Les duplications de grands segments d'ADN non codant dans le génome humain peuvent avoir contribué à l'émergence de différences entre les humains et les primates non humains, selon les résultats présentés lors de la réunion annuelle 2017 de l'American Society of Human Genetics (ASHG) à Orlando, Fla. En identifiant ces duplications, qui incluent des séquences régulatrices, et leur effet sur les traits et le comportement peut aider les scientifiques à expliquer les contributions génétiques aux maladies humaines.

Paulina Carmona-Mora, Doctorat, qui a présenté le travail; Megan Dennis, Doctorat; et leurs collègues de l'Université de Californie, Davis, étudier l'histoire des duplications spécifiques à l'homme (HSD), segments d'ADN plus longs que 1, 000 paires de bases qui se répètent chez l'homme mais pas chez les primates ou d'autres animaux. Dans cette étude, ils se sont concentrés sur les régions HSD qui ne codent pas pour les gènes, mais régulent plutôt l'expression d'autres gènes.

"La particularité de ces éléments régulateurs, c'est qu'ils ont la propension à impacter l'expression de gènes proches sur le même chromosome, ainsi qu'ailleurs dans le génome, " a déclaré le Dr Dennis. " Cela signifie qu'une duplication peut affecter de nombreux gènes, amplifier son impact."

Étant donné que les segments dupliqués sont identiques à plus de 98 %, il est difficile de les distinguer, Le Dr Dennis a expliqué. Par conséquent, ils ont été rejetés dans de nombreuses analyses génomiques antérieures. Pour cette raison, les chercheurs ont commencé par créer un nouveau génome humain de référence qui comprenait les segments dupliqués. Cela leur a permis d'identifier les zones susceptibles de contenir des activateurs, qui sont des éléments régulateurs qui augmentent l'expression d'autres gènes, et évaluer leur effet sur l'expression des gènes à travers les organes et les types de tissus.

Par exemple, duplication du segment SRGAP2, qui a eu lieu il y a environ trois millions d'années, peut être associé à plusieurs traits neurologiques propres à l'homme, comme un cortex préfrontal plus grand dans le cerveau et des synapses plus efficaces, ou des connexions entre les cellules du cerveau. Étonnamment, lorsque SRGAP2C spécifique à l'homme a été exprimé dans des embryons de souris de laboratoire, les souris ont eu des résultats similaires. Au-delà du SRGAP2, de nombreux gènes contenus dans les HSD examinés étaient associés au développement neurologique, et certains peuvent également avoir des implications pour la réponse immunitaire.

"Nos résultats indiquent des différences entre les humains et les primates, et faire allusion à ce qui nous rend uniques en tant qu'humains, " a déclaré le Dr Dennis. De plus, étant donné que de nombreuses régions génomiques sujettes à la duplication étaient liées à des traits neurologiques, ce travail peut suggérer des pistes futures pour les scientifiques cherchant à expliquer les mécanismes génétiques à l'origine de maladies neurologiques telles que l'autisme, épilepsie, et la schizophrénie.

Les chercheurs valident actuellement les régions amplificatrices candidates qu'ils ont trouvées en comparant les niveaux d'expression des gènes à travers les types de tissus. Ils évaluent également les effets de l'introduction d'une duplication sur la structure et la fonction des segments voisins. Finalement, ils mesurent les différences entre les segments originaux (ancestraux) et les versions dupliquées apparaissant dans les générations suivantes, tels que les changements de séquence depuis la duplication et les effets potentiels sur la fonction.

"Nous avons tendance à considérer l'ADN comme une séquence linéaire, mais ces résultats nous rappellent à quel point il est dynamique, " a déclaré le Dr Carmona-Mora. " C'est excitant de voir que non seulement la duplication des gènes joue un rôle dans l'évolution humaine, mais peut-être que la duplication d'éléments réglementaires le fait, aussi - même ceux en dehors des régions attendues."