به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مقاله‌ای که اخیراً در نشریه ساینس منتشر شده است، محققان اطلاعات تصویربرداری از افراد بانک زیستی بریتانیا و نسبت‌های اسکلتی مشخص (SPs) را برای ارزیابی ریشه ژنتیکی این صفات و ارتباط آن‌ها با یکدیگر ارزیابی می‌کنند.

تکامل اسکلتی چگونه مطالعه می شود؟

تغییرات مورفولوژیکی که به ساختار اسکلتی انسان کمک می‌کند به طور گسترده در دیرینه شناسی و انسان شناسی مورد مطالعه قرار گرفته است. جدای از قد ایستاده، بررسی مکانیسم‌های ژنتیکی مسئول رشد استخوانی خاص و متمایز و تکامل آن‌ها به دلیل تعداد کم نمونه دشوار بوده است. درک بنیاد ژنتیکی ساختار اسکلتی به دلایل متعددی از جمله کشف عناصر خطر ژنتیکی برای بیماری‌های اسکلتی و کسب دانش در مورد تکامل بدن انسان بسیار مهم است. یک روش برای بررسی شکل اسکلتی شامل تهیه نقشه‌ای از نواحی ژنومی است که بر مورفولوژی و رشد اسکلتی تأثیر می‌گذارد. ژنومیک مقایسه‌ای و مدل‌های حیوانی قبلاً برای کشف این رویکرد استفاده شده است. با این حال، این روش‌ها به طور کلی توان عملیاتی ضعیفی دارند. بررسی علل ژنتیکی تغییرات در ویژگی‌های اسکلتی انسان یک رویکرد جایگزین است.

بررسی مطالعه

در مطالعه حاضر، محققان 31221 تصویر جذب سنجی پرتو ایکس با انرژی دوگانه (DXA) را از بیوبانک بریتانیا تجزیه و تحلیل کردند. مدل‌های یادگیری عمیق برای این تصاویر اعمال شد، که از آن‌ها مجموعه گسترده‌ای از SPs مرتبط با چندین مکان مستقل در سراسر ژنوم استخراج شد. مطالعات مطالعهٔ همبستگی سراسرژنوم (GWAS) با استفاده از مدل‌های یادگیری عمیق انجام شد که شامل مقایسه پروفایل‌های ژنتیکی افراد با SPهای متنوع برای تعیین انواع ژنتیکی مرتبط با SPs بود.( مطالعه همباشی سراسرژنوم یا مطالعه همبستگی سراسرژنوم در دانش ژنتیک یک بررسی سراسری ژنوم بر روی مجموعه‌ای از تنوع‌های ژنتیکی فردی در افراد مختلف است. هدف این بررسی مقایسه، و نتیجه‌گیری، و در نهایت رسیدن به رابطه‌های مشترک، و گونه‌ای همباش، همبستگی و وابستگی، میان وجود یک تنوع ژنتیکی، و بروز و ظهور یک ویژگی مشترک در بین دارندگان آن تفاوت ژنتیکی‌ است). بیش از 10000 نفر از جمعیت‌های مختلف در مجموعه داده گنجانده شدند و بدین ترتیب امکان بررسی دقیق‌تر پایه‌های ژنتیکی ساختار اسکلتی فراهم شد. در حالی که قد را محاسبه می‌کردند، تیم فنوتیپ‌های مشتق‌شده از تصویر (IDPs) استخراج‌شده را که شامل تمام طول‌های استخوان بلند، و همچنین عرض شانه و باسن بود، بررسی کردند. معیارهای کنترل کیفیت متعددی برای اطمینان از ثبات و دقت اطلاعات تصویربرداری به کار گرفته شدند. ارزیابی‌های اضافی بر روی مجموعه داده‌های مجزا برای تایید یافته‌های آن ها انجام شد، که به دنبال آن تجزیه و تحلیل‌های عملکردی برای تجزیه و تحلیل فرآیندهای بیولوژیکی مسئول انواع ژنتیکی کشف شده انجام شد.

یافته‌های مطالعه

زنان نسبت به مردان نسبت‌های بدنی بیشتری دارند، از جمله پهنای باسن به قد، استخوان بازو به قد و طول تنه به قد. سن نیز باعث تغییرات جزئی در نسبت بدن می شود. نسبت طول تنه به پا با قد کاهش می‌یابد، بنابراین نشان می‌دهد که با افزایش قد، طول ساق با سرعت بیشتری نسبت به طول تنه افزایش می‌یابد. طول کل ‌اندام نسبت‌های پایین‌تر به‌اندام فوقانی افزایش می‌یابد، در حالی که ارتفاع نسبت استخوان درشت نی به استخوان ران را افزایش می‌دهد. صفات مورد تجزیه و تحلیل در GWAS بسیار وراثت پذیر بودند، با وراثت پذیری پلی مورفیسم تک نوکلئوتیدی (SNP) از 23 درصد تا  53درصد برای رگرسیون امتیاز عدم تعادل پیوندی (LDSC) و 17-50 درصد برای تجزیه و تحلیل صفات پیچیده ژنومی ‌با حداکثر احتمال محدود شده متفاوت است. (GCTA- REML). اگرچه تورم آماری آزمون مشاهده شد، این نتیجه بیشتر به دلیل چند ژنی بودن بود تا عوامل مخدوش کننده. هنگام تجزیه و تحلیل SP‌ها، 223 جایگاه با چندین ویژگی، از جمله طول ساعد و عرض لگن مرتبط بودند. علاوه بر این، 145 مورد از این جایگاه‌ها به طور مستقل برای همه صفات مرتبط بودند، با 37 جایگاه به ویژه برای SP‌ها پس از محاسبه ارتفاع مرتبط بودند. همبستگی ژنتیکی بین‌اندازه‌های اسکلتی، از جمله نسبت ‌اندام، همبستگی مثبتی با یکدیگر نشان داد، در حالی که نسبت‌های عرض بدن و نسبت‌های طول ‌اندام همبستگی نداشتند. علاوه بر این، مدل‌سازی معادلات ساختاری ژنومی (SEM) پنج عامل کلیدی حاکم بر SP را شناسایی کرد، با بارگذاری صفات ‌اندام بر روی عامل کلی اسکلتی و بارگیری صفات بازو بر روی یک عامل جداگانه، صفات طول تنه و عرض بدن مستقل از نسبت‌اندام بودند زیرا به عوامل خاص صفت بستگی داشتند. صفات اسکلتی و آنتروپومتریک مانند عرض لگن، دوشکلی جنسی را نشان می‌دهد، با ارتباط ژنتیکی بین مردان و زنان نزدیک به یک، به جز زاویه تیبیوفمورال (TFA) ویژگی‌های اسکلتی تأثیرات ژنتیکی خاص جنسی در مردان بیشتر از زنان داشتند، بنابراین درجه تأثیرات جنسی در بیوبانک بریتانیا متمایز شد. ارزیابی‌های غنی سازی مجموعه ژن با استفاده از نقشه برداری و حاشیه نویسی عملکردی (FUMA) 195 مجموعه ژن غنی شده مرتبط با ویژگی‌های اسکلتی، از جمله توسعه سیستم اسکلتی، تمایز سلول‌های غضروفی، بافت همبند، و توسعه غضروف را کشف کرد. در 701 ژن اتوزومال مرتبط با بیماری‌های اسکلتی عضلانی، آلل‌های رایج مربوط به ناهنجاری‌های رشد اسکلتی غنی شدند. عرض لگن، طول استخوان ران، طول تنه، طول درشت نی و ناحیه چربی ران با افزایش خطر آرتروز زانو و لگن، اختلالات داخلی زانو و کمردرد مرتبط بود. طول عناصر اسکلتی مرتبط با قد کلی در درجه اول با افزایش خطر درد و آرتریت در نواحی خاص بدن مرتبط بود. مناطق تسریع شده انسانی (HARs) به طور قابل توجهی برای ژن‌های مرتبط با اسکیزوفرنی، رنگدانه مو، و طول پا یا بازو غنی شده بودند. با این وجود، هیچ غنی‌سازی برای HARها در سرطان، بیماری‌های قلبی عروقی، اختلالات خودایمنی یا قد کلی وجود نداشت. یک متا آنالیز صفات SP غنی‌سازی را در محرک‌ها و تقویت‌کننده‌های به دست آمده توسط جنین نشان داد، بنابراین نشان می‌دهد که مراحل اولیه رشد انسان و میمون شامل الگوهای بیان ژن متفاوت است.

نتیجه گیری

مطالعه حاضر چندین عامل مرتبط با وراثت پذیری SPها، همپوشانی ژنتیکی بین صفات اسکلتی، و کشف انواع ژنتیکی مربوط به SPهای خاص را شناسایی کرد. به طور کلی، این مطالعه پتانسیل مدل‌های یادگیری عمیق را برای ارزیابی مجموعه داده‌های تصویربرداری در مقیاس بزرگ و ویژگی‌های پیچیده برجسته می‌کند. این یافته‌ها بینش جدیدی در مورد بنیاد ژنتیکی ساختار اسکلتی و تکامل بدن انسان ارائه می‌دهد.

پایان مطلب./