Une collaboration scientifique mondiale produit la première carte génétique du cortex cérébral

Le cortex cérébral est la couche externe de « matière grise » relativement mince et repliée du cerveau, cruciale pour la réflexion, le traitement de l'information, la mémoire et l'attention. Peu de choses ont été révélées sur les fondements génétiques qui influencent la taille de la surface du cortex et son épaisseur, qui ont été précédemment liés à divers traits psychiatriques, y compris la schizophrénie, le trouble bipolaire, la dépression, le trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention (TDAH), et l'autisme.

Maintenant, pour la première fois, plus de 360 ​​scientifiques de 184 institutions différentes – y compris UNC-Chapel Hill – ont contribué à un effort mondial pour trouver plus de 200 régions du génome et plus de 300 variations génétiques spécifiques qui affectent la structure du cerveau cortex et jouent probablement un rôle important dans les conditions psychiatriques et neurologiques.

L'étude, publiée dans Science, était dirigée par les coauteurs principaux Jason Stein, PhD, professeur adjoint au Département de génétique de l'École de médecine de l'UNC; Sarah Medland, PhD, chercheuse principale au QIMR Berghofer Medical Research Institute en Australie; et Paul Thompson, PhD, directeur associé du Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute de l'Université de Californie du Sud. Il y a dix ans, ces scientifiques ont cofondé le consortium ENIGMA, un réseau de recherche international qui a réuni des centaines de chercheurs en génomique de l'imagerie pour comprendre la structure, la fonction et les maladies du cerveau sur la base de l'imagerie cérébrale et des données génétiques.

Cette étude n'a été possible que grâce à une énorme collaboration scientifique de plus de 60 sites impliqués dans l'IRM et les participants au génotypage. Cette étude est à ce jour le joyau de la couronne du Consortium ENIGMA. « 

Jason Stein, Ph.D., professeur adjoint, Département de génétique, UNC School of Medicine

Les chercheurs ont étudié l'IRM et l'ADN de plus de 50000 personnes pour identifier 306 variantes génétiques qui influencent la structure du cerveau afin de mettre en lumière la façon dont la génétique contribue aux différences dans le cortex cérébral des individus. Les variantes ou variations génétiques ne sont que les légères différences génétiques qui nous rendent uniques. De manière générale, certaines variantes contribuent à des différences telles que la couleur des cheveux ou le groupe sanguin. Certains sont impliqués dans des maladies. Cependant, la plupart des millions de variantes génétiques n'ont aucune signification connue. C'est pourquoi identifier les variantes génétiques associées à la taille et à la structure du cortex est un gros problème. Stein et ses collègues considèrent leur nouvelle feuille de route génétique du cerveau comme une sorte de «pierre de Rosette» qui aidera à traduire comment certains gènes influent sur la structure physique du cerveau et les conséquences neurologiques pour les individus.

Parmi les résultats de la recherche publiée dans Science:

• Certaines variantes génétiques sont associées au repliement cortical, mesuré en surface, tandis que d'autres variantes génétiques sont associées à l'épaisseur du cortex.
• Les gènes qui déterminent la surface sont liés au développement très précoce dans le cortex fœtal, tandis que l'épaisseur semble être provoquée par des gènes actifs dans le cortex adulte.
• Les personnes à risque génétique de dépression ou d'insomnie sont génétiquement enclines à avoir une surface inférieure, tandis que les personnes à risque génétique de maladie de Parkinson ont tendance à avoir une surface plus élevée.
• La vaste échelle du projet a permis la découverte de gènes spécifiques qui stimulent le développement et le vieillissement du cerveau chez les personnes du monde entier.
• « La plupart de nos connaissances antérieures sur les gènes affectant le cerveau proviennent de systèmes modèles, comme les souris », a déclaré Stein. « Avec des souris, nous pouvons trouver des gènes, éliminer des gènes ou surexprimer des gènes pour voir comment ils influencent la structure ou la fonction du cerveau. Mais cela pose quelques problèmes. »

Un problème est, tout simplement, qu'une souris n'est pas un être humain. Il existe de nombreuses caractéristiques spécifiques à l'homme que les scientifiques ne peuvent étudier que dans le cerveau humain.

« La base génétique d'une souris est très différente de la base génétique de l'homme », a déclaré Stein, « en particulier dans les régions non codantes du génome ».

Les gènes contiennent de l'ADN, le code humain de base qui, lorsqu'il est traduit en action, crée des protéines qui «font» des choses, comme aider les muscles de vos doigts à taper ou votre cœur battre ou votre foie traiter les toxines. Mais seulement environ 3% du génome humain code pour les protéines. La grande majorité du génome humain est appelée génome non codant. Une grande partie de cette région n'est pas partagée entre les souris et les humains. Ce génome non codant se compose de minuscules commutateurs moléculaires qui peuvent moduler l'expression d'autres gènes. Ces commutateurs ne modifient pas directement la fonction d'une protéine, mais ils peuvent affecter les quantités d'une protéine qui sont exprimées. Il s'avère que la plupart des variantes génétiques associées aux troubles psychiatriques se trouvent dans la région non codante du génome.

Ces résultats peuvent maintenant être une ressource pour les scientifiques pour aider à répondre à des questions importantes sur les influences génétiques sur le cerveau et leur relation avec de nombreuses conditions.