กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 21 นาที

ฟ็อกซ์พี2

โปรตีนฟอร์คเฮดบ็อกซ์ P2 ( FOXP2 ) เป็น โปรตีน ที่ในมนุษย์ถูกเข้ารหัสโดย ยีน FOXP2 FOXP2 เป็นสมาชิกของ ตระกูล ฟอร์คเฮดบ็อกซ์ ของ ปัจจัยการถอดรหัส ซึ่งเป็น โปรตีนที่...

ฟ็อกซ์พี2

ฟ็อกซ์พี2
โครงสร้างที่มีอยู่
พีดีบีการค้นหาออร์โธล็อก: PDBe RCSB
ตัวระบุ
ชื่อเรียกอื่นFOXP2 , CAGH44, SPCH1, TNRC10, กล่องหัวแยก P2
รหัสภายนอกโอมิม : 605317 ; เอ็มจีไอ : 2148705 ; โฮโมโลยีน : 33482 ; GeneCards : FOXP2 ; OMA : FOXP2 - ออโธล็อก
ออร์โธล็อก
สายพันธุ์มนุษย์หนู
เอนเทรซ
วงดนตรี
ยูนิโปรท
RefSeq (mRNA)

NM_053242 NM_212435 NM_001286607

RefSeq (โปรตีน)

NP_001273536 NP_444472 NP_997600

สถานที่ตั้ง (UCSC)Chr 7: 114.09 – 114.69 MbChr 6: 14.9 – 15.44 Mb
การค้นหาใน PubMed[ 3 ][ 4 ]
วิกิดาต้า
ดู/แก้ไขข้อมูลมนุษย์ดู/แก้ไขเมาส์

โปรตีนฟอร์คเฮดบ็อกซ์ P2 ( FOXP2 ) เป็นโปรตีนที่ในมนุษย์ถูกเข้ารหัสโดยยีน FOXP2 FOXP2 เป็นสมาชิกของ ตระกูล ฟอร์คเฮดบ็อกซ์ของปัจจัยการถอดรหัส ซึ่งเป็น โปรตีนที่ควบคุมการแสดงออกของยีนโดยการจับกับ DNAมันถูกแสดงออกในสมอง หัวใจ ปอด และระบบย่อยอาหาร[ 5 ] [ 6 ]

FOXP2 พบได้ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง หลายชนิด โดยมีบทบาทสำคัญในการเลียนแบบในนก (เช่นเสียงร้องของนก ) และการหาตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อนในค้างคาว นอกจากนี้ FOXP2 ยังจำเป็นต่อการพัฒนาการพูดและภาษาในมนุษย์อย่างเหมาะสม[ 7 ]ในมนุษย์ การกลายพันธุ์ใน FOXP2 ทำให้เกิดความผิดปกติทางการพูดและภาษาอย่างรุนแรงที่ เรียกว่าภาวะบกพร่อง ทางการพูด (developmental verbal dyspraxia ) [ 7 ] [ 8 ]การศึกษาเกี่ยวกับยีนในหนูและนกขับขานแสดงให้เห็นว่าจำเป็นต่อการเลียนแบบเสียงและการเรียนรู้การเคลื่อนไหวที่เกี่ยวข้อง[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]นอกเหนือจากสมองแล้ว FOXP2 ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการพัฒนาของเนื้อเยื่ออื่นๆ เช่น ปอดและระบบย่อยอาหาร[ 12 ]

FOXP2 ได้รับการระบุครั้งแรกในปี 1998 ว่าเป็นสาเหตุทางพันธุกรรมของความผิดปกติในการพูดในครอบครัวชาวอังกฤษที่ชื่อว่าครอบครัวKEและเป็นยีนแรกที่ถูกค้นพบว่ามีความเกี่ยวข้องกับการพูดและภาษา[ 13 ]และต่อมาถูกขนานนามว่า "ยีนภาษา" [ 14 ]อย่างไรก็ตาม ยีนอื่นๆ ก็มีความจำเป็นต่อการพัฒนาภาษาของมนุษย์ และการวิเคราะห์ในปี 2018 ยืนยันว่าไม่มีหลักฐานของการคัดเลือกวิวัฒนาการ เชิงบวก ของ FOXP2 ในมนุษย์ เมื่อเร็วๆ นี้ [ 15 ] [ 16 ]

โครงสร้างและหน้าที่

FOXP2 แสดงออกในสมองน้อยที่กำลังพัฒนาและสมองส่วนท้ายของหนูตัวอ่อนอายุ 13.5 วันAllen Brain Atlases [ 17 ]

FOXP2 เป็นโปรตีน FOXที่มีโดเมน forkhead-box นอกจากนี้ยังมีส่วนของpolyglutamine tract , zinc fingerและleucine zipperโปรตีนนี้จับกับ DNA โดยตรงเพื่อควบคุมการแสดงออกของโปรตีนอื่นๆ และควบคุมกิจกรรมของโปรตีนเหล่านั้นผ่านโดเมน forkhead-box แม้ว่าจะมีการระบุยีนเป้าหมายเพียงไม่กี่ตัว แต่นักวิจัยเชื่อว่าอาจมียีนเป้าหมายอีกหลายร้อยตัวที่ถูกควบคุมโดยยีน FOXP2 โปรตีน forkhead box P2 ทำงานในสมองและเนื้อเยื่ออื่นๆ ทั้งก่อนและหลังคลอด และการศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเจริญเติบโตของเซลล์ประสาทและการส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ประสาท ยีน FOXP2 ยังเกี่ยวข้องกับความยืดหยุ่นของไซแนปส์ ทำให้มีความสำคัญต่อการเรียนรู้และความจำ[ 18 ]

FOXP2 จำเป็นต่อการพัฒนาสมองและปอดอย่างเหมาะสมหนูที่ถูกตัดยีน FOXP2 ออกไปโดยมีสำเนาที่ใช้งานได้เพียงหนึ่งชุดจะมีเสียงร้องลดลงอย่างมากตั้งแต่ยังเป็นลูกหนู[ 19 ]หนูที่ถูกตัดยีน FOXP2 ออกไปโดยไม่มีสำเนาที่ใช้งานได้เลยจะมีขนาดตัวเล็กกว่าปกติ แสดงความผิดปกติในบริเวณสมอง เช่นชั้นพูร์คินเจและตายโดยเฉลี่ย 21 วันหลังคลอดเนื่องจากการพัฒนาปอดที่ไม่เพียงพอ[ 12 ]

FOXP2 แสดงออกในหลายพื้นที่ของสมอง[ 20 ]รวมถึงฐานสมองและคอร์เทกซ์หน้าผาก ส่วนล่าง ซึ่งจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของสมองและการพัฒนาการพูดและภาษา[ 21 ]ในหนู พบว่ายีนนี้มีการแสดงออกในลูกหนูตัวผู้สูงกว่าลูกหนูตัวเมียถึงสองเท่า ซึ่งสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าของจำนวนเสียงร้องที่ลูกหนูตัวผู้เปล่งออกมาเมื่อถูกแยกจากแม่ ในทางกลับกัน ในเด็กมนุษย์อายุ 4-5 ปี พบว่ายีนนี้มีการแสดงออกในบริเวณโบรคาของเด็กหญิงมากกว่า 30% นักวิจัยแนะนำว่ายีนนี้ทำงานมากกว่าใน "เพศที่สื่อสารได้ดีกว่า" [ 22 ] [ 23 ]

การแสดงออกของ FOXP2 อยู่ภายใต้การควบคุมหลังการถอดรหัสโดยเฉพาะไมโครอาร์เอ็นเอ (miRNA) ซึ่งทำให้เกิดการยับยั้งบริเวณ 3′ ที่ไม่ได้แปลของ FOXP2 [ 24 ]

การแทนที่กรดอะมิโนสามตำแหน่งทำให้โปรตีน FOXP2 ของมนุษย์แตกต่างจากที่พบในหนู ในขณะที่การแทนที่กรดอะมิโนสองตำแหน่งทำให้โปรตีน FOXP2 ของมนุษย์แตกต่างจากที่พบในลิงชิมแปนซี[ 20 ]แต่การเปลี่ยนแปลงเพียงหนึ่งในสามนี้เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของมนุษย์[ 12 ]หลักฐานจากหนูที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม[ 25 ]และแบบจำลองเซลล์ประสาทของมนุษย์[ 26 ]ชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลต่อการทำงานของระบบประสาทของ FOXP2

ความสำคัญทางคลินิก

FOXP2 เป็นปัจจัยการถอดรหัสที่มีหลายหน้าที่ หนึ่งในนั้นคือบทบาทในการพัฒนาวงจรประสาทที่เกี่ยวข้องกับการพูดและภาษา โดยทำหน้าที่ควบคุมยีนที่มีอิทธิพลต่อปัจจัยต่างๆ เช่น การแยกแยะเซลล์ประสาท การสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาท และความยืดหยุ่นของไซแนปส์ นอกจากนี้ FOXP2 ยังช่วยประสานการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นสำหรับการพูด ดังนั้นจึงมีการแสดงออกสูงในบริเวณสมองที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมการเคลื่อนไหวและการประมวลผลภาษา รวมถึงฐานสมองและเปลือกสมอง การกลายพันธุ์ใน FOXP2 เชื่อมโยงกับความผิดปกติทางพันธุกรรมที่หายากเกี่ยวกับการพูดและภาษาที่เรียกว่าภาวะอะแพรกเซียของการพูดในวัยเด็ก ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีว่าทำให้การออกเสียงบกพร่องและมีปัญหาด้านไวยากรณ์และความเข้าใจ[ 27 ]ในแบบจำลองหนู การกลายพันธุ์ใน FOXP2 นำไปสู่ความบกพร่องในการเรียนรู้การเคลื่อนไหวและความยืดหยุ่นของไซแนปส์ที่บกพร่อง ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของมันในการทำงานของระบบประสาท[ 28 ]ยิ่งไปกว่านั้น หนูที่แสดงออกถึงยีนเวอร์ชัน "มนุษย์" แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในวงจรคอร์ติโค-เบซัลแกงเกลีย[ 29 ]นอกจากนี้ ในแบบจำลองนกขับขาน การลดระดับ FOXP2 ทำให้การเรียนรู้เสียงร้องหยุดชะงัก ส่งผลให้การเลียนแบบเพลงไม่สมบูรณ์และไม่ถูกต้อง[ 30 ]ผลการค้นพบเหล่านี้โดยรวมแสดงให้เห็นว่า FOXP2 มีความสำคัญต่อการพัฒนาของกลไกประสาทที่อยู่เบื้องหลังการสื่อสารด้วยเสียงร้องที่ซับซ้อน

ยีน FOXP2 มีส่วนเกี่ยวข้องกับหน้าที่ทางปัญญาหลายอย่าง รวมถึงการพัฒนาสมองโดยทั่วไป ภาษา และความยืดหยุ่นของไซแนปส์ บริเวณยีน FOXP2 ทำหน้าที่เป็นปัจจัยการถอดรหัสสำหรับโปรตีนฟอร์คเฮดบ็อกซ์ P2 ปัจจัยการถอดรหัสมีผลต่อบริเวณอื่นๆ และมีการเสนอแนะว่าโปรตีนฟอร์คเฮดบ็อกซ์ P2 ยังทำหน้าที่เป็นปัจจัยการถอดรหัสสำหรับยีนอีกหลายร้อยยีน การมีส่วนร่วมอย่างมากมายนี้เปิดโอกาสที่ยีน FOXP2 จะกว้างขวางกว่าที่คิดไว้แต่เดิม[ 18 ]เป้าหมายการถอดรหัสอื่นๆ ได้รับการวิจัยโดยไม่มีความสัมพันธ์กับ FOXP2 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง FOXP2 ได้รับการตรวจสอบความสัมพันธ์กับออทิสติกและดิสเล็กเซีย อย่างไรก็ตาม ไม่พบการกลายพันธุ์ที่เป็นสาเหตุ[ 31 ]เป้าหมายที่ระบุได้ดีอย่างหนึ่งคือภาษา[ 32 ]แม้ว่างานวิจัยบางชิ้นจะไม่เห็นด้วยกับความสัมพันธ์นี้[ 33 ]งานวิจัยส่วนใหญ่แสดงให้เห็นว่า FOXP2 ที่กลายพันธุ์ทำให้เกิดความบกพร่องในการผลิตที่สังเกตได้[ 18 ] [ 32 ] [ 34 ] [ 31 ] [ 35 ] [ 36 ]

มีหลักฐานบางอย่างที่บ่งชี้ว่าความบกพร่องทางภาษาที่เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ของยีน FOXP2 ไม่ได้เป็นเพียงผลมาจากการขาดดุลพื้นฐานในการควบคุมการเคลื่อนไหวเท่านั้น การถ่ายภาพสมองของผู้ป่วยแสดงให้เห็นถึงความผิดปกติในการทำงานในบริเวณคอร์เทกซ์และฐานสมองที่เกี่ยวข้องกับภาษา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าปัญหาไม่ได้จำกัดอยู่แค่ระบบการเคลื่อนไหวเท่านั้น[ 37 ]

การกลายพันธุ์ใน FOXP2 เป็นหนึ่งในตำแหน่งหลายตำแหน่ง (26 ยีนบวก 2 ตำแหน่งระหว่างยีน) ที่สัมพันธ์กับ การวินิจฉัย ADHDในผู้ใหญ่ – ADHD ทางคลินิกเป็นฉลากรวมสำหรับกลุ่มอาการทางพันธุกรรมและระบบประสาทที่หลากหลาย ซึ่งอาจเกิดจากการกลายพันธุ์ของ FOXP2 หรือสาเหตุอื่นๆ[ 38 ]

การศึกษาการเชื่อมโยงจีโนมทั่วทั้งจีโนม (GWAS) ในปี 2020 ชี้ให้เห็นถึง โพลีมอร์ฟิซึมของนิวคลีโอไทด์เดี่ยว (SNP) ของ FOXP2 ในความเสี่ยงต่อความผิดปกติจากการใช้กัญชา[ 39 ]

ความผิดปกติทางภาษา

มีทฤษฎีว่าการย้ายตำแหน่งของบริเวณ 7q31.2 ของยีน FOXP2 ทำให้เกิดความบกพร่องทางภาษาอย่างรุนแรงที่เรียกว่าภาวะบกพร่องทางการพูดในเด็ก (DVD) [ 32 ]หรือภาวะบกพร่องทางการพูดในวัยเด็ก (CAS) [ 40 ]จนถึงขณะนี้มีการค้นพบการกลายพันธุ์ประเภทนี้เพียง 3 ครอบครัวทั่วโลก รวมถึงครอบครัว KE ดั้งเดิม[ 36 ]การกลายพันธุ์แบบมิสเซนส์ที่ทำให้เกิดการแทนที่อาร์จินีนด้วยฮิสติดีน (R553H) ในโดเมนที่จับกับ DNA เชื่อว่าเป็นความผิดปกติใน KE [ 41 ]ซึ่งจะทำให้สารตกค้างที่เป็นเบสปกติกลายเป็นกรดและมีปฏิกิริยาสูงที่ค่า pH ของร่างกาย การกลายพันธุ์แบบนันเซนส์แบบเฮเทอโรไซกัส รูปแบบ R328X ทำให้เกิดโปรตีนที่ถูกตัดทอนซึ่งเกี่ยวข้องกับความยากลำบากในการพูดและภาษาในบุคคล KE หนึ่งคนและสมาชิกในครอบครัวใกล้ชิดอีกสองคน การกลายพันธุ์ R553H และ R328X ยังส่งผลต่อการแปลตำแหน่งในนิวเคลียส การจับกับ DNA และคุณสมบัติการกระตุ้นการถอดรหัส (การแสดงออกของยีนที่เพิ่มขึ้น) ของ FOXP2 ด้วย[ 8 ]

บุคคลเหล่านี้มีการลบ การย้ายตำแหน่ง และการกลายพันธุ์แบบมิสเซนส์ เมื่อได้รับมอบหมายให้ทำซ้ำและสร้างคำกริยา บุคคลที่มี DVD/CAS เหล่านี้มีการทำงานลดลงในพิวทาเมนและบริเวณโบรคาในการศึกษา fMRI บริเวณเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นบริเวณที่มีฟังก์ชันทางภาษา[ 42 ]นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลหลักที่ FOXP2 เป็นที่รู้จักในฐานะยีนภาษา พวกเขามีพัฒนาการด้านการพูดล่าช้า มีปัญหาในการออกเสียง รวมถึงการพูดไม่ชัด การพูดติดอ่าง และการออกเสียงที่ไม่ดี ตลอดจนภาวะดิสแพรกเซีย[ 36 ]เชื่อกันว่าส่วนสำคัญของความบกพร่องในการพูดนี้มาจากการไม่สามารถประสานการเคลื่อนไหวที่จำเป็นต่อการสร้างคำพูดปกติ รวมถึงการสร้างรูปปากและลิ้น[ 32 ]นอกจากนี้ ยังมีความบกพร่องทั่วไปในการประมวลผลด้านไวยากรณ์และภาษาศาสตร์ของการพูด[ 8 ]ผลการค้นพบเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าผลกระทบของ FOXP2 ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการควบคุมการเคลื่อนไหวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเข้าใจและฟังก์ชันทางภาษาเชิงปัญญาอื่นๆ ด้วย โดยทั่วไปแล้ว พบว่าผู้ป่วยมีอาการบกพร่องทางการเคลื่อนไหวและการรับรู้เล็กน้อย[ 34 ]ในทางคลินิก ผู้ป่วยเหล่านี้อาจมีปัญหาในการไอ จาม หรือกระแอมได้เช่นกัน[ 32 ]

แม้ว่ามีการเสนอว่า FOXP2 มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาการพูดและภาษา แต่มุมมองนี้ถูกท้าทายด้วยข้อเท็จจริงที่ว่ายีนนี้ยังแสดงออกในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดอื่น รวมถึงนกและปลาที่ไม่พูดด้วย[ 43 ]นอกจากนี้ยังมีการเสนอว่าปัจจัยการถอดรหัส FOXP2 ไม่ใช่ 'ยีนภาษา' ในเชิงสมมติฐาน แต่เป็นส่วนหนึ่งของกลไกการควบคุมที่เกี่ยวข้องกับการแสดงออกภายนอกของการพูด[ 44 ]นักวิจัยคนอื่นๆ ได้โต้แย้งว่าการทำความเข้าใจ FOXP2 และอิทธิพลของมันต่อความผิดปกติทางภาษาควรพิจารณาในบริบทของการมีปฏิสัมพันธ์กับยีนร่วมทำงานอื่นๆ ในจีโนมของมนุษย์[ 45 ]

วิวัฒนาการ

ภาพนี้จาก UCSC Genome Browserแสดงลำดับการเรียงตัวแบบหลายลำดับ (ด้านล่างของรูป) ของยีน FOXP2 ในมนุษย์และการอนุรักษ์ทางวิวัฒนาการโปรดสังเกตว่าการอนุรักษ์มักจะกระจุกตัวอยู่รอบๆ บริเวณรหัสพันธุกรรม ( เอ็กซอน )

ยีน FOXP2 มีการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม [ 20 ] ยีนของมนุษย์แตกต่างจากยีนในไพรเมตที่ไม่ใช่มนุษย์โดยการแทนที่กรดอะมิโนสองตัว คือ การแทนที่ ทรี โอนีน ด้วย แอ สปาราจีนที่ตำแหน่ง 303 (T303N) และการแทนที่แอสปาราจีน ด้วยซีรีน ที่ตำแหน่ง 325 (N325S) [ 41 ]ในหนู ยีนนี้แตกต่างจากยีนของมนุษย์โดยการแทนที่สามตำแหน่ง และในนกฟินช์ลายม้าลายโดยกรดอะมิโนเจ็ดตัว[ 20 ] [ 46 ] [ 47 ]หนึ่งในสองความแตกต่างของกรดอะมิโนระหว่างมนุษย์และชิมแปนซีเกิดขึ้นอย่างอิสระในสัตว์กินเนื้อและค้างคาว[ 12 ] [ 48 ] โปรตีน FOXP2 ที่คล้ายกันสามารถพบได้ในนกขับขานปลาและสัตว์เลื้อยคลานเช่นจระเข้[ 49 ] [ 50 ]

การสุ่มตัวอย่าง DNA จาก กระดูกของ Homo neanderthalensisบ่งชี้ว่ายีน FOXP2 ของพวกเขามีความแตกต่างเล็กน้อย แต่โดยส่วนใหญ่แล้วคล้ายคลึงกับยีนของHomo sapiens (เช่น มนุษย์) [ 51 ] [ 52 ]การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่า ยีน FOXP2 ของ H. sapiensกลายเป็นส่วนหนึ่งของประชากรเมื่อประมาณ 125,000 ปีที่แล้ว[ 53 ]นักวิจัยบางคนพิจารณาว่าการค้นพบของนีแอนเดอร์ทัลบ่งชี้ว่ายีนดังกล่าวแพร่กระจายไปทั่วประชากรเมื่อกว่า 260,000 ปีที่แล้ว ก่อนบรรพบุรุษร่วมที่ใกล้ที่สุดของเรากับนีแอนเดอร์ทัล[ 53 ]นักวิจัยคนอื่นๆ เสนอคำอธิบายทางเลือกสำหรับวิธีที่ยีน เวอร์ชัน H. sapiensปรากฏในนีแอนเดอร์ทัลที่อาศัยอยู่เมื่อ 43,000 ปีที่แล้ว[ 53 ]

จากการศึกษาในปี 2002 พบว่ายีน FOXP2 แสดงให้เห็นถึงสัญญาณของการคัดเลือกเชิงบวกเมื่อ เร็วๆ นี้ [ 20 ] [ 54 ]นักวิจัยบางคนคาดการณ์ว่าการคัดเลือกเชิงบวกมีความสำคัญต่อวิวัฒนาการของภาษาในมนุษย์ [ 20 ] อย่างไรก็ตามนักวิจัยคนอื่นๆ ไม่สามารถหาความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างสายพันธุ์ที่มีการออกเสียงที่เรียนรู้ได้กับการกลายพันธุ์ที่คล้ายกันใน FOXP2 [ 49 ] [ 50 ]การวิเคราะห์ในปี 2018 ของตัวอย่างจีโนมขนาดใหญ่ที่กระจายอยู่ทั่วโลกยืนยันว่าไม่มีหลักฐานของการคัดเลือกเชิงบวก ซึ่งชี้ให้เห็นว่าสัญญาณดั้งเดิมของการคัดเลือกเชิงบวกอาจถูกขับเคลื่อนโดยองค์ประกอบของตัวอย่าง[ 15 ] [ 16 ]การแทรกการกลายพันธุ์ ของมนุษย์ทั้งสองแบบ ลงในหนู ซึ่งเวอร์ชันของ FOXP2 แตกต่างจากเวอร์ชันของมนุษย์และชิมแปนซีเพียงแค่เบสคู่เดียว ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการออกเสียง เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมอื่นๆ เช่น การลดลงของแนวโน้มการสำรวจ และการลดลงของเวลาในการเรียนรู้เขาวงกต นอกจากนี้ยังพบการลดลงของระดับโดปามีนและการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์ประสาทบางชนิดด้วย[ 25 ]

Eugene Harris สรุปนัยสำคัญทางวิวัฒนาการบางประการของการสังเกต FOXP2 ในมนุษย์โดยระบุว่า: "การกลายพันธุ์ในยีน FOXP2 ในมนุษย์เป็นที่ทราบกันดีว่าทำให้เกิดความบกพร่องอย่างรุนแรงในการผลิตคำพูด รวมถึงการเข้าใจภาษา ซึ่งอาจเป็นเพราะความเชื่อมโยงกับข้อบกพร่องในส่วนต่างๆ ของสมองที่ประสานงานกล้ามเนื้อของกล่องเสียงและปาก ตลอดจนในบริเวณของสมองที่ช่วยสร้างความหมายเชิงสัญลักษณ์ ในสายพันธุ์เช่นนกและหนู ยีนนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างเสียงร้อง... แต่ร่องรอยของการคัดเลือกที่ FOXP2 ในมนุษย์ไม่ใช่ประเภทที่จะตรวจพบได้ง่ายในการสแกนจีโนม ยีนนี้มีการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนเพียงสองตำแหน่งตลอดสายพันธุ์ของมนุษย์" [ 55 ]

ปฏิสัมพันธ์

FOXP2 เป็นที่ทราบกัน ว่าควบคุมCNTNAP2 , CTBP1 , [ 56 ] SRPX2และSCN3A [ 57 ] [ 21 ] [ 58 ]

FOXP2 ลดการแสดงออกของCNTNAP2ซึ่งเป็นสมาชิกของ ตระกูล นิวเร็กซินที่พบในเซลล์ประสาทCNTNAP2เกี่ยวข้องกับความบกพร่องทางภาษาในรูปแบบทั่วไป[ 59 ]

FOXP2 ยังลดการแสดงออกของ SRPX2ซึ่งเป็น 'โปรตีนที่มี Sushi Repeat ที่เชื่อมโยงกับ X 2' [ 60 ] [ 61 ] โดยการลดการแสดงออกโดยตรงด้วยการจับกับ โปรโมเตอร์ของยีนSRPX2 มีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างไซแนปส์กลูตาเมอ ร์จิก ในเปลือกสมองและมีการแสดงออกสูงขึ้นในวัยเด็ก SRPX2 ดูเหมือนจะเพิ่มจำนวนไซแนปส์กลูตาเมอร์จิกในสมองโดยเฉพาะ ในขณะที่ ไซแนปส์ GABAergic ที่ยับยั้ง ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและไม่ส่งผลต่อ ความยาวหรือรูปร่าง ของหนามเดนไดรต์ในทางกลับกัน กิจกรรมของ FOXP2 จะลดความยาวและรูปร่างของหนามเดนไดรต์ นอกเหนือจากจำนวน ซึ่งบ่งชี้ว่ามันมีบทบาทในการควบคุมอื่นๆ ในด้านสัณฐานวิทยาของเดนไดรต์[ 60 ]

ในสัตว์อื่นๆ

ชิมแปนซี

ในลิงชิมแปนซี FOXP2 แตกต่างจากเวอร์ชันของมนุษย์โดยมีกรดอะมิโนสองตัว[ 62 ]การศึกษาในเยอรมนีได้จัดลำดับดีเอ็นเอเสริมของ FOXP2 ในลิงชิมแปนซีและสายพันธุ์อื่น ๆ เพื่อเปรียบเทียบกับดีเอ็นเอเสริมของมนุษย์เพื่อค้นหาการเปลี่ยนแปลงเฉพาะในลำดับ[ 20 ]พบว่า FOXP2 มีการทำงานที่แตกต่างกันในมนุษย์เมื่อเทียบกับลิงชิมแปนซี เนื่องจากพบว่า FOXP2 มีผลต่อยีนอื่น ๆ ด้วย จึงมีการศึกษาผลกระทบของมันต่อยีนอื่น ๆ ด้วย[ 63 ]นักวิจัยสรุปว่าอาจมีการประยุกต์ใช้ทางคลินิกเพิ่มเติมในทิศทางของการศึกษาเหล่านี้เกี่ยวกับโรคที่มีผลต่อความสามารถทางภาษาของมนุษย์[ 26 ]

หนู

ในหนูที่ยีน FOXP2 ถูกตัดออกการสูญเสียยีนทั้งสองสำเนาทำให้เกิดความบกพร่องทางการเคลื่อนไหวอย่างรุนแรงที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของสมองน้อยและการขาดเสียงร้องอัลตราโซ นิก ที่ปกติจะเกิดขึ้นเมื่อลูกหนูถูกแยกจากแม่[ 19 ]เสียงร้องเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการสื่อสารระหว่างแม่และลูก การสูญเสียสำเนาหนึ่งสำเนาเกี่ยวข้องกับความบกพร่องของเสียงร้องอัลตราโซนิกและความล่าช้าในการพัฒนาเล็กน้อย หนูตัวผู้เมื่อพบกับหนูตัวเมียจะสร้างเสียงร้องอัลตราโซนิกที่ซับซ้อนซึ่งมีลักษณะคล้ายเพลง[ 64 ]หนูที่มีการกลายพันธุ์แบบจุด R552H ที่พบในตระกูล KE แสดงให้เห็นถึงการลดลงของสมองน้อยและความผิดปกติของความยืดหยุ่นของไซแนปส์ ใน วงจรของ สมอง ส่วน striatal และcerebellar [ 9 ]

หนู FOXP2 ที่ได้รับการดัดแปลงให้มีลักษณะคล้ายมนุษย์แสดงให้เห็นวงจรคอร์ติโค-เบซัลแกงเกลีย ที่เปลี่ยนแปลงไป อัลลีลของมนุษย์ของยีน FOXP2 ถูกถ่ายโอนเข้าไปในตัวอ่อนของหนูผ่าน การรวมตัวแบบโฮโมโลจัสเพื่อสร้างหนู FOXP2 ที่ได้รับการดัดแปลงให้มีลักษณะคล้ายมนุษย์ ตัวแปรของมนุษย์ของ FOXP2 ยังมีผลต่อพฤติกรรมการสำรวจของหนูด้วย เมื่อเปรียบเทียบกับหนูน็อคเอาท์ที่มีสำเนา FOXP2 ที่ไม่ทำงานหนึ่งชุด แบบจำลองหนูที่ได้รับการดัดแปลงให้มีลักษณะคล้ายมนุษย์แสดงผลตรงกันข้ามเมื่อทดสอบผลกระทบต่อระดับของโดปามีน ความยืดหยุ่นของไซแนปส์ รูปแบบการแสดงออกในสไตรอาตัม และพฤติกรรมที่มีลักษณะการสำรวจ[ 25 ]

เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของ FOXP2 ในหนูทดลอง พบว่าส่งผลกระทบต่อกระบวนการต่างๆ มากมาย รวมถึงการเรียนรู้ทักษะการเคลื่อนไหวและความยืดหยุ่นของไซแนปส์ นอกจากนี้ ยังพบ FOXP2 ในชั้นที่หกของเปลือกสมองมากกว่าชั้นที่ห้าซึ่งสอดคล้องกับบทบาทที่สำคัญของมันในการบูรณาการประสาทสัมผัส ยังพบ FOXP2 ในนิวเคลียสมีเดียลเจนิคิวเลตของสมองหนู ซึ่งเป็นบริเวณประมวลผลที่สัญญาณเสียงต้องผ่านในทาลามัส พบว่าการกลายพันธุ์ของยีนนี้มีบทบาทในการชะลอพัฒนาการของการเรียนรู้ภาษา นอกจากนี้ยังพบว่ามีการแสดงออกของ FOXP2 ในระดับสูงในเซลล์พูร์คินเจและนิวเคลียสของสมองน้อยในวงจรคอร์ติโค-ซีรีเบลลาร์ การแสดงออกของ FOXP2 ในระดับสูงยังพบในเซลล์ประสาทหนามที่แสดงตัวรับโดปามีนชนิดที่ 1ในสไตรอาตัมซับส แตนเซียไนกรา นิวเคลียส ซับทาลามิกและบริเวณเวนทรัลเทกเมนทัลด้วย ผลกระทบเชิงลบของการกลายพันธุ์ของ FOXP2 ในบริเวณสมองเหล่านี้ต่อความสามารถในการเคลื่อนไหวแสดงให้เห็นในหนูผ่านภารกิจในการศึกษาในห้องปฏิบัติการ เมื่อวิเคราะห์วงจรสมองในกรณีเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์พบระดับโดปามีนที่สูงขึ้นและความยาวของเดนไดรต์ที่ลดลง ซึ่งทำให้เกิดความบกพร่องในภาวะซึมเศร้าระยะยาวซึ่งเกี่ยวข้องกับการเรียนรู้และการบำรุงรักษาการทำงานของการเคลื่อนไหว จาก การศึกษา EEGยังพบว่าหนูเหล่านี้มีระดับกิจกรรมในสไตรอาตัมเพิ่มขึ้น ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดผลลัพธ์เหล่านี้ มีหลักฐานเพิ่มเติมเกี่ยวกับการกลายพันธุ์ของเป้าหมายของยีน FOXP2 ที่แสดงให้เห็นว่ามีบทบาทในโรคจิตเภทโรคลมชักออทิสติก โรคอารมณ์ สองขั้วและความบกพร่องทางสติปัญญา[ 65 ]

ค้างคาว

FOXP2 มีผลต่อการพัฒนาการหาตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อนของค้างคาว[ 41 ] [ 48 ] [ 66 ]ตรงกันข้ามกับลิงและหนู FOXP2 มีความหลากหลายอย่างมากในค้างคาวที่ใช้การหาตำแหน่งด้วย เสียงสะท้อน [ 48 ]ลำดับ 22 ลำดับของ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ยูเทอเรียนที่ ไม่ใช่ค้างคาว เผยให้เห็นการกลายพันธุ์ที่ไม่ใช่แบบเดียวกันทั้งหมด 20 ครั้ง ในขณะที่ลำดับของค้างคาวมีจำนวนครึ่งหนึ่งของจำนวนนั้น ซึ่งแสดงให้เห็นการกลายพันธุ์ที่ไม่ใช่แบบเดียวกัน 44 ครั้ง[ 48 ]วาฬทุกชนิดมีการแทนที่กรดอะมิโน 3 ตำแหน่งร่วมกัน แต่ไม่พบความแตกต่างระหว่างวาฬมีฟันที่ใช้การหาตำแหน่งด้วยเสียง สะท้อน และวาฬบาลีนที่ ไม่ใช้การหาตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อน [ 48 ]อย่างไรก็ตาม ภายในค้างคาว ความแปรผันของกรดอะมิโนมีความสัมพันธ์กับประเภทการหาตำแหน่งด้วยเสียงสะท้อนที่แตกต่างกัน[ 48 ]นอกจากนี้ยังมีหลักฐานของการคัดเลือกภายในสายพันธุ์อย่างต่อเนื่องในค้างคาวอย่างน้อยหนึ่งชนิด เพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม[ 67 ]

นก

ในนกขับขาน FOXP2 น่าจะควบคุมยีนที่เกี่ยวข้องกับ ความ ยืดหยุ่นของระบบประสาท[ 10 ] [ 68 ]การลดระดับยีน FOXP2 ในบริเวณ X ของฐานสมองในนกขับขานส่งผลให้การเลียนแบบเสียงร้องไม่สมบูรณ์และไม่ถูกต้อง[ 10 ]การเพิ่มการแสดงออกของ FOXP2 ทำได้โดยการฉีดไวรัสอะเดโนแอสโซซิเอตชนิดที่ 1 (AAV1) เข้าไปในบริเวณ X ของสมอง การแสดงออกที่มากเกินไปนี้ทำให้เกิดผลคล้ายกับการลดระดับยีน นกฟินช์ลายม้าลายวัยเยาว์ไม่สามารถเลียนแบบครูสอนของพวกมันได้อย่างแม่นยำ[ 69 ]ในทำนองเดียวกัน ในนกคานารีที่โตเต็มวัย ระดับ FOXP2 ที่สูงขึ้นก็มีความสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของเสียงร้องเช่นกัน[ 47 ]

ระดับของ FOXP2 ในนกฟินช์ลายม้าลายที่โตเต็มวัยจะสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อตัวผู้ร้องเพลงเพื่อตัวเมียมากกว่าเมื่อพวกมันร้องเพลงในบริบทอื่น[ 68 ]การร้องเพลงแบบ "กำหนดทิศทาง" หมายถึงเมื่อตัวผู้ร้องเพลงให้ตัวเมียฟัง โดยปกติแล้วจะเป็นการแสดงการเกี้ยวพาราสี การร้องเพลงแบบ "ไม่กำหนดทิศทาง" เกิดขึ้นเมื่อตัวผู้ร้องเพลงเมื่อมีตัวผู้ตัวอื่นอยู่ด้วยหรืออยู่ตัวเดียว[ 70 ]การศึกษาพบว่าระดับของ FOXP2 แตกต่างกันไปตามบริบททางสังคม เมื่อนกร้องเพลงแบบไม่กำหนดทิศทาง ระดับการแสดงออกของ FOXP2 ในบริเวณ X ลดลง การลดลงนี้ไม่พบและระดับของ FOXP2 ยังคงที่ในนกที่ร้องเพลงแบบกำหนดทิศทาง[ 68 ]

ความแตกต่างระหว่างนกที่เรียนรู้การร้องเพลงและนกที่ไม่เรียนรู้การร้องเพลงนั้น พบว่าเกิดจากความแตกต่างในการแสดงออกของยีน FOXP2 มากกว่าความแตกต่างในลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน FOXP2

ปลาซีบราฟิช

ในปลาซีบราฟิช FOXP2 แสดงออกในทาลามัสส่วนท้องและส่วนหลัง เทเลนเซฟาลอนและไดเอนเซฟาลอนซึ่งน่าจะมีบทบาทในการพัฒนาระบบประสาท ยีน FOXP2 ของปลาซีบราฟิชมีความคล้ายคลึงกับออร์โธล็อก FOX2P ของมนุษย์ถึง 85% [ 71 ]

ประวัติศาสตร์

FOXP2 และยีนของมันถูกค้นพบจากการตรวจสอบครอบครัวชาวอังกฤษที่รู้จักกันในชื่อครอบครัว KEซึ่งครึ่งหนึ่งของครอบครัว (15 คนในสามรุ่น) มีความผิดปกติทางการพูดและภาษาที่เรียกว่าภาวะบกพร่องทางการพูด (developmental verbal dyspraxia ) กรณีของพวกเขาได้รับการศึกษาที่สถาบันสุขภาพเด็กแห่งมหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน [ 72 ] ในปี 1990 Myrna Gopnikศาสตราจารย์ด้านภาษาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย McGillรายงานว่าครอบครัว KE ที่ได้รับผลกระทบจากความผิดปกตินี้มีปัญหาด้านการพูดอย่างรุนแรง พูดจาไม่รู้เรื่อง โดยส่วนใหญ่มีลักษณะเป็นความบกพร่องทางไวยากรณ์[ 73 ]เธอตั้งสมมติฐานว่าสาเหตุไม่ได้มาจากความบกพร่องทางการเรียนรู้หรือการรับรู้ แต่เกิดจากปัจจัยทางพันธุกรรมที่ส่งผลต่อความสามารถทางไวยากรณ์เป็นหลัก[ 74 ] (สมมติฐานของเธอทำให้เกิดการแพร่หลายของ "ยีนไวยากรณ์" และแนวคิดที่ถกเถียงกันเกี่ยวกับความผิดปกติเฉพาะไวยากรณ์[ 75 ] [ 76 ] ) ในปี 1995 นักวิจัย จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดและสถาบันสุขภาพเด็กพบว่าความผิดปกตินี้เกิดจากพันธุกรรมล้วนๆ[ 77 ]ที่น่าทึ่งคือ การถ่ายทอดทางพันธุกรรมของความผิดปกตินี้จากรุ่นสู่รุ่นสอดคล้องกับ การถ่ายทอด แบบเด่นของออโตโซมกล่าวคือ การกลายพันธุ์ของยีนเพียงยีนเดียวบนออโตโซม (ไม่ใช่โครโมโซมเพศ ) ที่แสดงลักษณะเด่น นี่เป็นหนึ่งในตัวอย่างไม่กี่ตัวอย่างที่รู้จักของ การถ่ายทอดทางพันธุกรรม แบบเมนเดล (โมโนจีนิก) สำหรับความผิดปกติที่ส่งผลต่อทักษะการพูดและภาษา ซึ่งโดยทั่วไปมีพื้นฐานที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับปัจจัยเสี่ยงทางพันธุกรรมหลายประการ[ 78 ]

ยีน FOXP2 ตั้งอยู่บนแขนยาว (q) ของโครโมโซม 7ที่ตำแหน่ง 31

ในปี 1998 นักพันธุศาสตร์จากมหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด ได้แก่Simon Fisher , Anthony Monaco , Cecilia SL Lai, Jane A. Hurst และFaraneh Vargha-Khademได้ระบุการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบโมโนจีนิกแบบเด่นบนโครโมโซมร่างกาย ซึ่งอยู่ในบริเวณเล็กๆ บนโครโมโซม 7จากตัวอย่าง DNA ที่ได้จากสมาชิกที่ได้รับผลกระทบและไม่ได้รับผลกระทบ[ 5 ]บริเวณโครโมโซม (โลคัส) นี้ประกอบด้วยยีน 70 ยีน[ 79 ]คณะกรรมการการตั้งชื่อจีโนมมนุษย์ได้ตั้งชื่อโลคัสนี้อย่างเป็นทางการว่า "SPCH1" (สำหรับความผิดปกติทางการพูดและภาษา-1) การทำแผนที่และการจัดลำดับของบริเวณโครโมโซมนี้ดำเนินการโดยใช้โคลนโครโมโซมเทียมของแบคทีเรีย[ 6 ]ในช่วงเวลานี้ นักวิจัยได้ระบุบุคคลที่ไม่เกี่ยวข้องกับครอบครัว KE แต่มีความผิดปกติทางการพูดและภาษาในลักษณะเดียวกัน ในกรณีนี้ เด็กที่รู้จักกันในชื่อ CS มีการจัดเรียงโครโมโซมใหม่ ( การย้ายตำแหน่ง ) ซึ่งส่วนหนึ่งของโครโมโซม 7 ได้แลกเปลี่ยนกับส่วนหนึ่งของโครโมโซม 5 ตำแหน่งที่แตกหักของโครโมโซม 7 อยู่ภายในบริเวณ SPCH1 [ 6 ]

ในปี 2544 ทีมงานระบุใน CS ว่าการกลายพันธุ์อยู่ตรงกลางของยีนที่เข้ารหัสโปรตีน[ 7 ]โดยใช้การผสมผสานระหว่างชีวสารสนเทศและ การวิเคราะห์ RNAพวกเขาค้นพบว่ายีนนี้เข้ารหัสโปรตีนชนิดใหม่ที่อยู่ใน กลุ่ม ปัจจัยการถอดรหัสforkhead-box (FOX) ดังนั้นจึงได้รับการกำหนดชื่ออย่างเป็นทางการว่า FOXP2 เมื่อนักวิจัยจัดลำดับยีน FOXP2 ในครอบครัว KE พวกเขาพบการกลายพันธุ์แบบจุดเฮเทอโรไซกัสที่พบร่วมกันในผู้ป่วยทุกคน แต่ไม่พบในสมาชิกในครอบครัวที่ไม่ได้รับผลกระทบและบุคคลอื่น ๆ[ 7 ]การกลายพันธุ์นี้เกิดจากการแทนที่กรดอะมิโนที่ยับยั้งโดเมนการจับกับ DNA ของโปรตีน FOXP2 [ 80 ]การตรวจคัดกรองยีนเพิ่มเติมพบกรณีการหยุดชะงักของ FOXP2 เพิ่มเติมอีกหลายกรณี รวมถึงการกลายพันธุ์แบบจุดที่แตกต่างกัน[ 8 ]และการจัดเรียงโครโมโซมใหม่[ 81 ]ซึ่งให้หลักฐานว่าความเสียหายต่อสำเนายีนนี้เพียงชุดเดียวก็เพียงพอที่จะขัดขวางการพัฒนาการพูดและภาษาได้

ดูเพิ่มเติม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=FOXP2&oldid=1358639492 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ฟ็อกซ์พี2

โปรตีนฟอร์คเฮดบ็อกซ์ P2 ( FOXP2 ) เป็น โปรตีน ที่ในมนุษย์ถูกเข้ารหัสโดย ยีน FOXP2 FOXP2 เป็นสมาชิกของ ตระกูล ฟอร์คเฮดบ็อกซ์ ของ ปัจจัยการถอดรหัส ซึ่งเป็น โปรตีนที่...

โครงสร้างและหน้าที่

FOXP2 เป็น โปรตีน FOX ที่มีโดเมน forkhead-box นอกจากนี้ยังมีส่วนของ polyglutamine tract , zinc finger และ leucine zipper โปรตีนนี้จับกับ DNA โดยตรงเพื่อควบคุมการแสดงออกของโปรตีนอื่นๆ และควบคุมกิจกรรมของโปรตีนเหล่านั้นผ่านโดเมน forkhead-box...

ความสำคัญทางคลินิก

FOXP2 เป็นปัจจัยการถอดรหัสที่มีหลายหน้าที่ หนึ่งในนั้นคือบทบาทในการพัฒนาวงจรประสาทที่เกี่ยวข้องกับการพูดและภาษา โดยทำหน้าที่ควบคุมยีนที่มีอิทธิพลต่อปัจจัยต่างๆ เช่น การแยกแยะเซลล์ประสาท การสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาท และความยืดหยุ่นของไซแนปส์ นอกจากนี้ FOXP2...

ความผิดปกติทางภาษา

มีทฤษฎีว่าการย้ายตำแหน่งของบริเวณ 7q31.2 ของยีน FOXP2 ทำให้เกิดความบกพร่องทางภาษาอย่างรุนแรงที่เรียกว่า ภาวะบกพร่องทางการพูดในเด็ก (DVD) [ 32 ] หรือภาวะบกพร่องทางการพูดในวัยเด็ก (CAS) [ 40 ] จนถึงขณะนี้มีการค้นพบการกลายพันธุ์ประเภทนี้เพียง 3 ครอบครัวทั่วโลก...