Epigenetic changes from infancy to adolescence in response to socio-emotional environment  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
108882
Type K
Principal investigator Lakatos, Krisztina
Title in Hungarian Csecsemőkortól serdülőkorig: epigenetikai változások a társas-érzelmi környezet hatására
Title in English Epigenetic changes from infancy to adolescence in response to socio-emotional environment
Keywords in Hungarian kötődés. anyai viselkedés, stressz reaktivitás, viselkedési problémák, epigenetika
Keywords in English attachment, maternal behaviour, stress reactivity, behavioural problems, epigenetics
Discipline
Psychology (Council of Humanities and Social Sciences)80 %
Ortelius classification: Developmental psychology
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Molecular markers and recognition
Panel Psychology and Education
Department or equivalent Institute of Cognitive Neuroscience and Psychology (Research Center of Natural Sciences)
Participants Ember, Kata
Gervai, Judit
Nemoda, Zsófia
Pólya, Tibor
Tóth, Ildikó
Starting date 2014-01-01
Closing date 2017-12-31
Funding (in million HUF) 18.344
FTE (full time equivalent) 8.14
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

A korai érzelmi kapcsolatok hosszú távra megalapozzák a gyermek társas fejlődését, és a kutatások mellett a klinikai gyakorlat is rámutatott a korai években kialakuló anya-gyermek kapcsolat minőségének alapvető fontosságára. Az anyai érzelmi kommunikáció zavaraihoz köthető dezorganizált kötődés a későbbi pszichoszociális problémák korai előzménye. Csoportunk korábbi munkája paradigmaváltást hozott a kötődéskutatásban, mert kimutattuk, hogy a dopaminerg ingerület átvitelre ható génvariációk befolyásolják a csecsemő kötődési viselkedését és moderálják érzékenységét az atipikus anyai viselkedésre.
A javasolt kutatás célja olyan feltételezhető epigenetikai módosulások – DNS metilációs mintázatok – detektálása, amelyek a gyermek társas-érzelmi környezetének hatására alakulhatnak ki. Mivel a DNS metiláció vélhetően a környezeti hatásokat az egyén felé közvetítő fontos mechanizmus, feltételezzük, hogy bizonyos génrégiók DNS metilációja függ az anyai gondozás minőségétől. A korábbi fejlődésvizsgálatainkból származó pszichobiológiai adatokat új serdülőkori adatokkal, valamint új típusú viselkedéselemzéssel egészítjük ki, így – nemzetközi tekintetben is egyedülálló módon – felderíthetővé válnak egyes hosszú távú epigén-környezet kölcsönhatások. Újdonság, hogy vizsgálni tudjuk a metilációs mintázatok stabilitását csecsemőkortól serdülőkorig, továbbá azt, hogy a gondozói környezet változása hogyan módosítja az epigenetikai markereket. A kapott eredmények rávilágíthatnak a családsegítő szakmák számára fontos intervenciós pontokra.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.

A javasolt kutatás célja olyan viselkedést befolyásoló epigenetikai módosulások detektálása, amelyek a változó anyai viselkedés és környezet hatására alakulhatnak ki a gyermekkori fejlődés során. Mivel a környezeti hatásokat DNS metiláció közvetíti az egyéni genom felé, feltételezzük, hogy az alacsony szociális rizikójú környezetben detektált korai DNS metilációt a későbbi fejlődési környezet is befolyásolhatja. Jelenleg nincs szakirodalmi adat arra vonatkozóan, hogy a korai DNS módosulások a később milyen környezeti hatásokra változnak és, milyen feltételek mellett. Az emberi DNS metilációk stabilitásáról különösen keveset lehet tudni, s az állati modelleken végzett kutatásokkal ellentétben, jelenleg nincs közvetlen bizonyíték arra, hogy embernél a korai anyai gondozásnak hosszútávú hatása volna a DNS metilációra.
A tervezett kutatás keresztmetszeti és hosszmetszeti perspektívában is vizsgálja a gyermekek bizonyos epigenetikai és pszichológiai jellemzőit. A fő kérdések vizsgálják 1) egyes specifikus DNS szakaszok metilációs szintjének stabilitását; 2) a DNS metiláció lehetséges összefüggését a) az anyai viselkedéssel, b) a kötődés minőségével, c) negatív életeseményekkel, d) stressz-reaktivitással, és e) gyerek- és serdülőkori viselkedési problémákkal; 3) az anyai viselkedés változása esetén a kezdetben detektált metilációs mintázatokban bekövetkező változásokat, 4) adott gén DNS metilációjának összefüggését ugyanazon gén polimorfizmusával. A kutatás specifikus hipotéziseket fogalmaz meg a szerotonin transzporter, a D4 dopamin receptor, a katekol-O-metiltranszferáz és a glükokortikoid receptor génekre vonatkozóan.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!

Az emberi genom szekvenciájának meghatározása és a molekuláris genetika fejlődése jelentősen hozzájárult ahhoz, hogy jobban megértsük a gének és a környezet összjátékát a pszichológiai fejlődésben. Saját korábbi kutatásainkban kimutattuk, hogy a csecsemők érzékenységét a gondozói környezet jellemzőire befolyásolja az, hogy milyen változatát hordozzák egyes, a dopaminerg ingerületátvitelt befolyásoló géneknek. Eredményeink paradigmaváltást hoztak a korai szülő-gyermek kapcsolat kutatásában. A jelen kutatásban epigenetikai irányba kívánjuk folytatni úttörő vizsgálatainkat, s a gén-környezet kölcsönhatások vizsgálatát epigén-környezet kölcsönhatások vizsgálatával kívánjuk bővíteni.
A felvázolt kutatási modell, amelyben az anyai viselkedés és a családi környezet befolyását tanulmányozzuk az anya-gyermek kötődésre és a gyermek pszichés alkalmazkodására, egyes gének polimorfizmusain kívül magába foglalja ugyanezen gének epigenetikai markereit is.
Korábbi vizsgálataink longitudinális mintái kiváló alkalmat adnak arra, hogy egyaránt nyomon kövessük a környezeti hatások és a kiválasztott gének epigenetikai markereinek (metiláltságának) változásait. A csecsemőkorból származó anyai viselkedés adatokat későbbiekkel kibővítve megvizsgálhatjuk, hogy az anyai atipikus viselkedés változása összefüggésbe hozható-e adott gének metiláltságának változásával. Longitudinálisan gyűjtött DNS, valamint környezeti és viselkedési adatok alapján vizsgálatunk úttörő módon kaphat információt a) környezeti változásokhoz kapcsolódó epigenetikai módosulásokról, b) az anyai viselkedés normális változatossága és a DNS metiláció közötti összefüggésről, c) a kötődési kapcsolatok és a DNS metiláció összefüggéséről, d) az anyai viselkedés, az emberi glükokortikoid receptor gén metiláltsága és a stressz reaktivitás lehetséges összefüggéséről.
A javasolt alapkutatástól közvetlen gyakorlati haszon nem várható, de újabb adalékkal szolgálhat a korai szociális környezet jelentőségéről. Rávilágíthat, hogy a hátrányos korai környezet hatására kialakuló biológiai változások visszafordíthatók-e a környezet pozitív megváltozása révén. Eredményeink megerősíthetik a megfelelő családtámogatási közpolitika jelentőségét.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média illetve az adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

Az emberi genom szekvenciájának meghatározása jelentősen hozzájárult ahhoz, hogy jobban megértsük a gének és a környezet szerepét a pszichológiai fejlődésben. Saját korábbi kutatásaink, amelyekben kimutattuk, hogy a csecsemők érzékenysége a gondozói környezet jellemzőire genetikai okokból is eltérő, fordulatot hozott a korai szülő-gyermek kapcsolat kutatásában. A jelen kutatásban epigenetikai irányba kívánjuk folytatni úttörő vizsgálatainkat, amelyek így arra kérdésre irányulnak, hogy miként befolyásolják a környezeti változások génjeink működését?
A kutatási modell, amely szerint az anyai viselkedés és a családi környezet befolyását tanulmányozzuk az anya-gyermek kötődésre és a gyermek pszichés alkalmazkodásra, egyes gének szerkezeti változatosságán kívül magába foglalja e gének környezet-indukálta működési változatosságát is.
Korábbi hosszmetszeti vizsgálataink résztvevőinek segítségével kitűnő lehetőségünk nyílik arra, hogy nyomon kövessük a környezeti hatásokat és a génműködést csecsemőkortól serdülőkorig. A rendelkezésre álló csecsemőkori adatokat ki tudjuk egészíteni archív és új videofelvételek elemzésével, így kapcsolatot tudunk keresni a szülői viselkedés és a génműködés hosszmetszeti változásai között. Több életkorban gyűjtött DNS minták, viselkedési és környezeti adatok birtokában megpróbálhatjuk feltárni a különféle környezeti változások időbeli hatását a génműködésre.
A javasolt alapkutatás újabb adatokkal szolgálhat a korai szociális környezet szerepéről a gyermekek érzelmi fejlődésében. Eredményeink megerősíthetik a megfelelő családtámogatási közpolitika jelentőségét.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

The aim of the proposed research is to identify epigenetic modifications – changes in DNA methylation – potentially mediating the effects of socio-emotional environment. Family relationships in early childhood set the stage for children’s long-term adjustment. Clinical practice and research have also shown that the quality of the mother-child relationship in the first few years of the child’s life is of fundamental importance. Disorganisation of infant attachment which is related to disrupted maternal affective communication is one of the rare early predictors of later psychosocial maladjustment. Recent work by our group has initiated a paradigm shift in attachment research by showing that natural genetic variation in dopaminergic neurotransmission within the child affects early attachment behaviour and moderates infant sensitivity to anomalous maternal behaviour.
The proposed research will uniquely allow testing epigenome-environment interactions by supplementing data from earlier phases of longitudinal studies with novel behavioural and epigenetic analyses. Since DNA methylation is one of the mechanisms supposed to transmit environmental effects, we propose that level of DNA methylation of crucial gene regions might be responsive to quality of maternal behaviour. Novel findings are expected regarding stability of methylation levels from infancy to adolescence; we would see whether and under what conditions specific epigenetic marks become altered by later modifications of the environment. The impact of early human maternal behaviour on DNA methylation and its stability can also be assessed. Results may point at potentially significant focus of family support policies.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.

The aim of the proposed research is to identify epigenetic modifications which affect offspring behavioural outcome, and are induced by changes of maternal behaviour and family environment from infancy to adolescence. Since DNA methylation is one of the mechanisms supposed to transmit environmental effects on the genome, we propose that DNA methylation should be responsive to the environment throughout development. To date, there is no information whether and under what conditions early epigenetic programming can be altered by later changes of the environment. Also, there is only sparse data regarding stability of DNA methylation levels in humans. Unlike for model animals, there is no direct evidence in the literature for long-term effects of early human maternal care on DNA methylation. The proposed design allows to investigate epigenetic and psychological characteristics concurrently, and also in a developmental perspective.
Key questions to be addressed regard 1) stability of methylation levels at particular candidate DNA sequences; 2) whether DNA methylation is related to a) maternal behaviour, b) attachment quality, c) negative life events, d) stress responses, e) child and adolescent behaviour problems; 3) whether DNA methylation observed in infancy is altered by later changes in maternal behaviour, 4) whether DNA methylation of a particular gene is also dependent on sequence polymorphism of the same gene. Specific hypotheses were developed regarding the serotonin transporter, the dopamine D4 receptor, the catechol-O-methyltransferase, and the glucocorticoid receptor genes.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.

Human molecular genetics has significantly contributed to our understanding of interplay between genetic and environmental influences on psychological development. Our own previous work – showing that infant genotype influencing dopaminergic neurotransmission moderates sensitivity to maternal care – has brought a paradigm shift in research of the early relationship development. With the proposed epigenetic focus, we would continue our quest at the cutting edge by supplementing the study of gene-environment interactions with introducing epigene-environment effects.
The proposed model of influences of maternal behaviour and family environment on the development of mother-child relationship and child adjustment will incorporate moderating effects of sequence polymorphisms as well as epigenetic marks of the same genes.
Our existing longitudinal samples provide a unique opportunity to follow changes both in environmental influences and epigenetic marks (methylation levels) of specific genes. Available data on maternal atypical behaviour in infancy will be supplemented by analyses of social interactions beyond infancy, thus changes in atypical maternal behaviour can be related to changes in methylation levels. Using longitudinally collected DNA and environmental data, as well as behavioural observations in infancy, childhood and adolescence, the proposed study to our best knowledge could be the first to yield complex data on a) longitudinal changes of epigenetic marks related to environmental influences, b) effects of observed normal variations in maternal behaviour on DNA methylation, c) link between attachment relationship and DNA methylation longitudinally, d) influence of maternal behaviour on association between methylation level of human glucocorticoid receptor gene and stress reactivity.
Although this basic research has no direct practical application, it can provide further evidence for the importance of the quality of early socio-emotional environment, and show if environmentally induced epigenetic modifications linked to non-optimal development could be reversed by long-term positive changes of the environment. These results may underscore the significance of appropriate family support policies.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

The Human Genome Project and subsequent research has significantly contributed to our understanding of the interplay between nature and nurture in psychological development. Our own previous work showing that infants vary genetically in their response to caregiving environment has created a paradigm shift in research of the early parent-child relationships. With the proposed research, we continue our quest to further understand how nature is affected by nurture, i.e., how functioning of genes is influenced by environmental changes.
The proposed research model of influences of maternal behaviour and family environment on the development of mother-child relationship and child adjustment will incorporate moderating effects of inherited structural variations as well as environmentally induced variations of functioning of the same genes.
Participants from our longitudinal studies provide a unique opportunity to follow changes both in environmental influences and functioning of specific genes. Available data on maternal caregiving behaviour in infancy will be supplemented by analyses of interactive behaviour beyond infancy, thus changes of parenting can be related to changes of gene functioning. Based on longitudinally collected DNA and environmental data, as well as behavioural observations in infancy, childhood and adolescence, the proposed study could yield data on longitudinal changes of gene functioning related to different environmental influences.
This basic research can provide further details on the role of the quality of early socio-emotional environment in child development. These results may underscore the significance of appropriate family support policies.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Elsőként mutattuk ki az atipikus anyai viselkedés, dezorganizált kötődés hosszútávú kapcsolatát egyes gének magasabb metilációjával, alátámasztva ezzel a korai gondozói környezet minőségének hosszútávú jelentőségét. 12 hónapos korban a stresszhelyzetben a teljes kortizoltermelést az NR3C1 gén metilációja és a bizonytalan kötődés együttesen jósolta be. A serdülőkori stresszreaktivitást vizsgálva kimutattuk, hogy a kötődési interjúban több negatív érzelmi kifejezést használó serdülők atipikus kortizolreaktivitást mutatnak, és a kogníció gyakoribb alkalmazása a posztsressz kortizolszint csökkenésével jár együtt. A bántalmazás magasabb, az adaptív megküzdési stratégiák alacsonyabb kortizol alapszinttel, a pozitív környezet pedig alacsonyabb posztstressz kortizolszintekkel járt együtt. Az anyai trauma több összefüggést mutatott a serdülő számítógépes tesztben mért figyelmével, ami prenatális, az agyfejlődést befolyásoló hatásra utalhat. A gyermek neme szerint különbség mutatkozott az összesített érzelemfelismerésben, a szomorúság és a boldogság felismerésében: a lányok és a lányos anyák valamivel jobb felismerést mutattak. A harag felismerését a csecsemőkori anyai atipikusság X gyermek neme interakció, a gyermekkori kötődési biztonság valamint a COMT genotípus együttesen prediktálta. Az elsőszülöttel mutatott nagyfokú anyai atipikusság együtt járt mindkét gyermek dezorganizált vagy ambivalens kötődésével, tehát a korai intervenció a testvérek fejlődésére is hatással lehet.
Results in English
Long-term association of DNA methylation with maternal atypical behaviour and disorganized attachment has been demonstrated highlighting the lasting influence of early social-emotional environment on development. 12-months cortisol production in a mildly stressful situation was predicted by the methylation of the NR3C1 gene and insecure attachment. In adolescence, more frequent use of negative emotion terms was related to atypical patterns of cortisol reactivity, while higher occurrence of cognition words was associated with lower post-stress cortisol levels. Abuse was related to higher, adaptive coping to lower baseline cortisol levels, positive school environment to lower post-stress cortisol levels. Maternal childhood trauma was associated with the adolescent’s attention functioning, indicating the possibility of a prenatal influence on brain development. Emotion recognition was related to adolescent gender: girls and mothers of girls scored better. Recognition of anger was predicted by 3 contributors: an interaction between gender and maternal atypicality in infancy, childhood secure attachment and COMT genotype. High-level maternal atypical behaviour in infancy with the first born was related to both siblings being classified as disorganized or ambivalent, thus early intervention with the first-born may influence the development of later born siblings as well.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=108882
Decision
Yes





 

List of publications

 
Kruk, E., Lakatos, K., Ozene Kende, L., Bekecs, B., Horvath, Z. E., Toth, I., Gervai, J., Nemoda, Z.: DNA methylation analyses of the alternative promoterregions of the glucocorticoid receptor gene in infant stress reactivity, http://danube-epigenetics.weebly.com/abstracts.html, 2014
Kruk, Emese; Lakatos, Krisztina; Őzéné, Lívia Kende; Bekecs, Boglárka; Tóth, Ildikó; Gervai, Judit; Nemoda, Zsófia: Association between infant attachment behavior and DNA methylation of the glucocorticoid receptor gene promoter regions, http://www.ibnsconnect.org/assets/docs/ibnsprogram2016.pdf, 2016
Lakatos, K, Őzéné Kende, L, Ney, K, Toth, I, Gervai, J: Birds of a feather or not so much? Change and stability in maternal behaviour towards siblings of the same age, https://www.waimh.org/files/Congress/2018/IMHJ_WAIMH%20Congress_Abstracts_2018.pdf, 2018
Lakatos, K, Nemoda, Z, Halasz, J, Toth, I, Gervai, J: ANGER RECOGNITION: GENETIC AND LONGITUDINAL RELATIONSHIP EFFECTS IN A NON-CLINICAL SAMPLE, https://www.waimh.org/files/Congress/2018/IMHJ_WAIMH%20Congress_Abstracts_2018.pdf, 2018, 2018
Gervai J, Tóth I, Lakatos K: Genetikai hatások a korai kötődés fejlődésében, M PSZICH SZLE 72: (1/2) 5-25, 2017
Tóth I, Füleki A, Szerafin Á K, Lakatos K, Gervai J: Közös figyelem, atipikus anyai viselkedés és kötődés, M PSZICH SZLE 72: (1/5) 69-89, 2017
Angyal N, Horvath EZ, Tarnok Z, Richman MJ, Bognar E, Lakatos K, Sasvari-Szekely M, Nemoda Z: Association analysis of norepinephrine transporter polymorphisms and methylphenidate response in ADHD patients., PROG NEURO-PSYCHOPHARMACOL BIOL PSYCHIATR in press:, 2018
Kenezloi E, Lakatos K, Horvath EZ, Sasvari-Szekely, M, Nemoda, Z: A pilot study of early onset Obsessive-Compulsive Disorder: symptom dimensions and association analysis with polymorphisms of the serotonin transporter gene, Psychiatry Research, 2018




Back »