP response element binding prote in) , którego zdolno ść regulowa nia transkrypcji kontrolowana jest przez kinazę
b iałkową zależną od c-AMP lub jonów wapniowych.
Poznanie czynników transkrypcyjnych jest ważnym
krokiem w wyjaśn ian iu molekularnych mechanizmów,
za po ś re d n i ctwem których narkotyki z mieni aj ą ekspresję specyficznych genów w poszczególnych typach komórek (struktur) nerwowych i w ten sposób wy wołu j ą fizyczne i psychiczne u z a l e ż ni en i e . Poznanie struktury
ludzkiego genomu umożliwiło i den tyfikację genów, które wykazują zmienny poziom ekspresji u osób przyjmują cych narkotyki.
Ważnym uzupełn ien iem badań prowadzonych na
osobach nadużywających narkotyków lub od nich uzal eż n i o n yc h są eksperymenty z użyciem zwi erzą t laboratoryjnych, które dosta rczają informacji trudnych lub
niem o żl i wy ch do uzyskania w inny sposób.
Systematyczna hodowla myszy dostarcza wielu
szczepów, co u łatwia dokładną g e n ety czną charakterysty kę zwie rz ąt , poznanie nie tylko mysiego genomu,
ale rów nież różni c między poszczególnymi szczepami.
Myszy tego samego szczepu mają identyczny genotyp
i bardzo podobne fenotypy, podczas gdy różne szczepy mają różne genotypy, wy kazują wię c ta kż e różne
fenotypy. R óżn i ce występ ujące mi ęd zy szcze pami dostarczają modeli do badania analogicz nych ró żn ic
u ludzi, gdzie małż e ń st w a między krewniakami s ą bardzo rzadkie. Porównawcze badan ia różnych szczepów mysich , które ujawniaj ą genetyczne róż ni c e tł u ­
mac z ąc e zmiany w fenotypach poszczególnych szczepów, d ost arc z aj ą więc informacji na temat m oż l i wych
genetycznych mechanizmów leżących u podstaw róż­
nic wraż liwości na substancje psychoaktywne u ludzi.
Badania na zw ierzętach pozwalają ponadto na eliminację lub i naktywację pojedynczyc h genów i obserwację na żyj ących z w i erz ęt a c h jaki w p ływ ma brak ekspresji genu na genotyp zac h owa ń wobec substancji
uzal eżn i ają cych . Trzeba jednak p ami ętać , że inne geny mogą k ompe n s ować utratę funkcji genu wyłączo ­
nego [4].
wania .
Geny a
Procesy kontrolujące ekspresję genów w komórkach mózgowych (neuronac h) są bardzo złożo ne .
Szczegól ną rol ę w tych procesach odgrywa d uża grupa bi ałe k zwi ąz anych z DNA - tzw. czynników transkrypcyjnych, które wią żą si ę ze specyficznymi sekwencjami (odcinkami) DNA w regulacyjnych regionach
Warianty genetyczne warunkujące podatność na
grup narkotyków i u z ależni en i e
od nich są zw i ąz a n e przede wszystkim z genami koduj ą cy mi aktywne bi ałka enzymatyczne , receptorowe
i tran sp ortujące :
44
podatność
na
uzależnienie
nad używan ie róż nych
PROB LEMY KRYMINALISTYKI 273(3) 2011
- enzymy metabo lizujące narkotyki (CYP 2A6 );
- enzymy meta boliz ujące n eu roprzekaźn i ki (l3-hydroksylaza dopaminy, DI3H , monoaminooksydaza
MAO);
- receptory neuroprzekaźników (recepto r dopaminowy D2);
- recepto ry, za pośredn ictwem których narkotyki
wyw i e raj ą dz iałan ie na organizm (kannabinoidowe CB1 i CB2, apiaidowe OPRM1 , kwasu gammaaminomastowego i benzodiazepin GABA A, nikotynowo-acetylocholinowe nACh);
- transportery neurop rzeka źników (se rotoniny
5HIT, dopami n DAT1).
Uhl i in. [13J z Molecular Neurobiology Research
Branch NIDA w Baltimore, Maryland badali próbki DNA
pobrane od 420 Euroamerykanów i 560 Afroameryk anów oraz od 680 etnicznie dobranych osób , które nie
miały kontaktu z narkotykami. Osoby objęte badaniem
przyjmowały różne substancje psychoaktywne , ale
każda z nich była uzależn iona przynajmniej od jednego narkotyku .
Stwierdzono , że polimorfizmy pojedynczego nukleotydu w DNA osób u zal eż n i o n y c h od narkotyków występują wielokrot nie częściej n iż u osób z grupy kontrolnej. Różnice te dotyczą ki lkudziesięciu genów, wywołując prawdopodobnie zmiany ich funkcji związane
z syntezą specyficznych białek i predysponują ich nosicieli do nadużywania różnych grup narkotyków i do
uza leżnien ia od nich. Nie stwierdzono natomiast wyrażnych różnic m iędzy grupą Euroamerykanów i Afroamerykanów.
Zidentyfikowano 89 genów mających wpływ na to,
czy dany osobnik b ę dzie wykazyw ał p r e d ys p oz ycję do
nad używan ia narkotyków i w dalszej perspektywie do
uza leżnienia się od nich czy też nie. G łówny cel dalszych badań to ok reś lenie roli i znaczenia produktów
ekspresji tych genów. Szybkość , z jaką ulegają zmianie
poziomy niektórych produktów ich ekspresji , jest zgodna z przebiegiem uzależnienia , ale konieczne jest ustalenie ścis łej zależności między ekspresją genów (przyczyna) a nad u żywa nie m narkotyków (efekt) .
Spoś ród tych 89 genów 21 uczestniczy w regulacji
procesów adhezji komórkowej o d g rywaj ą cyc h waż ną
ro lę w rozwoju mózgu i utrzymaniu prawidłowej komunikacji między neuronami. Wię kszość z nich wykazuje
zwiększoną aktywność w regionach mózgu odpowiedzialnych za pamięć [14J. Procesy adhezji komórkowej,
zachodzące z udziałem specjalnych molekuł b iałko­
wych z grupy immunoglobulin (celi adhesion motecuie
- CAM) przyczyniają się do utworzenia , utrzymania
i stabilizacji połączeń neuronalnych o szczególnym
znaczeniu dla za pa miętywania i s tanowiącyc h p o d ł oż e
pam i ęci. Wys tępowa n ie wariantów tych genów u osób
u zal eż n i o n ych od narkotyków lub w ykazuj ący ch pre-
PROBLEMY KRYMINALISTYKI 273(31 20 11
dyspozycje do ich nadużywania może świa dczyć
o ważnej roli pami ęci w procesie u za leż nia n ia i tłu m a ­
cz y ć dlaczego u osób u z ależn iony ch dochodzi do nawrotów choroby nawet po bardzo dł ugich okresach
abstynencji.
Uważa się , że geny kodujące cząsteczki wywołują ­
ce adhezję komórkową mogą wpływać na ryzyko nadużywania narkotyków i uza leżn ienie od nich, oddz iału­
jąc zarazem na układ nagrody i układ pamięci , a szczególnie układ pam ięci ukrytej, bezwarunkowej.
Kiedy osobnik podatny na uzależn ienie doświadcza
ekspozycji na narkotyk, jego mózg może gro madzić
doś w iadczenia w głęb ok i ej p amię c i ukrytej, gdzie wywierają one silniejszy n i ż zwykle w p ływ na jego zachowanie. Ta głęboka pamięć w d ł uższej perspektywie
czasowej może działać silniej niż euforia . Chociaż high
wywołany przez narkotyk dz iałający na układ nagrody
jest s i lną motywacją do powtórnego przyjęcia narkotyku, wielu pacjentów w póżn iejszych okresach uza leż ­
nienia rzadko doświadcza takich silnych stanów emocjonalnych i o przyjmowaniu narkotyku decyduje u nich
trudne do przezwyci ężenia uczucie przymusu. Odczuwają oni silną pot rze bę brania narkotyków nawet po
bardzo dłu gim okresie abstynencji w sytuacjac h i okolicznościach p rzy pominających okresy przyjmowania.
Wp ływ czynników genetycznych na pa togenezę
uzależn ień charakteryzuje tzw. wskażnik albo współ­
czynnik odz iedz iczalności (ti'-) , którego wartość liczbowa zamyka s ię w przedziale od O, gdy zmienność fenotypu zależy wyłącznie od środowiska (a nie od podłoża
genetycznego) do 1, gdy zmien ność ta jest ca łk owicie
uwarunkowana przez czynniki genetyczne (niektórzy
autorzy wyrażają wartości fi!. w procentach) [1 5, 161.
Na przykł ad ws każ n i k o dzie dzicz a l noś c i zmian i efektów wywo ływanych przez kannabinoidy wynosi od
0,30--0,80, w tym dla Australijczyków ok. 0,45, dla
mieszkańców
amerykańsk ie go
stanu
Wirginia
0,58-0,76, a dla bli żn iaków w Norwegii 0,77 [17]. Wartości fi!. dla 10 najbardziej znanych i grożnych narkotyków ustawionych według wzrastających potencjałów
uzależ niającyc h przedstaw iają s ię następ ująco :
• Halucynogeny
0,39
• Stymulanty
0,40
• Kannabinoidy
0,44
• Depresanty
0,51
• Hazard
0,53
• Palenie tytoniu
0,54
• Alkohol
0,55
• Kofeina
0,58
• Opiaty
0,66
• Kokaina
0,72
Kokaina i opiaty należą więc do narkotyków najsilniej uzależniających , a jednocześ ni e wywo łane przez
nie zmiany i efekty najłatwi ej u leg aj ą dziedziczeniu (h2
45
odpowiednio 0 ,72 i 0 ,66). Natomiast zmiany i efekty halucynogenów, wy kaz u jących naj słabs z e działan i e uzależniające , u legają dz iedzicz eniu najsłabiej (Ii! = 0,39) .
BIBLIOGRAFIA
1. Agrawal A ., lynskey M.T.: Candidate gen es for
cannabis usa disorders : tindings, challenges and directions,
.Addictlon" 2009 , 104 , 5 18-532.
2. Weiss F.: Neurobio logy ot craving, conditioned reward
and relapse, ..C urr. Opi n. Pharmacol" 2005 , 5, 9- 19.
3. Schoenbaum G., Roesch M.R., Sta lnaker 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., Tynda le R.F.: Breaking barriers
in the genomics and pharmacogenet ics ot drug add iction ,
"Clin. Pharmacol. Therap." 2010, 88 , 77~79 1.
5. Brown T.A.: Genomes, Third Edition, Garland Science
Textbooks , N.York, 2006.
6. Samochowiec A., Mordasewicz A., Arentowicz G.,
Samochowiec J .: Wp ływ badań genetycznych na poznanie
patogenezy u z a l eż n i e ń , .Psychiatria" 2005, 2, 9- 18.
7. Goodwin D.W., Schlusinger F., Hermansen L. , Guze
S.B., Winokur G.: Alcehol problems in adoptess ralsed apart
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 study ot genetic and en vłronmenta l
faetors in drug abuse, ..Arch. Gen. Psychiatry" 1986, 43 ,
1131-1 136.
9. Bierut L.J ., Dinwiddie S.. Beg leiter H., Crowe R.,
Hesselbrock V., Nurnberger J., Poriesz B., Schuckit M.A.,
Reich T.: Familial transmisslon ot substance dependence:
alcehol. marijuana, cocaine and habitual smoking: a raport
from the Collaborative Studyon the Genetics ot Alcoholism,
.Arch . Gen. Psychiatry" 1998, 55 , 982- 988 .
10 . Merikangas K.R., Sto lar M., Stevens D.E., Gou let J. ,
Preisig M., Fenten B., Zhang H., Q'Malley S., Rounsaville
B.J. : Familial transmission ot substance use disorders, "Arch.
Gen. Psychiatry" 1998, 55 , 973-979.
11 . Almasy L., Blangero J.: Contemporary model-fr ee
methods tor finkage analysis, .Adv. Genet." 2008, 60 ,
175- 193 .
12. Thomson G., Barcellos L.F., Valdes A.M.: Searehing
tor additional disease leci in a genomie region, ,.Adv. Genet. "
2008 , 60, 253-292 .
46
13. Uhl G.R., Drgon T., Johnson C., Fatusin O. , Li u
Q.R.. Conloreggi C., cnua n-vun Li , Buck K., Crabbe J.:
"Higher order" addietion molecutar genetics: Convergent data
trom genome-w ide association in human s and mice .
.Bi ochem , Pharmacol." 200 8 , 75. 98- 111.
14. Liu Q.R., Drgon T., Johnson C., WaUher D., Hess J.:
Addiction molecular genetics : 639,40 1 SNP whole genome
association identifies many "celi adhesion" genes, .A m. J.
Med. Genet." 2006 , Part B 141B, 918 -925.
15. Agrawal A. , Linskey M.T.: Does gender contribute to
heteroge neity in cr ite 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 in the
genomie era-eoncepts and rnisconception , . Nature Reviews
Genelies" 2008, 9 , 255-266.
17 .
Kendler
K.S..
Aggen
S.,
Tambs
K .,
Reichborn·Kjennerud T.: IlIicit psyehoaetive substance use,
abuse and depende nee in a population-based sample ot
Norwegian twins, .Psychol. Med." 2006, 36 , 955-962.
Streszczenie
Ceny w znacznym stopniu decydują o t.lilii, czy osoba s ięga­
jąca po narkotyk będz ie go stale p rz yjlllo wa ć i uzatcźni się od
niego cz.y nic. LiCZ1lt' wy"iki badmi rodzili, dzieciadoptowallydl
i bliźlliąl (('skaz ują lIa istot"y udzia ł gel/ów w OSObllic:ycJl róż­
nicach podat ności IItI rozwój uzatcźnienia od jedw'go c:y kilku
Ilarkotyków. W citl'?u minionej dekady :::.idelltyfikowl1l1o 89 gl'HÓW, które są pmu-dopodoonic odpouiiedzinlne :n to dzia łanie.
Wśród "ich 21 gellów uC:L'stlliczy li' regulacji procesów adhe=.ji
komórkou'cj.
S łowtl
kluczowe: badania bliźniąt , dziedzicznoi ć.
gCIll'tyka, gellY k11l1dydujące, u zalcź ntcnte.
Summuru
Aft er II pcreon's f irst ex posl/ l'I.' tv drug. gel/es cxert a maior
illJIllCIICC 0 11 toltether he Ol' she w ill go Ol/ to bccolI/c dependent,
Abl/I/dll/lt coutencc [nnn fl1l1Jily, odoption and ttoin si udies
points to fargl! genesic contrilnutons to indiuidnnldifJt'rcl1ces in
t1lllllaability to dcrelop dcpendencc Ol i OHe ar more addiciite
sl/bstallccs . Ol'er thc past decode rcsearchers pai1lstaki/lgly
identiiicd at lcast 89 geHes tJmt appcar to contribn!e to 111is
illj7IU'IlCL'. A mong 11Iel1l 21 gL'llt's rt'gulale celi adhcsion
processes.
Kesnooras : ttnin studies, haifabilily, genetics, cnlldidatc
geIlL'S, addicticn,
PROBLEMY KRYMINALl STVKI 273(31 201 1