Kiedy niemowlęta zaczynają chodzić? To jedno z najbardziej ekscytujących kamieni milowych w rozwoju. Moment, w którym maluch samodzielnie stawia pierwsze kroki, jest unikalny dla każdego dziecka, a różnice w wieku rozpoczęcia chodzenia są znaczące. Choć przez lata skupiano się głównie na czynnikach środowiskowych, takich jak sposób żywienia czy kultura, nowe badania podkreślają, że nasze geny odgrywają kluczową rolę w ustaleniu tego, kiedy nasze dzieci zaczną stawiać pierwsze kroki.
Międzynarodowy zespół badawczy, w którego skład weszli również naukowcy z Uniwersytetu Surrey, przeprowadził najbardziej obszerne do tej pory badanie asocjacyjne całego genomu (GWAS) skoncentrowane na wieku rozpoczęcia chodzenia (AOW). Była to przełomowa meta-analiza, która objęła dane genetyczne ponad 70 000 dzieci o europejskim pochodzeniu, uczestniczących w czterech dużych, ugruntowanych kohortach badawczych: norweskiej MoBa, holenderskich NTR i Lifelines oraz brytyjskiej NSHD.
Główne cele badaczy były wielorakie – przede wszystkim naukowcy chcieli oszacować, jak duży jest wpływ genów na to, kiedy niemowlę zacznie chodzić. Skupili się przy tym na analizie powszechnych, drobnych różnic w DNA, znanych jako polimorfizmy pojedynczego nukleotydu, czyli SNP (z ang. single nucleotide polymorphism).
Po drugie, dążyli do znalezienia konkretnych miejsc w genomie (tzw. loci genetycznych), które są powiązane z wiekiem rozpoczęcia chodzenia, oraz do zrozumienia ich funkcji biologicznych.
Kolejnym ważnym krokiem było sprawdzenie, czy geny wpływające na wiek chodzenia mają też związek z innymi cechami, takimi jak budowa ciała, zdolności poznawcze czy schorzenia neuropsychiatryczne.
Wreszcie, naukowcy chcieli sprawdzić, czy zbiorczy wynik genetyczny (wynik poligeniczny – PGS), czyli miara genetycznej skłonności do późniejszego lub wcześniejszego chodzenia, może pomóc w przewidywaniu pewnych cech mózgu już u noworodków.
Co ujawniły geny?
Naukowcy, przeszukując cały genom, zidentyfikowali gorące punkty mające silny związek z wiekiem, w którym niemowlęta zaczynają stawiać pierwsze kroki. Udało im się wskazać 11 takich kluczowych miejsc w naszym DNA. Te miejsca zawierają drobne, pojedyncze zmiany w kodzie genetycznym, znane jako SNP (ang. single nucleotide polymorphism – polimorfizm pojedynczego nukleotydu), a badacze wykryli łącznie aż 2525 istotnych statystycznie SNP powiązanych z wiekiem rozpoczęcie chodzenia.
Spośród wszystkich odkrytych lokalizacji, najsilniejszy sygnał (czyli ten najściślej związany z wiekiem rozpoczęcia chodzenia) znaleziono na chromosomie 12, w obszarze położonym w pobliżu genu o nazwie HECTD4. Tuż za nim, jako drugi pod względem istotności sygnał, zidentyfikowano miejsce na chromosomie 16, w pobliżu genu zwanego RBL2. Oznacza to, że warianty genetyczne w tych konkretnych rejonach DNA mają znaczący wpływ na to, kiedy maluch opanuje sztukę chodzenia.
Analiza odkrytych loci genetycznych i powiązanych z nimi genów rzuca światło na to, w jakich miejscach i procesach biologicznych mają one największe znaczenie w kontekście wieku rozpoczęcia chodzenia. Okazuje się, że geny te są szczególnie aktywne w tkankach mózgu, zwłaszcza w obszarach kluczowych dla ruchu. Mowa tu o jądrach podstawy, korze mózgowej i móżdżku. To odkrycie doskonale zgadza się z tym, co wiemy o roli tych struktur mózgu w kontrolowaniu funkcji motorycznych. Co więcej, zestawy genów mających związek z wiekiem, w jakim dziecko zaczyna chodzić, są szczególnie aktywne w szlakach odpowiedzialnych za tworzenie i rozwój neuronów, czyli w procesie zwanym neurogenezą. Analiza ujawniła kiedy te geny są najbardziej „zaangażowane” w rozwój. Okazało się, że aktywność genów, które mają wpływ na wiek pierwszych kroków dziecka, osiąga szczyt w mózgu w bardzo konkretnym, kluczowym momencie rozwoju prenatalnego – między 19. a 24. tygodniem ciąży. Ten etap jest określany jako późny środkowy okres prenatalny (ang. late mid-prenatal period). To odkrycie sugeruje, że genetyczne podstawy momentu rozpoczęcia chodzenia są kształtowane jeszcze na długo przed narodzinami.
Jednym z genów, który wydaje się mieć szczególne znaczenie dla wieku, w jakim dziecko stawia pierwsze kroki, jest RBL2, zlokalizowany na chromosomie 16. Zidentyfikowano go jako jeden z kluczowych punktów genetycznych w badaniu. Gen RBL2 odpowiada za kodowanie regulatora transkrypcji – białka, które kontroluje aktywność innych genów. Co fascynujące, RBL2 jest również powiązany z rzadką, autosomalną recesywną chorobą neurorozwojową. Ten poważny stan charakteryzuje się znacznymi opóźnieniami w rozwoju, w tym opóźnionym lub całkowitym brakiem opanowania sztuki chodzenia. Analiza tego regionu DNA dostarczyła dowodów na istnienie niezależnych wariantów genetycznych, które wpływają zarówno na sam wiek rozpoczęcia chodzenia, jak i na poziom aktywności (ekspresję) genu RBL2 w mózgu. Szczególnie interesującym odkryciem okazało się to, że posiadanie dwóch kopii pewnych konkretnych wariantów (SNP) w tym locus było ściśle powiązane ze zmniejszoną ekspresją genu RBL2 w korze przedczołowej.
Związki z innymi cechami
Badanie wykazało również interesujące korelacje genetyczne między wiekiem rozpoczęcia chodzenia a innymi cechami tj. masa ciała, ADHD, cechy poznawcze czy struktura mózgu.
Okazuje się, że genetyczna skłonność do późniejszego rozpoczęcia chodzenia idzie w parze z predyspozycjami do niższego wskaźnika masy ciała (BMI) – zarówno w dzieciństwie, jak i w życiu dorosłym. Zaobserwowano znaczący genetyczny związek z ADHD – genetyczne uwarunkowania prowadzące do wcześniejszego chodzenia korelowały z wyższą skłonnością do ADHD. Może to sugerować, że wyższy poziom aktywności i krótszy czas koncentracji u niemowląt (cechy powiązane z ADHD) mogą sprzyjać intensywniejszym ćwiczeniom ruchowym, a w efekcie wcześniejszemu opanowaniu chodu. Ten związek genetyczny pozostał istotny nawet po uwzględnieniu wpływu genów na osiągnięcia edukacyjne.
Zaskakującym odkryciem jest, że genetyczne predyspozycje do późniejszego rozpoczęcia chodzenia wiążą się z genetycznymi skłonnościami do lepszych wyników w testach poznawczych i dłuższego okresu edukacji. Analiza wykazała również związek genetyczny ze sposobem pofałdowania kory mózgowej u nastolatków i dorosłych. Osoby z genetyczną tendencją do późniejszego chodzenia wykazywały silniejsze pofałdowanie w konkretnych obszarach mózgu kluczowych dla funkcji ruchowych i czuciowych. Należą do nich między innymi pierwotna kora somatosensoryczna, kora przedruchowa oraz ruchowe części zakrętu obręczy. Może to sugerować, że genetycznie uwarunkowane opóźnienie w osiągnięciu tej sprawności ruchowej może być powiązane z bardziej złożoną strukturą tych ważnych regionów mózgu.
Wpływ genów na rozwijający się mózg i pierwsze kroki
Aby zgłębić, w jaki sposób odkryte warianty genetyczne wpływają na rozwój motoryczny, naukowcy zastosowali wynik poligeniczny (PGS) dla wieku rozpoczęcia chodzenia (AOW). PGS to suma wpływów wielu genetycznych różnic, pozwalająca ocenić ogólną genetyczną skłonność dziecka do rozpoczęcia chodzenia wcześniej lub później.
Badanie ujawniło, że wyższy PGS dla AOW – czyli genetyczna predyspozycja do późniejszego stawiania pierwszych kroków – był istotnie powiązany z cechami mózgu widocznymi już u noworodków. Zaobserwowano, że dzieci z takim profilem genetycznym miały większą objętość w określonych obszarach mózgu. Należały do nich: prawe jądra podstawy, tylna część prawego wzgórza, przednie części obu wzgórz, obustronny móżdżek i jego konary, most, rdzeń przedłużony, pierwotna kora wzrokowa oraz bruzda skroniowa górna. Warto zaznaczyć, że jądra podstawy i móżdżek są regionami mózgu kluczowymi dla kontroli ruchu.
Ilustracja przedstawia obszary mózgu noworodków, w których zaobserwowano istotną statystycznie pozytywną korelację pomiędzy wynikiem poligenicznym (PGS) dla wieku rozpoczęcia chodzenia (AOW) a objętością tkanki mózgowej. Analiza ta została przeprowadzona jako część badania, wykorzystując dane obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI) T2 u 264 urodzonych o czasie niemowląt pochodzenia europejskiego, które brały udział w projekcie Developing Human Connectome Project (dHCP). Badacze zastosowali metodę zwaną morfometrią opartą na tensorach (Tensor-based morphometry – TBM) aby ocenić indywidualne różnice w objętości mózgu. Wyższe wartości na wynikowych mapach oznaczają regiony mózgu, które miały większą objętość. Rycina wizualizuje te obszary, pokazując je na standardowym szablonie mózgu noworodka. Białe strzałki na ilustracji wskazują na kluczowe struktury mózgu zaangażowane w kontrolę ruchu.
Co ciekawe, ten sam wyższy wynik PGS dla AOW korelował również ze zwiększonym wskaźnikiem gyrifikacji (pofałdowania) kory mózgowej w obu półkulach mózgu noworodków.
Analiza nie ograniczyła się tylko do momentu narodzin. W wieku 18 miesięcy, dzieci, które genetycznie były predysponowane do późniejszego chodzenia (miały wyższy PGS/AOW) uzyskiwały niższe wyniki w testach motoryki dużej ocenianych za pomocą skali Bayley-III. To odkrycie sugeruje, że genetyczne uwarunkowania wpływające na wiek rozpoczęcia chodzenia mogą mieć szerszy związek z ogólnymi umiejętnościami ruchowymi we wczesnym dzieciństwie.
Podsumowanie i wnioski
Ta obszerna praca stanowi pierwszą na tak szeroką skalę analizę asocjacyjną całego genomu (GWAS) poświęconą wiekowi rozpoczęcia chodzenia, obejmującą dużą populację niemowląt pochodzenia europejskiego.
Kluczowym wnioskiem płynącym z badania jest odkrycie, że moment postawienia pierwszych kroków jest kształtowany przez pospolite warianty genetyczne, których działanie koncentruje się głównie w mózgu. Genetyczne sygnały związane z AOW zidentyfikowano przede wszystkim w regionach mózgu o kluczowym znaczeniu dla funkcji motorycznych – takich jak jądra podstawy, kora i móżdżek. Dodatkowo, zestawy tych genów są aktywnie zaangażowane w proces neurogenezy, czyli tworzenia i rozwoju neuronów. Te zależności wyraźnie podkreślają głębokie biologiczne podstawy tego kluczowego etapu w rozwoju dziecka.
Co więcej, analiza wykazała, że wyższa genetyczna predyspozycja do późniejszego chodzenia (mierzona wynikiem poligenicznym – PGS dla AOW) powiązana jest z większą objętością kluczowych obszarów motorycznych mózgu obserwowaną już u noworodków, a także ze zwiększonym pofałdowaniem kory w regionach somatosensorycznych i motorycznych widocznym u nastolatków i dorosłych. Te ustalenia pozwalają wysunąć hipotezę, że u dzieci z genetycznie uwarunkowanym, przedłużonym okresem neurogenezy subkortykalnej w fazie prenatalnej, obszary kory odpowiedzialne za bardziej złożone umiejętności ruchowe mogą potrzebować więcej czasu na pełną specjalizację. W konsekwencji, może to przekładać się na późniejsze rozpoczęcie samodzielnego chodzenia.
Prezentowane wyniki otwierają nowe perspektywy dla dalszych badań nad złożonymi biologicznymi mechanizmami kształtującymi rozwój motoryczny. Mogą one również dostarczyć cennych informacji klinicznych pomocnych w identyfikacji i zrozumieniu przyczyn zaburzeń ruchowych u dzieci. Należy jednak pamiętać, że obecna meta-analiza objęła wyłącznie dzieci pochodzenia europejskiego. Dlatego kluczowym kolejnym krokiem jest przeprowadzenie podobnych badań w populacjach o różnorodnym pochodzeniu, co pozwoli na pełniejsze zrozumienie genetycznych podstaw wieku rozpoczęcia chodzenia na całym świecie.
➟ Gui, A., Hollowell, A., Wigdor, E.M. et al. Genome-wide association meta-analysis of age at onset of walking in over 70,000 infants of European ancestry. Nat Hum Behav (2025).
➟ Scientists discover the genes that influence when babies start walking, University of Surrey