H6 (ASS) De genetische basis van intelligentie: DNA & moleculaire genetica

DNA voluit

desoxyribonucleïnezuur

= een dubbele helix (Watson & Crick)

4 stikstofbasen DNA + vaste koppeling?

- adenine

- guanine

- thymine

- cytosine

-> vaste koppeling: A-T, G-C

Wat is het menselijk genoom?

De sequentie van basenparen (ongeveer 3 miljard)

Wat is een gen?

Hoeveel van de genen komt tot uiting in het brein?

Een reeks basenparen die proteïne encoderen. (ongeveer 20 000)

Ongeveer 1/3 van de genen komt tot uiting in het brein.

Wat is een allel?

Een variatie in de basenparen van een gen.

Verschillende alleen zorgen voor variabiliteit in de genen.

Wat is een mutatie?

Hoe ontstaat het?

= een verandering in een basenpaar

-> door toeval

-> of door omgevingsinvloeden (vb. straling of vogels op de Galapagoseilanden: zaden droger -> snavels groter en sterker, zaden vochtiger -> kleinere snavel)

Wat is polymorfisme?

Een stabiele, vaak voorkomende variatie in het DNA tussen individuen binnen een populatie.

Single-nucleotide polymorfisme (SNP)

= een plaats in het DNA waar bij minstens 1% van de bevolking een ander basenpaar voorkomt

📍 Bijvoorbeeld:

Meeste mensen: ...AAG T CGA...

Sommigen: ...AAG C CGA...

Wat zijn haplotypes?

= blokken van allelen die kort bij elkaar liggen en samen tenderen overgeërfd te worden

-> haplotypes bestaan uit meerdere SNP's

= een patroon van DNA-variaties die meestal als geheel worden doorgegeven van ouder op kind.

Linkage studies

werken goed voor het identificeren van genen bij discrete kenmerken (vb. kleur ogen) -> overerving van deze kenmerken bestuderen

werkt niet goed voor continue kenmerken, zoals intelligentie!

GWAS

-> voluit?

-> waarvoor hebben we deze studies nodig?

- Genome Wide Association Study (GWAS)

- nodig voor het identificeren van genen bij continue trekken

GWAS

-> waarover is men zeker?

-> hoeveel van de variantie verklaren wrs de meeste genen in intelligentie?

-> waarbij oorspronkelijk zeer trage vooruitgang?

- zeker: IQ wordt niet bepaald door één gen of een kleine groep genen -> polygenenmodel: veel genen hebben elk een klein effect op IQ

- de meeste genen verklaren wrs minder dan 0,5% van de variantie in intelligentie (-> veel genen leveren kleine bijdrage)

- oorspronkelijk zeer trage vooruitgang bij het vergelijken van groepen met een hoog en laag IQ: geen replicatie

Complexiteit van onderzoek

-> op zijn minst ... genen betrokken bij intelligentie, elk ....

-> wat is pleiotropie?

-> waarvan is functionele genexpressie afhankelijk?

- op zijn minst 100den genen zijn betrokken bij intelligentie, met elk een klein effect

- pleiotropie: één gen kan verschillende trekken beïnvloeden

- functionele genexpressie (= hoe een gen 'aan' of 'uit' staat) afhankelijk van leeftijd en complexe interacties tussen genen, omgeving en toevallige gebeurtenissen

Polygenetiche score (PGS) berekenen

= een soort cijfer dat aangeeft hoeveel genetische varianten iemand heeft die samen bijdragen aan een bepaalde eigenschap of kans op een ziekte

PGS = een genetische “voorspelscore” voor iets als lengte, IQ of opleidingsniveau

bv. .65 tussen PGS lengte en lengte

vb. jaren opleiding als proxy voor IQ: .55

Plomin & Strumm (2018): ... participanten nodig om ... van intelligentie te knn voorspellen

-> 2017: N = 78 000: hoeveel genen gevonden die verband houden met intelligentie + hoeveel van de variantie verklaarde PGS?

-> 2018: N = 248 000

-> ...

1 miljoen om 10% van intelligentie te knn voorspellen

2017:

- tussen 22 en 47 genen gevonden die verband houden met IQ of opleidingsniveau.

- de polygenetische score verklaarde 4,8% van de verschillen tussen mensen in IQ

2018:

- 538 genen gevonden die met IQ samenhangen.

- de PGS kon toen 6,7% van de verschillen in IQ verklaren

... telkens meer mensen -> telkens meer genen gevonden en telkens meer van de variantie knn verklaren met PGS

DUS: we hebben HEEL VEEL DATA NODIG!!

Plomin & Strumm (2018): waarbij zijn veel genen betrokken? (2)

in hersenontwikkeling & communicatie tussen zenuwen

Veel genen betrokken bij hersenontwikkeling & communicatie tussen zenuwen: naarmate een signaal doorgegeven wordt op een accuratere en snellere manier via synapsen ...

-> ... mensen kunnen efficiënter informatie verwerken

Manhattan Plot

Laat zien welke stukjes DNA mogelijks betrokken zijn bij een bep. eigenschap, hier: intelligentie.

🔹X-as (horizontaal):

Geeft alle chromosomen weer, van 1 tot 22.

Op elk chromosoom worden honderden tot duizenden SNP’s weergegeven.

🔹 Y-as (verticaal):

Geeft aan hoe statistisch sterk het verband is tussen een SNP en intelligentie.

Hoe hoger het punt, hoe sterker het bewijs dat die SNP iets met intelligentie te maken heeft.

Let op: de schaal is -log10(p). Dus een hoger getal betekent lager kans op toeval (sterker verband).

-> hoge piek: op deze plek wrs dat een gen iets met intelligentie te maken heeft

-> alles boven horizontale lijn als statistisch significant beschouwd

! omdat intelligentie door heel veel genen een beetje beïnvloed wordt, zie je veel kleine pieken verspreid over het hele genoom.

Slechts hoeveel % van de genetische variabiliteit wordt via moleculaire genetica geïdentificeerd?

-> wat gebruiken veel studies?

-> er zijn verschillende vormen van intelligentie, welk soort studie is drm ideaal?

-> verschillende populaties: vb.

-> welk soort interacties?

Slechts 16% van de 50%

-> veel studies gebruiken opleiding, maar is geïnteresseerd in intelligentie

-> er zijn verschillende vormen van intelligentie: ideale studie = met eenzelfde testbatterij verschillende vormen van intelligentie meten bij alle personen

-> verschillende instrumenten gebruikt

-> verschillen populaties: vb. in Z-Afrika genetische variabiltiet groter dan in Europa

-> gen-omgevingsinteracties!

Gen-omgevingsinteracties: studie Cheesman et al. (2020): in welke mate voorspelt PGS de opleiding bij geadopteerden en niet-geadopteerden?

- Bij niet-geadopteerde kinderen voorspelde de PGS 7,4% van het verschil in opleidingsniveau.

- Bij geadopteerde kinderen voorspelde de PGS maar 3,7%

wat het betekent:

- omgeving waarin je opgroeit kan genetische invloed versterken of verzwakken

- bij kinderen die opgroeien in een omgeving die meer bij hun genen past (niet-geadopteerde kinderen) is er sterker werking van hun genen.

Klassieke denkrichting over hoe genetica, hersenen en intelligentie met elkaar verbonden zijn

SNP's -> genen -> genexpressie -> hersenontwikkeling -> hersenstructuren- en functies -> psychometrische testscores

Alternatieve denkrichting over hoe genetica, hersenen en intelligentie met elkaar verbonden zijn

psychometrische testscores -> hersenstructuren- en functies die betrokken zijn -> welke SNP's/genen sturen dit aan?

we zijn er nog niet, maar wel lichtjaren verwijderd van oude controversen!

vb. "mens = onbeschreven blad, enkel omgeving belangrijk" -> we weten ondertussen dat dit niet klopt!

we weten dat er een substantiële genetische impact is!

Waarom blijft de genetische basis van intelligentie binnen het normale bereik omstreden? (2)

1) geassocieerd met elitisme: sommigen vrezen dat intelligentie OZ gebruikt zal worden om te beweren dat sommige mensen "beter" zijn dan andere

-> angst vr sociale ongelijkheid & uitsluiting

MAAR: feit dat genen een rol spelen betekent niet dat onderwijs en inspanning geen zin hebben! (OZ toont dat scholing werkt)

2) verwarren van verschillen binnen en verschillen tussen populaties: wat we vinden binnen een groep zegt niets over tussen groepen en omgekeerd

(vb. binnen velden is variabiliteit van graanplantjes volledig genetisch, want ze hadden dezelfde omgeving, maar tussen de velden (met andere gronden) is de variabiliteit volledig dr omgeving)