Study reveals link between brain cell development and risk of schizophrenia

Scientists from Cardiff University have discovered new links between the breakdown in brain cell development and the risk of schizophrenia and other psychiatric disorders.

Genetic risk factors are known to disrupt brain development in a number of these disorders, but little is known about which aspects of this process are affected.

This research is the first time that genetic disruption of specific cell processes crucial to brain development has been linked to disease risk in a wide range of psychiatric disorders.

The findings are published today in the journal Nature Communications.

The study was jointly led by Dr Andrew Pocklington from the Division of Psychological Medicine and Clinical Neurosciences at Cardiff University and Dr Eunju Jenny Shin from the Neuroscience and Mental Health Research Institute at Cardiff University and now at Keele University.

Dr Pocklington said: “Genetic factors play a significant role in determining a person’s risk of developing psychiatric disorders. Uncovering biological processes impacted by these genetic risk factors is a major step towards understanding the causes of disease.”

Dr Shin said: “To truly understand the root causes of psychiatric disorders, we focused on studying the development of brain cells. The knowledge gained through this approach may ultimately help guide the development of novel therapies or help explain why some individuals respond to some treatments but not others.”

The scientists studied the birth and early development of human brain cells – a process known as neurogenesis – in vitro using human pluripotent stem cells.

They identified several sets of genes that are switched on during neurogenesis – both in vitro and in human foetal brain – with each set appearing to play a distinct functional role. The researchers showed that genetic risk factors contributing to schizophrenia and other psychiatric disorders were highly concentrated in these sets.

Dr Shin said: “In vitro experiments showed that when activation of these sets is disrupted, the shape, movement and electrical activity of developing brain cells is altered, linking changes in these properties to disease.”

Disorders linked to disruption of these genes included both early onset conditions (developmental delay, autism and ADHD) and, more surprisingly, conditions with a later onset (bipolar disorder, major depression) for which disruption of early brain development is not generally thought to play a large role.

This raises the question of whether some of these genes – which are first switched on long before birth – remain active later in life and contribute to mature brain function, where they can potentially be targeted therapeutically.

Dr Pocklington said: “Previous studies have shown that genes active in mature brain cells are enriched for common genetic variants contributing to schizophrenia. Much of this enrichment was captured by the early developmental gene sets, which seem to contain a greater burden of common genetic risk factors.

“This suggests that some biological pathways first switched on in the early pre-natal brain may remain active in later life, with genetic variation in these pathways contributing to disease by disrupting both development and mature brain function.”

Further work is needed to map out the full range of developmental processes disrupted in different psychiatric disorders and explore their longer-term effects on the brain.

Dr Shin said: “Although much remains to be uncovered, our findings provide valuable insight into the developmental origins of psychiatric disorders such as schizophrenia.”

-Ends-

• The researchers are available for interview
• The study is attached as a PDF and will be available online here after the embargo

For further information and interview requests contact: 

• Gerry Holt, comms & marketing, Cardiff University - 029 2087 5596 or Holtg2@cardiff.ac.uk

Cardiff University is recognised in independent government assessments as one of Britain’s leading teaching and research universities and is a member of the Russell Group of the UK’s most research-intensive universities. The 2014 Research Excellence Framework ranked the University 5th in the UK for research excellence. Among its academic staff are two Nobel Laureates, including the winner of the 2007 Nobel Prize for Medicine, Professor Sir Martin Evans. Founded by Royal Charter in 1883, today the University combines impressive modern facilities and a dynamic approach to teaching and research. The University’s breadth of expertise encompasses: the College of Arts, Humanities and Social Sciences; the College of Biomedical and Life Sciences; and the College of Physical Sciences and Engineering, along with a longstanding commitment to lifelong learning. Cardiff’s flagship Research Institutes are offering radical new approaches to pressing global problems. More at www.cardiff.ac.uk
 

Datganiad i’r Wasg gan Brifysgol Caerdydd

Embargo: Dydd Gwener 14 Ionawr, 10:00 GMT (05:00 EST yr Unol Daleithiau)

Astudiaeth yn datgelu cysylltiad rhwng datblygiad celloedd yr ymennydd a'r risg o sgitsoffrenia

Astudiaeth Prifysgol Caerdydd yn 'gam mawr ymlaen' wrth chwilio am darddiad datblygiad anhwylderau seiciatrig

Mae gwyddonwyr o Brifysgol Caerdydd wedi darganfod cysylltiadau newydd rhwng nam ar ddatblygiad celloedd yr ymennydd a'r risg o sgitsoffrenia ac anhwylderau seiciatrig eraill.

Gwyddwn fod ffactorau risg genetig yn amharu ar ddatblygiad yr ymennydd mewn nifer o'r anhwylderau hyn, ond ychydig a wyddwn ynghylch pa agweddau ar y broses hon sy’n cael eu heffeithio.

Yr ymchwil hon yw'r tro cyntaf i amharu genetig ar brosesau celloedd penodol sy'n hanfodol i ddatblygiad yr ymennydd, gael ei gysylltu â’r risg o glefyd, a hynny mewn ystod eang o anhwylderau seiciatrig.

Cyhoeddwyd y canfyddiadau heddiw yng nghyfnodolyn Nature Communications.

Bu i’r Dr Andrew Pocklington o'r Is-adran Meddygaeth Seicolegol a Niwrowyddorau Clinigol ym Mhrifysgol Caerdydd a Dr Eunju Jenny Shin o'r Sefydliad Ymchwil Niwrowyddoniaeth ac Iechyd Meddwl ym Mhrifysgol Caerdydd ac sydd bellach ym Mhrifysgol Keele, gyd-arwain yr astudiaeth.

Dywedodd Dr Pocklington: "Mae ffactorau genetig yn mynnu lle sylweddol o ran faint o risg y bydd yr unigolyn yn datblygu anhwylderau seiciatrig. Mae dod ar draws prosesau biolegol sy'n cael eu heffeithio gan y ffactorau risg genetig hyn yn gam mawr tuag at ddeall achosion clefydau."

Dywedodd Dr Shin: "Er mwyn deall achosion sylfaenol anhwylderau seiciatrig yn fanwl, canolbwyntiwyd ar astudio datblygiad celloedd yn yr ymennydd. Mae’n bosib y gallai’r wybodaeth a gawson drwy ddefnyddio’r dull hwn, helpu i ddatblygu therapïau newydd yn y pen draw neu helpu i egluro pam mae rhai unigolion yn ymateb i rai triniaethau ond nid eraill."

Astudiodd y gwyddonwyr enedigaeth a datblygiad cynnar celloedd o’r ymennydd dynol – proses a elwir yn niwrogenesis. Gwnaethant hynny in vitro (mewn tiwbiau profi), gan ddefnyddio bôn-gelloedd amlbotensial.

Nodwyd sawl set o enynnau sy'n cael eu tanio ymlaen yn ystod niwrogenesis – hynny in vitro, ac mewn ymennydd ffoetws dynol – gyda phob set yn ymddangos fel pe baent yn chwarae rôl swyddogaethol benodol. Dangosodd yr ymchwilwyr fod ffactorau risg genetig sy'n cyfrannu at sgitsoffrenia ac anhwylderau seiciatrig eraill, yn hynod grynodedig yn y setiau hyn.

Dywedodd Dr Shin: "Daeth i’r amlwg mewn arbrofion in vitro fod siâp, symudiad a gweithgarwch trydanol celloedd yr ymennydd sydd wrthi’n datblygu yn cael eu newid pan amharir ar y tanio yn y setiau hyn. Mae hyn yn dangos bod cysylltiad rhwng newidiadau o ran y nodweddion hyn â chlefydau."

Roedd cyflyrau cynnar (oedi datblygiadol, awtistiaeth ac ADHD) ac, yn fwy annisgwyl, cyflyrau sy’n dechrau’n ddiweddarach mewn bywyd (anhwylder deubegynol, iselder difrifol), ymhlith yr anhwylderau sy'n gysylltiedig ag amhariadau ar y genynnau hyn. Ni chredir yn gyffredinol hyd yn hyn bod amhariadau ar ddatblygiad cynnar yr ymennydd yn chwarae rhan fawr o ran y rhain.

Mae hyn yn codi'r cwestiwn: a yw rhai o'r genynnau hyn – sy'n cael eu tanio ymlaen ymhell cyn genedigaeth – yn parhau i fod yn weithredol yn ddiweddarach mewn bywyd gan gyfrannu at swyddogaethau yr ymennydd aeddfed, ble y mae’n bosib y gellid eu targedu'n therapiwtig.

Dywedodd Dr Pocklington: "Dangosodd astudiaethau blaenorol fod genynnau sy'n weithredol mewn celloedd ymennydd aeddfed yn cael eu gorfaethu yng nghyd-destun amrywiolion genetig cyffredin sy'n cyfrannu at sgitsoffrenia. Cafodd llawer o'r gorfaethu hwn ei weld yn y setiau genynnau sy’n datblygu’n gynnar, sy'n ymddangos fel petaent yn cynnwys mwy o ffactorau risg genetig cyffredin.

"Mae hyn yn awgrymu y gallai rhai llwybrau biolegol a daniwyd gyntaf yn yr ymennydd cynnar cyn i’r person gael ei eni, barhau i fod yn weithredol yn ddiweddarach mewn bywyd, gydag amrywiadau genetig yn y llwybrau hyn yn cyfrannu at glefydau, drwy amharu ar ddatblygiad a swyddogaeth aeddfed yr ymennydd."

Mae angen rhagor o waith i fapio'r ystod lawn o brosesau datblygu sy’n cael eu hamharu, o ran gwahanol anhwylderau seiciatrig, yn ogystal ag archwilio eu heffeithiau tymor-hwy ar yr ymennydd.

Dywedodd Dr Shin: "Er bod llawer i'w ganfod o hyd, mae’r canfyddiadau hyn gennym yn rhoi dealltwriaeth werthfawr i darddiad datblygiad anhwylderau seiciatrig fel sgitsoffrenia."

-Diwedd-

• Mae’r ymchwilwyr ar gael i’w cyfweld
• Mae'r astudiaeth wedi'i hatodi fel PDF a bydd ar gael ar-lein yma ar ôl yr embargo

I gael rhagor o wybodaeth a gofyn am gyfweliad, cysylltwch â:

• Gerry Holt, Cyfathrebu a Marchnata, Prifysgol Caerdydd – 029 2087 5596 neu HoltG2@caerdydd.ac.uk

Mae asesiadau annibynnol y llywodraeth yn cydnabod Prifysgol Caerdydd yn un o brifysgolion blaenllaw Prydain o ran addysgu ac ymchwil. Mae’r Brifysgol hefyd yn aelod o Grŵp Russell, sy'n cynnwys prifysgolion y DU sy'n rhoi'r pwyslais mwyaf ar waith ymchwil. Yn ôl Fframwaith Rhagoriaeth Ymchwil 2014, roedd y Brifysgol yn bumed yn y DU am safon ei hymchwil. Ymhlith ei staff academaidd mae dau enillydd Gwobr Nobel, gan gynnwys enillydd Gwobr Nobel 2007 mewn Meddygaeth, yr Athro Syr Martin Evans. Sefydlwyd y Brifysgol yn sgîl Siarter Frenhinol ym 1883. Heddiw, mae'n cyfuno cyfleusterau modern trawiadol ag agwedd ddeinamig at addysgu ac ymchwil. Mae ehangder arbenigedd y Brifysgol yn cynnwys Coleg y Celfyddydau, y Dyniaethau a'r Gwyddorau Cymdeithasol, Coleg y Gwyddorau Biofeddygol a Bywyd a Choleg y Gwyddorau Ffisegol a Pheirianneg, ynghyd ag ymrwymiad hirdymor i ddysgu gydol oes. Mae sefydliadau ymchwil blaenllaw’r Brifysgol yn cynnig ffyrdd arloesol o fynd i'r afael â phroblemau o bwys yn fyd-eang. Rhagor o wybodaeth: www.caerdydd.ac.uk