Un papier en Avancées scientifiques se concentre sur l’évolution du gène du récepteur de l’hormone de croissance humaine.
Une nouvelle étude se penche sur l’évolution et la fonction du gène du récepteur de l’hormone de croissance humaine et se demande quelles forces du passé de l’humanité ont pu entraîner des changements dans cet élément vital de ADN.
La recherche montre, à travers de multiples avenues, qu’une version abrégée du gène – une variante connue sous le nom de GHRd3 – peut aider les gens à survivre dans des situations où les ressources sont rares ou imprévisibles.
Les résultats ont été publiés le 24 septembre 2021 dans Avancées scientifiques.
Voici l’histoire racontée par l’étude : GHRd3 est apparu il y a environ 1 à 2 millions d’années et était probablement la version majoritairement prédominante du gène chez les ancêtres des humains modernes, ainsi que chez les Néandertaliens et les Dénisoviens.
Ensuite, “Au cours des 50 000 dernières années environ, cette variante devient moins répandue, et vous avez une diminution massive de la fréquence de cette variante parmi les populations d’Asie de l’Est que nous avons étudiées, où nous voyons la fréquence estimée des allèles chuter de 85 % à 15 %. au cours des 30 000 dernières années », dit Université de Buffalo biologiste évolutionniste Omer Gokcumen. « Alors la question devient : pourquoi ? Cette variante a-t-elle été favorisée dans le passé, et elle est récemment tombée en disgrâce évolutive ? Ou est-ce que ce que nous observons n’est qu’un petit creux dans la complexité des génomes ? »
Infographie montrant que certains humains modernes ont la délétion GHRd3, tandis que les quatre hominidés archaïques étudiés – trois Néandertaliens et un Denisovan – avaient la délétion. Crédit : Rebecca Farnham / Marie Saito / Université de Buffalo. Diagrammes d’assemblage du génome générés par la visionneuse de génomique intégrative
La recherche fournit de nouvelles informations sur la fonction de GHRd3 qui peuvent aider à expliquer pourquoi ces changements évolutifs se sont produits, démontrant que la variante peut être utile pour faire face au stress nutritionnel.
“Nous pensons que cette variante est bénéfique là où il y a des périodes de famine, ce qui était le cas pour la plupart de l’évolution humaine”, explique Gokcumen, PhD, professeur agrégé de sciences biologiques à l’UB College of Arts and Sciences. En ce qui concerne l’importance décroissante de GHRd3 dans l’histoire récente de l’humanité, il spécule que « Peut-être que les progrès technologiques et culturels rapides au cours des 50 000 dernières années ont créé un tampon contre certaines des fluctuations des ressources qui ont rendu GHRd3 si avantageux dans le passé. »
“GHRd3 est intéressant car il s’agit d’une délétion très courante qui varie entre vous et moi chez les humains”, explique Marie Saito, PhD, chercheuse titulaire à l’Université norvégienne des sciences de la vie et ancienne chercheuse postdoctorale dans le laboratoire de Gokcumen à l’UB. “Normalement, ces types de gènes fondamentaux importants ne changent pas d’humain à humain et sont même hautement conservés chez d’autres animaux.”
Les travaux étaient dirigés par Saito ; Skyler Resendez, PhD, un récent diplômé de l’UB en sciences biologiques qui est maintenant chercheur postdoctoral en informatique biomédicale à la Jacobs School of Medicine and Biomedical Sciences de l’UB ; Xiuqian Mu, MD, PhD, professeur agrégé d’ophtalmologie à la Jacobs School de l’UB et au Ross Eye Institute; et Gokcumen. Une équipe internationale de collaborateurs a contribué aux perspectives de cette étude, qui a intégré des méthodes avancées de génétique des populations à la recherche dans un modèle murin pour comprendre l’histoire et la fonction complexes d’une variante génétique.
Un examen attentif des fonctions possibles de GHRd3
Le gène du récepteur de l’hormone de croissance joue un rôle majeur dans le contrôle de la réponse du corps à l’hormone de croissance, en aidant à activer les processus qui conduisent à la croissance.
Pour étudier l’histoire évolutive du gène, les scientifiques ont examiné les génomes de nombreux humains modernes, ainsi que ceux de quatre hominidés archaïques – trois Néandertaliens de différentes parties du monde et un Denisovan. (Tous les quatre avaient la variante GHRd3.)
L’équipe a également étudié les fonctions modernes du GHRd3. Par exemple, les chercheurs ont découvert que la variante GHRd3 était associée à de meilleurs résultats dans un groupe d’enfants qui avaient enduré et survécu à une malnutrition sévère.
De plus, des études sur des souris ont soutenu l’idée que GHRd3 aide à réguler la réponse du corps à la pénurie alimentaire. Les souris mâles avec la variante présentaient certaines similitudes biologiques avec les souris qui avaient un accès réduit à la nourriture – des caractéristiques qui peuvent être bénéfiques pour survivre au stress nutritionnel, selon l’étude.
Et lorsque les scientifiques ont placé des souris mâles avec GHRd3 sur un régime hypocalorique, les animaux étaient plus petits à 2 mois que leurs homologues sans variante. Cela peut être bénéfique en période de stress nutritionnel, car les corps plus petits ont besoin de moins de nourriture. Comme les effets du GHRd3 n’étaient pas aussi importants chez les femelles, les souris mâles et femelles porteuses du variant ont fini par avoir la même taille lorsqu’elles suivaient un régime hypocalorique (généralement, les mâles sont significativement plus gros que les femelles).
«Notre étude met en évidence les effets spécifiques au sexe et à l’environnement d’une variante génétique commune. Chez les souris, nous avons observé que Ghrd3 conduit à un modèle d’expression « de type féminin » de dizaines de gènes dans les foies masculins sous restriction calorique, ce qui conduit potentiellement à la réduction de taille observée », explique Saito.
« Les femelles, déjà de plus petite taille, peuvent souffrir de conséquences évolutives négatives si elles perdent du poids corporel. Ainsi, c’est une hypothèse raisonnable et également très intéressante qu’une variante génétique qui peut affecter la réponse au stress nutritionnel a évolué d’une manière spécifique au sexe », explique Mu.
“Malgré sa prévalence dans les populations humaines, cette délétion génétique unique n’a été observée chez aucune autre espèce vivante”, a déclaré Resendez. « Cela rend les études difficiles. Cependant, les progrès scientifiques nous donnent désormais la possibilité d’éditer les génomes de manière ciblée. Cela nous a permis de générer un modèle de souris contenant la suppression afin que nous puissions observer ses effets de près de manière contrôlée. »
“C’est une période passionnante pour faire des recherches sur l’évolution humaine, où il est désormais possible d’intégrer des données de génomes anciens, des technologies d’édition de gènes et des approches mathématiques avancées pour raconter l’histoire humaine dans toute sa splendeur désordonnée”, a déclaré Gokcumen.
Référence : « Effets phénotypiques spécifiques au sexe et histoire évolutive d’une ancienne suppression polymorphe du récepteur de l’hormone de croissance humaine » par Marie Saito, Skyler Resendez, Apoorva J. Pradhan, Fuguo Wu, Natasha C. Lie, Nancy J. Hall, Qihui Zhu , Laura Reinholdt, Yoko Satta, Leo Speidel, Shigeki Nakagome, Neil A. Hanchard, Gary Churchill, Charles Lee, G. Ekin Atilla-Gokcumen, Xiuqian Mu et Omer Gokcumen, 24 septembre 2021, Avancées scientifiques.
DOI : 10.1126 / sciadv.abi4476
En plus de Gokcumen, Mu, Resendez et Saito, les auteurs de l’étude comprenaient G. Ekin Atilla-Gokcumen et Apoorva Pradhan du département de chimie de l’UB ; Fuguo Wu du département d’ophtalmologie de l’UB ; Natasha Lie et Nancy Hall au Baylor College of Medicine; Qihui Zhu au Jackson Laboratory for Genomic Medicine; Charles Lee du Jackson Laboratory for Genomic Medicine et du premier hôpital affilié de l’Université de Xi’an Jiaotong ; Laura Reinholdt et Gary Churchill au Jackson Laboratory à Bar Harbor ; Yoko Satta à SOKENDAI ; Leo Speidel de l’University College London et du Francis Crick Institute ; Shigeki Nakagome au Trinity College de Dublin ; et Neil Hanchard à l’Institut national de recherche sur le génome humain.
La recherche a été soutenue par la National Science Foundation des États-Unis; la Fondation BrightFocus ; le National Eye Institute et le National Institute on Aging, tous deux faisant partie des National Institutes of Health des États-Unis ; le programme d’apprentissage collaboratif et de mentorat intégré dans les biosciences (CLIMB) à l’UB ; la Fondation caritative Doris Duke ; et le Service de recherche agricole du Département de l’agriculture des États-Unis; le premier hôpital affilié de l’université Xi’an Jiaotong ; et la bourse Sir Henry Wellcome.
