L :Comme les traits physiques, les traits comportementaux ont une composante héréditaire et les personnalités peuvent ressembler davantage à celles d’un parent qu’à l’autre. Une nouvelle recherche chez la souris révèle que les comportements complexes spécifiques de ces animaux sont façonnés par des gènes hérités d’un seul parent.
Non seulement les allèles hérités de la mère ou du père d’une souris sont exprimés dans des proportions inégales dans diverses cellules du cerveau et du système surrénalien – un phénomène appelé empreinte génomique – mais l’expression de l’allèle maternel ou paternel entraîne des différences observables dans le comportement et la physiologie de la progéniture , selon une étude publiée dans : Rapports de cellule : le 8 mars. Les scientifiques à l’origine de la recherche ont également découvert que les allèles maternels façonnent le comportement de recherche de nourriture de la progéniture mâle, tandis que les allèles paternels façonnent le comportement de la progéniture femelle. Mais pourquoi et comment cela se produit n’est pas encore clair.
Voir “Laisser une empreinte”
L’article résulte de neuf années de recherche au cours desquelles l’auteur principal Christopher Gregg, neurobiologiste et généticien à la faculté de médecine de l’Université de l’Utah, et d’autres membres de son laboratoire ont développé une méthode d’étude de ce qu’il appelle la «comportementale», qui consiste à laisser des souris mener leur vie dans un cadre pseudo-naturel et utiliser un algorithme d’apprentissage automatique pour dépister “des centaines de composants de comportement dans un test, et découvrir les effets phénotypiques” des facteurs génétiques sous-jacents, explique-t-il.
Pour la nouvelle étude, “je pensais que c’était une idée tellement provocante à tester”, déclare Gregg : Le scientifique, “Pour déterminer si maman et papa affectaient différentes décisions chez la progéniture.”
Explorer l’empreinte génomique :
Gregg explique qu’il a commencé à travailler sur ce projet il y a plus de dix ans lorsqu’il était postdoctoral dans le laboratoire de Catherine Dulac, biologiste moléculaire à l’Université de Harvard. À l’époque, RNAseq – une technique utilisée pour déterminer et quantifier la mesure dans laquelle des gènes spécifiques sont exprimés – était nouvelle, et Gregg a utilisé une version spécifique à l’allèle pour révéler que pour plusieurs gènes, l’allèle d’un parent est plus susceptible de être exprimé que l’allèle de l’autre, bien que la technologie à l’époque ne pouvait pas déterminer qu’il s’agissait d’un phénomène spécifique au type de cellule. En 2010, lui et Dulac ont publié deux articles dans : Science: qui a identifié des centaines de gènes qui semblaient montrer une expression préférentielle en fonction du parent d’origine, qui est codé sur l’ADN par des marques épigénétiques atténuant les allèles telles que la méthylation ou les modifications d’histones.
Voir “Impression de la diversité”
Gregg a décidé de zoomer et d’étudier si certains types de cellules, mais pas tous, dans un tissu, peuvent faire taire un allèle parental, démontrant finalement dans un 2015 Rapports de cellule : papier que cela semble être le cas. Il n’était pas encore possible de déterminer quels allèles des parents étaient exprimés dans un type de cellule donné, juste cette expression préférentielle de l’allèle d’un parent par rapport à l’autre se produisait. L’article a identifié plusieurs régions du cerveau – dont beaucoup sont situées dans l’hypothalamus – qui contenaient des gènes imprimés.
Dans le nouvel article, les chercheurs ont utilisé une technique qui permettait aux allèles des parents d’une souris d’être colorés chacun dans des couleurs différentes. Ils ont ensuite sectionné des cerveaux de souris et examiné les marqueurs fluorescents au microscope, observant que le silençage des allèles variait selon les types de cellules individuelles et les grappes dans des régions spécifiques. Cela a renforcé l’idée que le silence partiel observé dans des études plus anciennes provenait de la moyenne des effets de certaines cellules, mais pas de toutes, faisant taire un allèle donné.
Dulac, qui n’a pas participé à la nouvelle étude, dit que “c’est une belle démonstration que dans certaines circonstances, au moins, ce biais parental correspond au silence complet de certains allèles”.
Voir “Circuit neuronal du comportement parental cartographié chez les souris”
L’étude a démontré que les cellules de 14 régions du cerveau, y compris plusieurs parties de l’hypothalamus, qui aide à coordonner le système endocrinien, expriment spécifiquement l’allèle maternel du gène de la DOPA décarboxylase (Ddc :) — qui code pour une enzyme impliquée dans la fabrication de plusieurs neurotransmetteurs — et pour un second gène appelé tyrosine hydroxylase (E:), qui code pour une autre enzyme ayant un rôle similaire. Pendant ce temps, la copie paternelle de ces allèles était préférentiellement exprimée par les cellules de la glande surrénale, qui produit des hormones. Ces découvertes illustrent le contrôle maternel et paternel sur la synthèse et la distribution des hormones dans la progéniture, au niveau cellulaire, via les mêmes gènes, explique Gregg.
Quel que soit le mécanisme, il doit être assez complexe d’expliquer ces modèles.
—Robert Feil, Institut de Génétique Moléculaire, Montpellier-CNRS :
“Ce qui est inhabituel ici, c’est la diversité des modèles qui émergent”, explique Robert Feil, un généticien moléculaire qui étudie les mécanismes de l’empreinte à l’Institut de génétique moléculaire de Montpellier-CNRS en France. Ce qui a le plus marqué Daan Noordermeer, chercheur en empreinte génomique à l’Institut de biologie intégrative de la cellule de l’Université Paris-Saclay, c’est la façon dont les modes d’expression variaient par rapport à l’activité typique des gènes : habituellement, les deux allèles parentaux sont exprimés dans les mêmes cellules, dit-il : Le scientifique: par e-mail. Ni Feil ni Noordermeer n’ont participé à l’étude.
Comportementale : une approche big data de l’épigénétique du comportement :
Gregg dit que l’étape suivante consistait à déterminer quels effets, le cas échéant, les motifs d’empreinte avaient sur les comportements spécifiques de la souris. Pour ce faire, lui et son équipe ont utilisé la comportementomique, enregistrant et mesurant les aspects individuels du comportement de recherche de nourriture de la souris, allant de la taille d’une étape individuelle aux destinations spécifiques auxquelles elles se sont arrêtées, puis en alimentant les données via un algorithme d’apprentissage automatique.
Gregg et son équipe ont généré 12 groupes de souris : mâles et femelles avec la copie maternelle ou paternelle des deux : E: et: Ddc : assommé, ainsi que des témoins de même portée hétérozygotes pour chaque gène. Ils ont ensuite filmé les souris pendant que les animaux faisaient ce que Gregg appelle des «excursions de recherche de nourriture de maison en maison», dans lesquelles ils quittent leur enclos et entrent dans une arène connectée conçue pour permettre des comportements naturels tels que l’exploration et le creusement dans le sable pour se nourrir. avant de rentrer à la maison.
L’enceinte expérimentale que les souris ont explorée pendant l’expérience. Les souris ont rencontré l’enceinte pour la première fois au cours d’une phase d’exploration initiale de 30 minutes, au cours de laquelle des graines ont été placées au-dessus de la plaque de sable. Quatre heures plus tard, ils sont revenus pour une phase de recherche de nourriture de 30 minutes au cours de laquelle les graines ont été enterrées sous le sable.
DR. CORNELIA N. STACHER HÖRNDLI :
Après 22 679 excursions de 426 souris des groupes expérimental et témoin, l’algorithme DeepFeats a quantifié une multitude de mesures comportementales (“autant que nous le pouvions”, dit Gregg), et a déterminé 16 mesures qui différaient selon les allèles exprimés. .
Steven Millership, chercheur en génomique à l’Imperial College de Londres qui n’a pas travaillé sur l’étude, écrit dans un e-mail à Le scientifique: que le papier l’a impressionné. “[T]Les auteurs semblent avoir pris un temps considérable pour établir un modèle de recherche de nourriture dans lequel il est aussi proche que possible de la «sauvage» – bien que cela soit évidemment très difficile à recréer dans l’environnement de recherche en laboratoire (et en effet, ils l’acceptent), “il écrit . “Cependant, ce type d’apprentissage automatique du comportement phénotypique peut certainement être utilisé d’une manière à haut débit pour déceler un comportement qui serait autrement extrêmement difficile à détecter à l’œil nu.”
Les résultats indiquent que le comportement de recherche de nourriture des souris mâles a été modifié lorsqu’elles ont perdu l’allèle maternel de l’un ou l’autre des gènes. Ils se comportaient également différemment s’ils perdaient l’allèle paternel de l’un ou l’autre des gènes, bien que moins de comportements aient été affectés et dans une moindre mesure. Par exemple, les mâles avec leur mère : E: ou alors: Ddc : les allèles éliminés ont parcouru de plus grandes distances au cours de leurs excursions, tandis que les mâles sans leurs allèles paternels ont parcouru la même distance que les témoins. Les souris femelles ne se sont comportées différemment que de manière significative lorsqu’elles ont perdu leurs allèles paternels.
« La copie du père de : Ddc : a le plus influencé les décisions et les actions que font les filles, et la copie de la mère a le plus influencé les fils », dit Gregg. “Dans les deux cas, les allèles de la mère et du père affectaient différentes actions et décisions.” Feil dit qu’il a été surpris et fasciné par la découverte d’effets différents chez les souris mâles et femelles, la décrivant comme “assez nouvelle”.
Les résultats indiquent qu’« il y a un certain conflit entre ce que les mères et les pères voudraient que leur progéniture fasse ou comment ils se comporteraient », dit Dulac.
Feil dit qu’il espère que les études futures clarifieront la mesure dans laquelle l’effet diffère entre plusieurs souris avec les mêmes gènes exprimés – une distinction qui révélera également si l’empreinte se produit de manière aléatoire ou s’il existe un mécanisme particulier qui, par exemple, “détermine dans ce groupe particulier de neurones dopaminergiques que vous obtenez le chromosome maternel » qui est conservé de souris à souris.
“Quel que soit le mécanisme, il doit être assez complexe pour expliquer ces schémas”, déclare Feil.
C’est une belle démonstration que dans certaines circonstances, au moins, ce biais parental correspond au silence total de certains allèles.
—Catherine Dulac, Université Harvard :
Meunier : et Noordermeer : les deux notent que l’étude impliquait une suppression totale des allèles pertinents, ce qui signifie qu’il peut y avoir eu des effets secondaires causés par leur absence dans les cellules où les deux allèles seraient normalement exprimés. Les deux disent qu’il serait intéressant de voir des recherches qui élimineraient conditionnellement les gènes uniquement dans les cellules concernées.
Les auteurs de l’étude ont également exploré si l’expression préférentielle de l’allèle influençait la physiologie en plus du comportement, dans ce cas en se concentrant spécifiquement sur l’activité de Ddc : tel qu’exprimé dans chaque groupe de souris mutantes. Gregg explique que pour ce gène, “Si vous perdez la copie du père, cela a affecté les niveaux de dopamine dans l’urine des filles, mais [there was] aucun effet si vous perdez la copie de la mère », ce qui était« cohérent avec le fait que papa influençait la physiologie et le comportement des filles ». A l’inverse, chez la descendance mâle, assommer la copie maternelle de : Ddc : affectaient les niveaux de dopamine, de noradrénaline et de noradrénaline dans l’urine, mais aucun effet de ce type n’a été observé avec l’allèle paternel.
Quelle est la fréquence du dimorphisme sexuel dans l’imprégnation ?
Dulac et Gregg disent tous deux qu’une prochaine étape évidente consiste à répéter le processus en examinant l’un des nombreux autres gènes qui montrent des signes d’empreinte. “Quelle est l’ampleur de ce phénomène?” se demande Dulac.
Elle espère également voir des chercheurs aborder la question de l’impact de cette expression allélique préférentielle et sexuellement dimorphique au niveau de la population, affirmant qu’il serait “vraiment intéressant” de découvrir quels avantages évolutifs le phénomène peut conférer.
“C’est un peu étrange, mais il pourrait y avoir des raisons évolutives pour lesquelles un génome paternel veut influencer le comportement de la progéniture femelle”, suggère Feil. Il spécule que l’effet d’empreinte sexuellement dimorphique et son influence sur le comportement de la progéniture doivent avoir quelque chose à voir avec le succès évolutif – la progéniture continuant à transmettre le génome à la génération suivante – et que peut-être les souris mâles ont développé une stratégie évolutive différente pour le faire que les femelles .