Une nouvelle recherche fournit un aperçu moléculaire des mécanismes à l’origine de la variation de la pigmentation

Une nouvelle recherche fournit un aperçu moléculaire des mécanismes à l’origine de la variation de la pigmentation

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Des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie ont découvert des informations clés sur les bases moléculaires des variations de couleur de peau parmi les populations africaines. Leurs conclusions, publiées dans Génétique naturelleélargissent la compréhension de l’évolution humaine et de la génétique qui sous-tend la diversité contemporaine des couleurs de la peau humaine.

“Malgré l’abondante diversité génétique au sein des populations africaines, elles ont été historiquement sous-représentées dans les études génétiques”, déclare l’auteure principale Sarah Tishkoff, professeure à l’Université Penn Integrates Knowledge et nommée à l’École de médecine Perelman et à l’École des arts et des sciences.

“Nos résultats offrent de nouvelles informations sur la base génétique et l’histoire évolutive de la diversité des couleurs de peau, contribuant ainsi à une représentation plus claire de l’évolution humaine.”

L’histoire de l’évolution humaine est aussi riche et diversifiée que les adaptations constatées au sein des populations du monde, explique Tishkoff. Elle note que, parmi de nombreux traits adaptatifs, la couleur de la peau se démarque comme l’une des plus connues. Les tons de peau plus foncés, répandus dans les régions équatoriales, constituent un écran solaire naturel, évoluant au fil des millénaires pour protéger ces populations du rayonnement ultraviolet intense du soleil.

À l’inverse, une pigmentation plus claire, comme on l’observe chez les populations plus proches des pôles, est une adaptation pour atténuer les risques d’une exposition solaire insuffisante en maximisant la production de vitamine D, déclenchée par l’exposition aux UV.

“Notre approche impliquait des études d’association à l’échelle du génome de la couleur de la peau de plus de 1 500 individus d’Afrique de l’Est et australe, ainsi que l’analyse du génome pour identifier des variantes génétiques hautement différenciées entre la population San légèrement pigmentée parlant le Khoesan et d’autres Africains et pigmentés foncés. peut jouer un rôle dans l’adaptation locale de cette population”, explique Yuanqing Feng, premier auteur de l’article et chercheur postdoctoral au laboratoire Tishkoff.

Les chercheurs notent que la pigmentation est un trait complexe influencé par des centaines de variantes dispersées dans le génome, la majorité étant située dans des régions non codantes. Ces variantes non codantes peuvent affecter l’expression de gènes situés jusqu’à un million de bases.

Le grand nombre de mutations associées à la couleur de la peau et l’incertitude entourant les gènes cibles régulés par ces mutations rendent particulièrement difficile pour les chercheurs de trouver les mécanismes génétiques précis régissant ce trait.

Feng et ses collaborateurs ont utilisé des analyses de rapporteurs massivement parallèles pour discerner les activités régulatrices de milliers de variantes. Cette technique à haut débit a réduit les milliers de candidats à 165 variantes fonctionnelles. Pour identifier les gènes cibles de ces variantes fonctionnelles, Feng a en outre construit des cartes d’interaction de la chromatine à haute résolution dans les cellules mélanocytaires à l’aide d’essais de capture de conformation de la chromatine.

“Il s’agit d’une carte génomique 3D haute résolution des cellules de mélanome qui sera précieuse pour les études de régulation génique dans la pigmentation et la biologie du mélanome”, explique Feng.

En utilisant l’édition du génome basée sur CRISPR/Cas9, les chercheurs ont découvert que des mutations dans un amplificateur d’OCA2, un gène associé à l’albinisme, pourraient entraîner une réduction de 75 % des niveaux de mélanine par rapport aux cellules témoins. Au sein du même amplificateur OCA2, les chercheurs ont identifié deux variantes régulatrices étroitement localisées, estimées à 1,2 million d’années et à 57 000 ans, cette dernière coïncidant avec la période de migration humaine depuis l’Afrique.

“Ce cas illustre l’évolution continue de la couleur de la peau humaine, et il est remarquable d’observer les effets significatifs sur la pigmentation de la peau attribués à un seul activateur”, explique Feng.

Les San ont une pigmentation relativement plus claire que les autres populations africaines et possèdent les lignées génétiques les plus anciennes chez l’homme. Bien que l’on émette l’hypothèse que la couleur claire de la peau des San pourrait résulter d’une adaptation à un environnement d’Afrique australe, les fondements génétiques de cette adaptation restent insaisissables. Les chercheurs ont identifié plusieurs variantes régulatrices cruciales proches de MITF, LEF1 et TRPS1 qui contribuent à l’adaptation de la couleur de la peau observée chez les San.

“MITF, LEF1 et TRPS1 sont impliqués dans les voies de signalisation régulant à la fois la différenciation des mélanocytes et le développement des cheveux”, explique Tishkoff. “Cela suggère que les variantes influençant la pigmentation cutanée plus claire observée chez le peuple San pourraient également contribuer à la morphologie distinctive de leurs cheveux.”

Notamment, la variante proche de TRPS1 associée à une couleur de peau plus claire est à une fréquence proche de 100 % chez les San et chez la plupart des non-Africains, alors que la variante associée à une couleur de peau plus foncée est courante dans la plupart des autres populations africaines et dans la population mélanésienne à pigmentation foncée. un exemple frappant d’adaptations globales à l’exposition aux UV.

De plus, les chercheurs ont découvert un nouveau gène ayant un impact sur la pigmentation de la peau humaine, CYB561A3, qui régule l’homéostasie du fer et influence les niveaux de mélanine dans les cellules mélanocytaires.

“À notre connaissance, le rôle du CYB561A3 dans la pigmentation cutanée n’a pas été rapporté auparavant. Curieusement, des rapports ont établi un lien entre une perfusion intraveineuse de fer et une hyperpigmentation cutanée. Étant donné que CYB561A3 code pour une fer réductase, je suis curieux de connaître le rôle de cette protéine dans ce processus”, explique Tishkoff.

“Nos résultats soulignent la complexité des facteurs génétiques influençant la couleur de la peau et les avantages d’inclure des populations ethniquement diverses et sous-représentées dans les études génétiques”, dit-elle. “La réalisation d’études fonctionnelles sur l’impact des variantes non codantes améliorera notre compréhension de la génétique qui sous-tend les traits humains complexes et le risque de maladie.”

“Les populations incluses dans cette étude proviennent de régions reculées d’Afrique et ont nécessité l’utilisation d’un laboratoire mobile installé sur le terrain”, explique Tishkoff. “La collaboration avec nos partenaires en Afrique a été la clé du succès de ce projet de recherche.”

Dans le cadre de recherches futures, le laboratoire Tishkoff aimerait utiliser son approche innovante de génomique fonctionnelle pour identifier davantage de variantes génétiques contribuant à la pigmentation humaine et à d’autres traits adaptatifs dans un échantillon plus large d’Africains ethniquement divers.

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