Исследование ассоциации генетических вариантов с развитием музыкальных способностей человека

Формирование музыкальных способностей, включающих абсолютный слух, музыкальную память, чувство ритма, музыкальность, в значительной степени определяется наследственной составляющей (до 68 %). Проведенные к настоящему времени работы с использованием полногеномного анализа сцепления и ассоциаций с музыкальной одаренностью позволили выявить более 100 генетических локусов. В этот спектр входят гены транскрипционных факторов, регуляции нейрогенеза и синаптической пластичности; гены, закрепленные в ходе позитивной селекции музыкальности, а также связанные с особенностями формирования внутреннего уха. Поскольку ранее в Российской Федерации исследований по изучению связи музыкального таланта с генетической компонентой не проводилось, настоящая работа направлена на репликацию ассоциации ранее идентифицированных 17 однонуклеотидных вариантов (SNP) с формированием музыкальных способностей у русских. Генотипирование полиморфных локусов в генах GATA2, PCDH7, UNC5C, ASAP1, SBSPON, DCBLD2, KALRN, VLDLR, OTOF, GRIN2B, FoxP1, FoxP2, BDNF, EGR1, SNCA проводилось с помощью конкурентной аллель-специфичной ПЦР в выборке студентов, прошедших строгий конкурсный отбор при поступлении в консерватории, и в соответствующей контрольной группе. Метод логистической регрессии применялся как для оценки основного эффекта отдельных полиморфных вариантов, так и для выявления наилучшей прогностической модели, содержащей различные генетические локусы. Математическая модель, полученная в результате включения только ассоциированных SNP, состояла из генетических локусов GATA2 rs9854612, SNCA rs356168 и rs3910105, ASAP1 rs3057 и VLDLR rs1454626 (р = 0.0018, псевдо-r2 = 0.188, AUC = 0.791). Добавление всех изученных генетических локусов в качестве предикторов в регрессионный анализ позволило создать статистически значимую модель, обладающую более высокой прогностической способностью (р = 0.012, псевдо-r2 = 0.380, AUC = 0.889). Полученные результаты указывают на потенциальный кумулятивный эффект белковых продуктов изученных генов, подтверждая вовлеченность дофаминергической и ГАМКергической нейротрансмиссии, рилинового пути и роль альфа-синуклеина в формировании музыкальности.

1. Adam I., Mendoza E., Kobalz U., Wohlgemuth S., Scharff C. FoxP2 directly regulates the reelin receptor VLDLR developmentally and by singing. Mol Cell Neurosci. 2016;74:96-105. doi 10.1016/j.mcn.2016.04.002

2. Aikina L.P. On the development of children’s musical abilities. Mir Nauki, Kul’tury, Obrazovaniya = World Sci Cult Educ. 2017;3(64): 221-223 (in Russian)

3. Aung M.T., Bakulski K.M., Feinberg J.I., F. Dou J., D. Meeker J., Mukherjee B., Loch-Caruso R., Ladd-Acosta C., Volk H.E., Croen L.A., Hertz-Picciotto I., Newschaffer C.J., Fallin M.D. Maternal blood metal concentrations and whole blood DNA methylation during pregnancy in the Early Autism Risk Longitudinal Investigation (EARLI). Epigenetics. 2022;17(3):253-268. doi 10.1080/15592294.2021.1897059

4. Autism Spectrum Disorders Working Group of The Psychiatric Genomics Consortium. Meta-analysis of GWAS of over 16,000 individuals with autism spectrum disorder highlights a novel locus at 10q24.32 and a significant overlap with schizophrenia. Mol Autism. 2017;8:21. doi 10.1186/s13229-017-0137-9

5. Bonetti L., Bruzzone S.E.P., Paunio T., Kantojärvi K., Kliuchko M., Vuust P., Palva S., Brattico E. Moderate associations between BDNF Val66Met gene polymorphism, musical expertise, and mismatch negativity. Heliyon. 2023;9(5):e15600. doi 10.1016/j.heliyon.2023.e15600

6. Bryzgalov L.O., Antontseva E.V., Matveeva M.Y., Shilov A.G., Kashina E.V., Mordvinov V.A., Merkulova T.I. Detection of regulatory SNPs in human genome using ChIP-seq ENCODE data. PLoS One. 2013;8(10):e78833. doi 10.1371/journal.pone.0078833

7. Cai D.C., Fonteijn H., Guadalupe T., Zwiers M., Wittfeld K., Teumer A., Hoogman M., … Homuth G., Fisher S.E., Grabe H.J., Francks C., Hagoort P. A genome-wide search for quantitative trait loci affecting the cortical surface area and thickness of Heschl’s gyrus. Genes Brain Behav. 2014;13(7):675-685. doi 10.1111/gbb.12157

8. Cheng X., Zhong J., Zhang J., Cui C., Jiang L., Liu Y.W., Chen Y., … Wang W., Chen B., Chen Z.Y., Li H., Shu Y. Gene therapy vs cochlear implantation in restoring hearing function and speech perception for individuals with congenital deafness. JAMA Neurol. 2025;82(9): 941-951. doi 10.1001/jamaneurol.2025.2053

9. Conard N.J., Malina M., Münzel S.C. New flutes document the earliest musical tradition in southwestern Germany. Nature. 2009; 460(7256):737-740. doi 10.1038/nature08169

10. Crawford D.C., Nord A.S., Badzioch M.D., Ranchalis J., McKinstry L.A., Ahearn M., Bertucci C., … Schellenberg G.D., Nickerson D.A., Heagerty P.J., Wijsman E.M., Jarvik G.P. A common VLDLR polymorphism interacts with APOE genotype in the prediction of carotid artery disease risk. J Lipid Res. 2008;49(3):588-596. doi 10.1194/jlr.M700409-JLR200

11. dela Peña I., Kim H.J., Sohn A., Kim B.N., Han D.H., Ryu J.H., Shin C.Y., Noh M., Cheong J.H. Prefrontal cortical and striatal transcriptional responses to the reinforcing effect of repeated methylphenidate treatment in the spontaneously hypertensive rat, animal model of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Behav Brain Funct. 2014;10:17. doi 10.1186/1744-9081-10-17

12. Drnevich J., Replogle K.L., Lovell P., Hahn T.P., Johnson F., Mast T.G., Nordeen E., … Ball G.F., Brenowitz E.A., Wade J., Mello C.V., Clayton D.F. Impact of experience-dependent and -independent factors on gene expression in songbird brain. Proc Natl Acad Sci USA. 2012;109(Suppl. 2):17245-17252. doi 10.1073/pnas.1200655109

13. Emelyanov A., Kulabukhova D., Garaeva L., Senkevich K., Verbitskaya E., Nikolaev M., Andoskin P., … Timofeeva A., Prakhova L., Ilves A., Vlasova I., Pchelina S. SNCA variants and alpha-synuclein level in CD45+ blood cells in Parkinson’s disease. J Neurol Sci. 2018;395:135-140. doi 10.1016/j.jns.2018.10.002

14. Gallo F.T., Katche C., Morici J.F., Medina J.H., Weisstaub N.V. Immediate early genes, memory and psychiatric disorders: focus on c-fos, Egr1 and arc. Front Behav Neurosci. 2018;12:79. doi 10.3389/fnbeh.2018.00079

15. Goes F.S., McGrath J., Avramopoulos D., Wolyniec P., Pirooznia M., Ruczinski I., Nestadt G., … Lencz T., Darvasi A., Mulle J.G., Warren S.T., Pulver A.E. Genome-wide association study of schizophrenia in Ashkenazi Jews. Am J Med Genet B Neuropsychiatr Genet. 2015;168(8):649-659. doi 10.1002/ajmg.b.32349

16. Heim F., Fisher S.E., Scharff C., Ten Cate C., Riebel K. Effects of cortical FoxP1 knockdowns on learned song preference in female zebra finches. eNeuro. 2023;10(3):ENEURO.0328-22.2023. doi 10.1523/ENEURO.0328-22.2023

17. Hu V.W., Addington A., Hyman A. Novel autism subtype-dependent genetic variants are revealed by quantitative trait and subphenotype association analyses of published GWAS data. PLoS One. 2011;6(4): e19067. doi 10.1371/journal.pone.0019067

18. Järvelä I. Genomics studies on musical aptitude, music perception, and practice. Ann N Y Acad Sci. 2018;1423(1):82-91. doi 10.1111/nyas.13620

19. Jiang Y., Lin M.K., Jicha G.A., Ding X., McIlwrath S.L., Fardo D.W., Broster L.S., Schmitt F.A., Kryscio R., Lipsky R.H. Functional human GRIN2B promoter polymorphism and variation of mental processing speed in older adults. Aging. 2017;9(4):1293-1306. doi 10.18632/aging.101228

20. Kanduri C., Kuusi T., Ahvenainen M., Philips A.K., Lähdesmäki H., Järvelä I. The effect of music performance on the transcriptome of professional musicians. Sci Rep. 2015;5:9506. doi 10.1038/srep09506

21. Kazantseva A.V. Molecular grounds of temperament and personal features: Cand. Sci. (Biol.) Dissertation. Ufa, 2008 (in Russian)

22. Kazantseva A.V., Enikeeva R.F., Toropova A.V., Zakharov I.M., Ismatullina V.I., Khusnutdinova E.K., Malykh S.B. A replication study of genetic variants associated with high-level musical aptitude. Res Results Biomed. 2023;9(2):181-190. doi 10.18413/2658-6533-2023-9-2-0-3

23. Koks S., Pfaff A.L., Bubb V.J., Quinn J.P. Transcript variants of genes involved in neurodegeneration are differentially regulated by the APOE and MAPT haplotypes. Genes (Basel). 2021;12(3):423. doi 10.3390/genes12030423

24. Kunikullaya U.K., Pranjić M., Rigby A., Pallás-Ferrer I., Anand H., Kunnavil R., Jaschke A.C. The molecular basis of musicinduced neuroplasticity in humans: a systematic review. Neurosci Biobehav Rev. 2025;175:106219. doi 10.1016/j.neubiorev.2025.106219

25. Kutikhin A.G., Yuzhalin A.E., Ponasenko A.V. How to analyze and present genetic epidemiology data in candidate studies. Fundamental’naya i Clinicheskaya Meditsina = Fundamental and Clinical Medicine. 2017;2(2):77-82. doi 10.23946/2500-0764-2017-2-2-77-82 (in Russian)

26. Li W.J., Yu H., Yang J.M., Gao J., Jiang H., Feng M., Zhao Y.X., Chen Z.Y. Anxiolytic effect of music exposure on BDNFMet/Met transgenic mice. Brain Res. 2010;1347:71-79. doi 10.1016/j.brainres.2010.05.080

27. Liu X., Kanduri C., Oikkonen J., Karma K., Raijas P., Ukkola-Vuoti L., Teo Y.Y., Järvelä I. Detecting signatures of positive selection associated with musical aptitude in the human genome. Sci Rep. 2016; 6:21198. doi 10.1038/srep21198

28. Maycox P.R., Kelly F., Taylor A., Bates S., Reid J., Logendra R., Barnes M.R., … Akbar M.T., Hirsch S., Mortimer A.M., Barnes T.R., de Belleroche J. Analysis of gene expression in two large schizophrenia cohorts identifies multiple changes associated with nerve terminal function. Mol Psychiatry. 2009;14(12):1083-1094. doi 10.1038/mp.2009.18

29. Mega Vascular Cognitive Impairment and Dementia (MEGAVCID) consortium. A genome-wide association meta-analysis of all-cause and vascular dementia. Alzheimers Dement. 2024; 20(9):5973-5995. doi 10.1002/alz.14115

30. Nair P.S., Raijas P., Ahvenainen M., Philips A.K., Ukkola-Vuoti L., Järvelä I. Music-listening regulates human microRNA expression. Epigenetics. 2021;16(5):554-566. doi 10.1080/15592294.2020.1809853

31. Navarro L., Gómez-Carballa A., Pischedda S., Montoto-Louzao J., VizLasheras S., Camino-Mera A., Hinault T., Martinón-Torres F., Salas A. Sensogenomics of music and Alzheimer’s disease: an interdisciplinary view from neuroscience, transcriptomics, and epigenomics. Front Aging Neurosci. 2023;15:1063536. doi 10.3389/fnagi.2023.1063536

32. Ocklenburg S., Arning L., Gerding W.M., Epplen J.T., Güntürkün O., Beste C. FOXP2 variation modulates functional hemispheric asymmetries for speech perception. Brain Lang. 2013;126(3):279-284. doi 10.1016/j.bandl.2013.07.001

33. Oikkonen J., Huang Y., Onkamo P., Ukkola-Vuoti L., Raijas P., Karma K., Vieland V.J., Järvelä I. A genome-wide linkage and association study of musical aptitude identifies loci containing genes related to inner ear development and neurocognitive functions. Mol Psychiatry. 2015;20(2):275-282. doi 10.1038/mp.2014.8

34. Okbay A., Wu Y., Wang N., Jayashankar H., Bennett M., Nehzati S.M., Sidorenko J., … Turley P., Visscher P.M., Beauchamp J.P., Benjamin D.J., Young A.I. Polygenic prediction of educational attainment within and between families from genome-wide association analyses in 3 million individuals. Nat Genet. 2022;54(4):437-449. doi 10.1038/s41588-022-01016-z

35. Parnell E., Shapiro L.P., Voorn R.A., Forrest M.P., Jalloul H.A., Loizzo D.D., Penzes P. KALRN: a central regulator of synaptic function and synaptopathies. Gene. 2021;768:145306. doi 10.1016/j.gene.2020.145306

36. Poliakova T., Wellington C.L. Roles of peripheral lipoproteins and cholesteryl ester transfer protein in the vascular contributions to cognitive impairment and dementia. Mol Neurodegener. 2023;18(1):86. doi 10.1186/s13024-023-00671-y

37. Pulli K., Karma K., Norio R., Sistonen P., Göring H.H., Järvelä I. Genome-wide linkage scan for loci of musical aptitude in Finnish families: evidence for a major locus at 4q22. J Med Genet. 2008;45(7): 451-456. doi 10.1136/jmg.2007.056366.

38. Rappold G., Siper P., Kostic A., Braden R., Morgan A., Koene S., Kolevzon A. FOXP1 syndrome. In: GeneReviews® [Internet]. Seattle (WA): University of Washington, 2023

39. Rhinn H., Qiang L., Yamashita T., Rhee D., Zolin A., Vanti W., Abeliovich A. Alternative α-synuclein transcript usage as a convergent mechanism in Parkinson’s disease pathology. Nat Commun. 2012; 3:1084. doi 10.1038/ncomms2032

40. Salmón-Gómez G., Suárez-Pinilla P., Setién-Suero E., Martínez-Asensi C., Ayesa-Arriola R. FoxP2 and Schizophrenia: a systematic review. J Psychiatr Res. 2025;190:205-215. doi 10.1016/j.jpsychires.2025.07.016

41. Shi Z., Luo G., Fu L., Fang Z., Wang X., Li X. miR-9 and miR-140-5p target FoxP2 and are regulated as a function of the social context of singing behavior in zebra finches. J Neurosci. 2013;33(42):16510- 16521. doi 10.1523/JNEUROSCI.0838-13.2013

42. So L.Y., Munger S.J., Miller J.E. Social context-dependent singing alters molecular markers of dopaminergic and glutamatergic signaling in finch basal ganglia Area X. Behav Brain Res. 2019;360:103-112. doi 10.1016/j.bbr.2018.12.004

43. Theusch E., Basu A., Gitschier J. Genome-wide study of families with absolute pitch reveals linkage to 8q24.21 and locus heterogeneity. Am J Hum Genet. 2009;85(1):112-119. doi 10.1016/j.ajhg.2009.06.010

44. Treccarichi S., Failla P., Vinci M., Musumeci A., Gloria A., Vasta A., Calabrese G., Papa C., Federico C., Saccone S., Calì F. UNC5C: novel gene associated with psychiatric disorders impacts dysregulation of axon guidance pathways. Genes. 2024;15(3):306. doi 10.3390/genes15030306

45. Ukkola-Vuoti L., Kanduri C., Oikkonen J., Buck G., Blancher C., Raijas P., Karma K., Lähdesmäki H., Järvelä I. Genome-wide copy number variation analysis in extended families and unrelated individuals characterized for musical aptitude and creativity in music. PloS One. 2013;8(2):e56356. doi 10.1371/journal.pone.0056356

46. Wengenroth M., Blatow M., Heinecke A., Reinhardt J., Stippich C., Hofmann E., Schneider P. Increased volume and function of right auditory cortex as a marker for absolute pitch. Cereb Cortex. 2014; 24(5):1127-1137. doi 10.1093/cercor/bhs391

47. White C.C., Yang H.S., Yu L., Chibnik L.B., Dawe R.J., Yang J., Klein H.U., … Honer W.G., Sperling R.A., Schneider J.A., Bennett D.A., De Jager P.L. Identification of genes associated with dissociation of cognitive performance and neuropathological burden: multistep analysis of genetic, epigenetic, and transcriptional data. PLoS Med. 2017;14(4):e1002287. doi 10.1371/journal.pmed.1002287

48. Yeh S.H., Lin L.W., Chuang Y.K., Liu C.L., Tsai L.J., Tsuei F.S., Lee M.T., Hsiao C.Y., Yang K.D. Effects of music aerobic exercise on depression and brain-derived neurotrophic factor levels in community dwelling women. Biomed Res Int. 2015;2015:135893. doi 10.1155/2015/135