Nouvelles perspectives sur la génétique humaine

Revue par Emily Henderson, B.Sc.19 sept 2020

Qui sommes nous? D'où sommes-nous venus? Comment est-ce qu'on est arrivés ici? À travers les âges, les humains ont cherché des réponses à ces questions, poursuivant la sagesse à travers la religion, la philosophie et finalement la science. Analyses évolutives publiées par Biologie et évolution du génome (GBE) nous permettent de regarder dans le miroir et de mieux nous comprendre en tant qu'espèce, nous rapprochant plus que jamais de la découverte des réponses à ces questions de longue date.

Le dernier numéro virtuel de GBE sur la génétique humaine met en évidence certaines des recherches les plus passionnantes publiées dans la revue au cours de la dernière année et demie, démontrant la grande variété d'approches évolutives de cette voie de recherche ainsi qu'un certain nombre d'idées fascinantes sur notre propre biologie. .

Prenant plus d'une décennie pour se terminer, le projet original du génome humain a coûté près de 3 milliards de dollars et a impliqué l'effort collectif de centaines de scientifiques. Depuis lors, les progrès de la technologie de séquençage ont entraîné une explosion de la recherche en génétique et en génomique humaines, avec environ un million de génomes humains séquencés à ce jour.

Bien que cette richesse de données ait le potentiel de répondre à certaines de nos questions les plus fondamentales, la découverte de ses mystères a nécessité l'invention de nouvelles méthodes analytiques et informatiques et l'intégration de techniques et d'idées issues de diverses sciences biologiques, y compris la physiologie, l'anatomie, la médecine, la population. génétique, bioinformatique et biologie computationnelle, moléculaire et évolutionniste.

Un domaine clé d'investigation consiste à identifier les différences entre les humains et les autres primates – en d'autres termes, qu'est-ce qui nous rend humains? Plusieurs études publiées au cours des 18 derniers mois suggèrent qu'une partie de la réponse peut être trouvée dans la régulation transcriptionnelle et les changements dans l'expression des gènes.

Edsall et coll. (2019) ont évalué les différences dans l'accessibilité de la chromatine, qui ont un impact sur l'accès de la machinerie transcriptionnelle à l'ADN, chez cinq primates, y compris les humains. Ils ont trouvé des niveaux élevés de différenciation entre les espèces, ainsi que des classes de sites qui différaient en fonction de la sélection, de l'emplacement génomique et de la spécificité du type de cellule.

Plus spécifiquement, Swain-Lenz et al. (2019) ont constaté que les différences dans l'accessibilité de la chromatine à proximité des gènes impliqués dans le métabolisme des lipides peuvent fournir une explication mécaniste des niveaux plus élevés de graisse corporelle observés chez l'homme par rapport à d'autres primates. Arakawa et coll. (2019) ont montré que des augmentations spécifiques à l'homme dans la transcription de quatre gènes de protéines structurales peuvent donner lieu à des caractéristiques morphologiques spécifiques à la peau humaine, y compris une épaisseur et une résistance accrues par rapport à la peau d'autres primates.

Enfin, un catalogue de protéines impliquées dans la régulation transcriptionnelle par Perdomo-Sabogal et Nowick (2019) a montré que certains types de facteurs de transcription sont associés à des gènes sous sélection positive, notamment ceux associés à la schizophrénie, au développement des yeux et à la fertilité chez l'homme.

Un autre domaine d'intérêt est le rôle de la mutation dans la formation du génome humain et de notre histoire évolutive. Par exemple, il y a eu un débat considérable sur la quantité de génome humain soumise à la sélection naturelle. Il a été avancé que cette fraction ne peut pas être trop importante, sinon les humains subiraient une perte de forme en raison du nombre de mutations délétères. Cependant, Galeota-Sprung et al. (2020) ont contré cet argument en montrant que la charge mutationnelle serait tolérable même si une grande partie du génome humain était soumise à la sélection.

Des analyses supplémentaires de Castellano et al. (2020) ont révélé comment le taux de recombinaison, la densité génétique et le taux de mutation interagissent pour façonner des modèles de diversité d'ADN chez les humains et d'autres homininés étroitement liés. Une étude de Prendergast et al. (2019) ont en outre découvert des biais uniques dans les mutations qui se produisent sur des sites nucléotidiques adjacents chez l'homme, suggérant l'existence de forces évolutives distinctes agissant sur ces sites et identifiant les différences de ces forces entre les populations humaines.

Un sujet particulièrement fascinant dans ce domaine concerne l'étude des différences génétiques entre les populations humaines et leur association avec l'histoire naturelle de ces groupes. Par exemple, Harris et al. (2019) ont découvert que les ancêtres des Amérindiens portaient la version ancestrale, plutôt que dérivée, d'un polymorphisme ancien qui précède la scission avec les Néandertaliens. Ce polymorphisme englobe les gènes de désaturase d'acides gras, et donc ceux d'ascendance amérindienne peuvent être exposés à de faibles niveaux de nutriments dérivés d'acides gras oméga-3 et oméga-6 alimentaires.

Jonnalagadda et coll. (2019) ont identifié un certain nombre d'allèles associés à la couleur de l'iris et à la pigmentation de la peau en Asie du Sud, tandis que Vicuña et al. (2019) ont découvert des variantes génétiques qui auraient pu aider les ancêtres amérindiens andins de personnes vivant dans le désert d'Atacama au nord du Chili à s'adapter aux niveaux élevés d'arsenic dans l'eau. Analyse d'une autre population vivant dans le désert par Eaaswarkhanth et al. (2020) ont montré des preuves d'une sélection positive d'une région génomique englobant le gène TNKS chez des individus koweïtiens. Parce que ce gène influence les traits métaboliques et le risque d'hypertension, la sélection de cet haplotype peut avoir procuré un avantage aux ancêtres koweïtiens vivant dans le désert de la péninsule arabique, mais a des implications sur la santé de leurs descendants modernes.

En effet, comme le révèlent ces études, l'un des plus grands avantages potentiels de cette ligne d'enquête est l'élucidation de nouvelles connaissances qui éclairent notre compréhension de la santé humaine et des maladies. Reher et coll. (2019) ont découvert que les gènes du complexe majeur d'histocompatibilité, qui aide le système immunitaire à reconnaître les substances étrangères, conservent des niveaux de diversité plus élevés que les autres gènes. Cela était vrai chez les humains archaïques et modernes, même si les humains archaïques et les Néandertaliens avaient des niveaux de diversité génétique réduits par rapport aux humains modernes.

Lin et Gokcumen (2019) ont caractérisé la variation structurelle à échelle fine du génome humain et ont révélé des points chauds associés à des variantes adaptatives et biomédicales pertinentes. Par exemple, ils ont identifié des points chauds associés à des grappes de gènes alpha et bêta d'hémoglobine ainsi qu'à une petite taille idiopathique. Enfin, une étude de Liu et al. (2019) d'échantillons prélevés dans une seule tumeur d'un patient atteint de carcinome hépatocellulaire ont montré que le génome mitochondrial évoluait de manière neutre, fournissant des preuves qui réfutent l'hypothèse selon laquelle la sélection agit sur l'ADN mitochondrial pour favoriser le développement de la tumeur.

Ensemble, cette sélection de manuscrits met en évidence certaines des dernières découvertes et de nouvelles approches dans l'étude de la génétique humaine, un domaine qui promet d'aider à définir qui nous sommes en tant qu'espèce et de révéler les mystères de la migration humaine et de l'adaptation qui auraient autrement pu être perdus. à l'histoire humaine.