Search for Genetic Variants Underlying Musical Aptitude and Related Traits

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8787-5
Title: Search for Genetic Variants Underlying Musical Aptitude and Related Traits
Author: Ukkola-Vuoti, Liisa
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Haartman Institute
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2013-05-10
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-8787-5
http://hdl.handle.net/10138/38929
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Music perception and practice represents complex cognitive functions of the brain. There is an abundance of data about the neurophysiological effects of music on the human brain, but heritability and especially molecular studies have been lacking. The development of genome technologies and bioinformatics has enabled the identification of genetic variants underlying complex human traits. These methods can be applied to normal human traits like music perception and performance. Prior to this study, the first genome wide scan in the Finnish pedigrees suggested that musical aptitude is associated with several chromosomal areas in the human genome. High heritability of music test scores was also demonstrated. In order to further dissect the molecular genetic background of music related traits this thesis work focused on three phenotypes in music, musical aptitude, listening to music and creativity in music in the enlarged family material. For the aforementioned phenotypes functionally relevant candidate genes were analyzed, and novel genomic variants and candidate genes sought using genome-wide analysis of single nucleotide polymorphisms and structural variation (copy number variation; CNV). In this thesis, musical aptitude of each participant was defined using three music tests: the auditory structuring ability test (Karma Music test) and Seashore's pitch and time discrimination subtests. A combined music test score (COMB) was computed as the sum of the separate scores of the three individual test results. Information about other musical traits, creative functions in music and listening to music, and background information was collected using a web-based questionnaire. Both musical aptitude and creative functions in music showed to have strong genetic components, the heritability estimates were 0.44 and 0.84 respectively. On the average, the amount of time spent on active listening to music was 4.6 hours per week and passive 7.3 hours per week among the participants. Furthermore, high scores in music tests correlated with creative functions in music, and high amount of active listening to music correlated with the high level of music education. Five candidate genes, AVPR1A, SLC6A4, COMT, DRD2 and TPH1, were studied in musical aptitude, creativity in music and listening to music. All studied traits were associated with the arginine vasopressin receptor 1A (AVPR1A) gene, suggesting that the neurobiology of music perception and practice is likely to be related to pathways affecting social affiliation and communication. In the genome-wide CNV study several copy number variable regions containing genes that affect neurodevelopment, learning and memory were detected. The most promising of them was a deletion at 5q31.1 covering the protocadherin-α gene cluster (PCDHA) that was associated with low music test scores. PCDHA is involved in neural migration, differentiation and synaptogenesis. Creativity in music was associated with a duplication covering glucose mutarotase gene (GALM) at 2p22. A 1.3 Mb duplication was identified in a subject with low COMB scores overlapping the core linkage region of absolute pitch at 8q24. Genome-wide association analysis of creative functions in music showed association with several genes previously shown to be related to learning, memory, synaptic plasticity and neuropsychiatric disorders. The strongest association was detected with the cGMP-dependent protein kinase type I (PRKG1) gene at 10p21 that affects amygdala function, a brain area also induced by music. PRKG1 has previously been associated with schizophrenia and attention deficit hyperactivity disorder. In conclusion, our results suggest new candidate genes for musical aptitude and creativity in music. Being aware that musical aptitude is a complex phenotype affected by several predisposing alleles, this result, although interesting, is preliminary and may only partially explain the genetic background of musical aptitude. Further studies are needed to confirm the role of the candidate genes identified in musical aptitude and related traits.Ihmiset eroavat musikaalisilta taipumuksiltaan ja musikaalisuus ilmenee monin eri tavoin. Monet tunnetut ilmiöt, kuten musiikin ihmelapset, musikaaliset kaksoset tai sisarukset, antavat viitteitä musiikin ja biologian läheisestä yhteydestä. Silti musikaalisuuden periytyvyyden ja erityisesti sen taustalla olevan molekyylibiologian tutkiminen on käynnistynyt vasta viime vuosina. Geneettisten tutkimusmenetelmien kehittyminen on luonut uusia työkaluja ja mahdollistanut monitekijäisten ominaisuuksien, kuten musikaalisuuden taustalla vaikuttavien geneettisten muutosten etsimisen. Ensimmäinen musikaalisuuden koko perimän kattava kartoitus suoritettiin suomalaisissa suvuissa. Tutkimus osoitti perimän usean eri alueen vaikuttavan musikaalisuuteen. Tämän väitöskirjan tarkoituksena on selvittää tarkemmin musikaalisuuden, musiikin kuuntelemisen ja musiikillisen luovuuden molekyyligeneettistä taustaa edellisestä tutkimusta laajemmassa perhemateriaalissa. Tutkimuksessa analysoitiin toimintansa perusteella merkityksellisiä ehdokasgeenejä. Lisäksi koko perimän kattavissa tutkimuksissa etsittiin uusia musikaalisuuteen ja musiikilliseen luovuuteen vaikuttavia perimän muutoksia ja ehdokasgeenejä yhden nukleotidin geenimerkkejä sekä kopiolukumuutoksia (CNV) käyttäen. Tutkimushenkilöiden musikaalisuus määritettiin kolmea musikaalisuustestiä käyttäen: auditiivisen strukturointikyvyn testi (Karman testi) sekä Seashoren äänen korkeuden ja keston testit. Näiden kolmen musikaalisuustestin pistemäärän summana laskettiin kunkin osallistujan yhdistetyt musikaalisuuspisteet (COMB). Osallistujien musiikki- sekä muusta taustasta kerättiin tietoa laajalla Internet-pohjaisella kyselylomakkeella. Havaitsimme musikaalisuuden ja musiikillisen luovuuden perinnöllisen komponentin olevan merkittävä, musikaalisuuden 44 % ja musiikillisen luovuuden 84 %. Tutkimukseen osallistuneet kuuntelivat musiikkia aktiivisesti keskimäärin 4.6 tuntia viikossa ja passiivisesti 7.3 tuntia viikossa. Lisäksi korkeat musikaalisuustestipisteet korreloivat musiikillisen luovuuden kanssa ja aktiivinen musiikin kuunteleminen musiikkikoulutuksen kanssa. Tutkimme viiden ehdokasgeenin, AVPR1A, SLC6A4, COMT, DRD2 ja TPH1, vaikutusta musikaalisuuteen, musiikilliseen luovuuteen ja musiikin kuuntelemiseen. Havaitsimme, että kaikki tutkitut ominaisuudet liittyivät AVPR1A geeniin. Koska AVPR1A-geeni on aikaisemmissa tutkimuksissa liitetty sosiaaliseen kommunikaatioon ja kiintymykseen, tuloksemme viittaavat, että musiikin aistimisen ja tuottamisen neurobiologia liittyy samoihin biologisiin reitteihin. Koko perimän kattavassa CNV -työssä havaitsimme kopioluvultaan vaihtelevia alueita, jotka sisälsivät hermosolujen kehittymiseen, oppimiseen ja muistiin liittyviä geenejä. Mielenkiintoista oli, että PCDHA geeniperheen poistuma kromosomissa 5q31.1 liittyi mataliin musiikkitestipisteisiin. Aikaisemmin PCDHA on liitetty hermosolujen migraatioon, erilaistumiseen ja synapsien muodostumiseen. Havaitsimme musiikillisen luovuuden liittyvän GALM geenin kahdentumaan kromosomissa 2p22. Lisäksi löysimme matalat COMB pisteet omaavalta henkilöltä suuren, 1.3 Mb, kahdentuman kromosomista 8q24 absoluuttiseen sävelkorvaan kytkeytyvältä alueelta. Etsiessämme musiikilliseen luovuuteen liittyviä geenejä, havaitsimme useita oppimiseen, muistiin, hermosoluliitosten muovautumiseen ja neuropsykiatrisiin sairauksiin liitettyjä geenejä. Näistä mantelitumakkeen toimintaan vaikuttava PRKG1 geeni assosioitui voimakkaimmin musiikilliseen luovuuteen. Tähänastiset tutkimukset osoittavat, että musikaalisuus on monitekijäinen ominaisuus, mihin vaikuttavat ympäristön lisäksi useat altistavat geenimuodot. Löydöksemme ovat alustavia eivätkä yksinään riitä selittämään musikaalisuuden perinnöllistä taustaa. Uusien ehdokasgeenien tunnistaminen musikaalisuudessa ja musiikillisessa luovuudessa tulee antamaan lisätietoa musikaalisuuden biologisesta taustasta.
Subject: lääketieteellinen genetiikka
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
ukkolavouti_dissertation.pdf 1.991Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record