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Une étude sur les mouches des fruits révèle la signification fonctionnelle des mutations génétiques associées à l’autisme

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Environ 1 enfant sur 44 aux États-Unis reçoit un diagnostic de trouble du spectre autistique (TSA) à l’âge de 8 ans, selon la surveillance 2018 des Centers for Disease Control and Prevention. Comment l’ADN d’un enfant contribue au développement du TSA est plus un mystère. Récemment, les cliniciens et les scientifiques ont examiné de plus près les modifications de l’ADN nouvelles ou de novo, ce qui signifie qu’elles ne sont présentes que chez les individus affectés, mais pas chez les parents. Les chercheurs ont vu que ces changements pourraient être responsables d’environ 30 % des TSA. Cependant, quelles variantes de novo jouent un rôle dans l’apparition des TSA restent inconnues.

Des chercheurs du Baylor College of Medicine et du Texas Children’s Hospital ont adopté une nouvelle approche pour examiner les variantes génétiques de novo des TSA. Dans cette étude multi-institutionnelle publiée dans la revue Rapports de cellule, ils ont appliqué des stratégies génétiques sophistiquées aux mouches des fruits de laboratoire pour déterminer les conséquences fonctionnelles des variantes de novo identifiées dans la Simons Simplex Collection (SSC), qui comprend environ 2 600 familles touchées par un trouble du spectre autistique. Étonnamment, leurs travaux leur ont également permis de découvrir une nouvelle forme de maladie rare due à un gène appelé GLRA2.

« Les TSA comprennent des conditions neurodéveloppementales complexes avec des troubles de l’interaction sociale, de la communication et des intérêts restreints ou des comportements répétitifs. Dans la présente étude, nous avons lancé notre travail sur la base des informations d’une cohorte de patients atteints de TSA dans le SSC dont les génomes et ceux de leurs familles avaient été séquencé », a déclaré l’auteur co-correspondant, le Dr Shinya Yamamoto, professeur adjoint de génétique moléculaire et humaine et de neurosciences à Baylor et chercheur au Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute de Texas Children’s. « Notre premier objectif était d’identifier les variantes génétiques associées aux TSA qui avaient un effet néfaste. »

L’équipe a travaillé avec le modèle de laboratoire de la mouche des fruits pour déterminer les conséquences biologiques des variantes associées aux TSA. Ils ont sélectionné 79 variants de TSA dans 74 gènes identifiés dans le SSC et ont étudié l’effet de chaque variant de gène lié au TSA par rapport à la séquence de gène couramment trouvée (référence) comme témoin, à partir de trois perspectives différentes.

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Le co-premier auteur, le Dr Paul Marcogliese, stagiaire postdoctoral dans le laboratoire du Dr Hugo Bellen, a coordonné les efforts visant à éliminer le gène de la mouche correspondant et à examiner leurs fonctions biologiques et leurs modes d’expression dans le système nerveux. Ils ont ensuite remplacé le gène de la mouche par le variant du gène humain identifié chez les patients, ou la séquence de référence, et ont déterminé comment il affectait les fonctions biologiques des mouches.

Travaillant avec des mouches des fruits portant soit le gène humain de référence, soit les formes variantes, le co-premier auteur, le Dr Jonathan Andrews, stagiaire postdoctoral dans le laboratoire du Dr Michael Wangler à Baylor, a été la personne ressource pour étudier comment ces variantes génétiques affectaient le comportement des mouches. Comme les patients atteints de TSA présentent des modèles de comportement répétitif ainsi que des changements dans l’interaction sociale, il a évalué l’effet des variantes du patient sur un éventail de comportements sociaux et non sociaux des mouches, tels que la parade nuptiale et le toilettage. « Il est intéressant de voir que la manipulation de bon nombre de ces gènes peut également provoquer des changements de comportement chez les mouches », a déclaré Andrews. « Nous avons trouvé un certain nombre de gènes humains avec des variantes de TSA qui altéraient le comportement lorsqu’ils étaient exprimés chez les mouches, fournissant des preuves fonctionnelles que ceux-ci ont des conséquences fonctionnelles. »

La troisième approche consistait à surexprimer les gènes d’intérêt dans différents types de tissus chez les mouches des fruits. Les co-premiers auteurs Samantha Deal et Michael Harnish, deux étudiants diplômés des programmes d’études supérieures de Baylor en biologie du développement et en génétique et génomique, respectivement, travaillant dans le laboratoire du Dr Yamamoto, ont dirigé ces études. « Alors que certaines variantes de gènes peuvent entraîner des conditions parce qu’elles produisent des protéines défectueuses, d’autres peuvent entraîner des maladies parce qu’elles provoquent une surabondance ou une fonction aberrante d’une protéine particulière, ce qui peut perturber les processus biologiques. expliquer l’effet néfaste de certains de ces gènes », a déclaré Deal.

Au total, l’équipe a généré plus de 300 souches de mouches dans lesquelles elle a mené des études fonctionnelles de variantes de gènes humains associées aux TSA. Leur criblage a élucidé 30 variants liés au TSA avec des différences fonctionnelles par rapport au gène de référence, qui représentait environ 40 % des gènes pour lesquels ils ont pu effectuer un test fonctionnel comparatif.

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« Certaines des variantes que nous avons étudiées avaient des conséquences fonctionnelles qui étaient modérément ou clairement prédites comme étant perturbatrices, mais d’autres variantes ont été une surprise. Même les programmes informatiques de pointe ne pouvaient pas prédire qu’ils auraient des effets néfastes », a déclaré Yamamoto. « Cela met en évidence la valeur de l’utilisation d’approches multiples et complémentaires pour évaluer les conséquences fonctionnelles des variants génétiques associés au TSA ou à d’autres conditions chez un animal vivant. Notre approche de la mouche des fruits est un outil précieux pour étudier la pertinence biologique des variants génétiques associés à la maladie. « 

De plus, la richesse des données générées par les chercheurs a révélé des variantes de gènes qui n’étaient pas auparavant liées à d’autres maladies neurodéveloppementales et a découvert de nouveaux aspects de la complexité des maladies génétiques.

« GLRA2 était un gène sur lequel nous nous sommes spécifiquement concentrés pour le suivi », a déclaré le Dr Ronit Marom, professeur adjoint de génétique moléculaire et humaine à Baylor et clinicien principal de ce travail. « Nous avons identifié 13 patients, cinq hommes et huit femmes, porteurs de variants rares de ce gène lié à l’X qui n’avaient pas été établis comme gène de maladie neurologique auparavant. De plus, les hommes et les femmes portaient des variants avec différents types de conséquences fonctionnelles et le spectre de les caractéristiques neurologiques de ces 13 patients étaient différentes entre les deux groupes. Par exemple, beaucoup de garçons portaient des variantes de perte de fonction et avaient des TSA, tandis que les filles n’en avaient pas. Ils présentaient principalement un retard de développement comme principale caractéristique de leur état, et gain porté des variantes de fonction. »

« L’image qui émerge est que le TSA n’est peut-être pas un trouble impliquant de nombreux gènes. Il peut en fait s’agir de centaines de troubles génétiques, comme ceux causés par certaines variantes de GLRA2 », a déclaré Wangler, professeur adjoint de génétique moléculaire et humaine à Baylor et co- auteur correspondant de l’œuvre. « Nous pensons que cette information est importante pour les médecins qui voient des patients atteints de TSA. »


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