Une étude relie les points entre les gènes et le comportement humain

Une étude relie les points entre les gènes et le comportement humain

Une collaboration internationale cartographie les marqueurs génétiques du développement cérébral chez les personnes atteintes du syndrome de Williams

LA JOLLA, CA—Établir des liens entre les gènes, le cerveau et le comportement humain est un problème central dans la recherche en neurosciences cognitives, mais étudier comment les gènes influencent les capacités cognitives et le comportement au fur et à mesure que le cerveau se développe de l'enfance à l'âge adulte s'est avéré difficile.

Aujourd'hui, une équipe internationale de scientifiques a fait des percées pour comprendre comment les gènes influencent la structure du cerveau et les capacités cognitives et comment les circuits neuronaux produisent le langage.

L'équipe a étudié des personnes atteintes d'une maladie rare connue sous le nom de syndrome de Williams. En mesurant l'activité neuronale dans le cerveau associée aux compétences linguistiques distinctes et aux capacités de reconnaissance faciale qui sont typiques du syndrome, ils ont montré que Williams n'est pas dû à un seul gène mais à des sous-ensembles distincts de gènes, laissant entendre que le syndrome est plus complexe que pensé à l'origine.

"Des solutions pour comprendre les liens entre les gènes, les circuits neuronaux et le comportement émergent désormais d'une union unique de génétique et de neurosciences", déclare Julie Korenberg, professeure à l'Université de l'Utah et professeure auxiliaire au Salk Institute, qui a dirigé les aspects génétiques sur la nouvelle étude.

L'étude a été dirigée par Debra Mills, professeur de neurosciences cognitives à l'Université de Bangor au Pays de Galles. Ursule Bellugi, professeur au Salk Institute for Biological Studies de La Jolla, a également été pleinement impliqué dans la recherche.

Korenberg était convaincu qu'avec l'approche de Mills consistant à mesurer directement le déclenchement électrique du cerveau, ils pourraient résoudre l'énigme de savoir précisément quels gènes étaient responsables de la construction du câblage cérébral sous-jacent aux différentes réactions aux visages humains dans le syndrome de Williams.

«Nous avons également découvert», explique Mills, «que chez les personnes atteintes du syndrome de Williams, le cerveau traite le langage et les visages de manière anormale de la petite enfance à l'âge mûr. C'était une surprise car des études antérieures avaient suggéré qu'une partie du cerveau de Williams fonctionnait normalement à l'âge adulte, avec peu de compréhension de son développement.

Les résultats de l'étude ont été publiés le 12 novembre 2013 dans Neuropsychologie du développement.

Le syndrome de Williams est causé par la suppression de l'une des deux copies habituelles d'environ 25 gènes du chromosome 7, entraînant une déficience mentale. Presque toutes les personnes atteintes de la maladie manquent de ces mêmes gènes, bien que quelques rares individus conservent un ou plusieurs gènes que la plupart des personnes atteintes de Williams ont perdus. Korenberg a été le pionnier de l'étude de ces individus avec des délétions partielles de gènes afin de recueillir des indices sur la fonction spécifique de ces gènes et réseaux de gènes. Le syndrome affecte environ 1 personne sur 10,000 20,000 dans le monde, dont environ 30,000 XNUMX à XNUMX XNUMX personnes aux États-Unis.

Bien que les personnes atteintes de Williams connaissent des retards de développement et des troubles d'apprentissage, elles sont exceptionnellement sociables et possèdent des capacités verbales et des compétences de reconnaissance faciale remarquables par rapport à leur QI inférieur. Bellugi a longtemps observé que la sociabilité semble également conduire le langage et a passé une grande partie de sa carrière à étudier les personnes atteintes du syndrome de Williams.

"Williams nous offre une fenêtre sur la façon dont le cerveau fonctionne à de nombreux niveaux différents", explique Bellugi. "Nous avons les outils pour mesurer les différentes capacités cognitives associées au syndrome, et grâce à Julie et Debbie, nous sommes maintenant en mesure de combiner cela avec des études des aspects génétiques et neurologiques sous-jacents."

Soupçonnant que des gènes spécifiques pourraient être à l'origine de la plasticité cérébrale, des changements fonctionnels dans le cerveau qui se produisent avec de nouvelles connaissances ou expériences, et que ces gènes pourraient être liés aux compétences inhabituelles des personnes atteintes de Williams, l'équipe a recruté des individus d'âges variés dans leur étude. Ils se sont inspirés d'enfants, d'adolescents et d'adultes qui avaient tous la délétion génétique complète du syndrome de Williams et les ont comparés à leurs pairs non affectés. Leur étude est en outre importante car elle est l'une des premières à examiner la structure cérébrale et son fonctionnement chez les enfants atteints de Williams. Et, comme l'avait prédit Korenberg, une pièce essentielle du puzzle est venue de l'inclusion dans leur étude de deux adultes avec des délétions génétiques partielles pour Williams.

À l'aide de capteurs très sensibles pour mesurer l'activité cérébrale, les chercheurs, dirigés par Mills, ont présenté à leurs participants à l'étude des stimuli visuels et auditifs sous la forme de visages inconnus et de phrases parlées. Ils ont tracé les petits changements de tension générés par les zones du cerveau répondant à ces stimuli, un processus connu sous le nom de potentiels liés aux événements (ERP). Mills a été le premier à publier des études sur le syndrome de Williams à l'aide d'ERP, a développé les marqueurs ERP pour cette étude et a supervisé sa conception et son analyse.

Mills a identifié des marqueurs ERP de la plasticité cérébrale dans le syndrome de Williams chez des enfants et des adultes d'âges et de stades de développement variés. Ces découvertes sont importantes car le cerveau des personnes atteintes de Williams est structuré différemment de celui des personnes non atteintes du syndrome. Dans le cerveau de Williams, les zones dorsales (le long du dos et du haut), qui aident à contrôler la vision et la compréhension spatiale, sont sous-dimensionnées. Les zones ventrales (à l'avant et en bas), qui influencent le langage, la reconnaissance faciale, l'émotion et la pulsion sociale, sont de taille relativement normale.

On croyait auparavant que chez les individus atteints de Williams, la partie ventrale du cerveau fonctionnait normalement. Ce que l'équipe a découvert, cependant, c'est que cette zone du cerveau traitait également les informations différemment de celles qui n'étaient pas atteintes du syndrome, et ce, tout au long du développement, de l'enfance à l'âge adulte. Ceci suggère que le cerveau compensait afin d'analyser l'information ; en d'autres termes, il faisait preuve de plasticité. D'une importance supplémentaire, les marqueurs ERP distincts identifiés par Mills sont si caractéristiques de l'organisation cérébrale différente de Williams que cette information à elle seule est précise à environ 90% lors de l'analyse de l'activité cérébrale pour identifier une personne atteinte du syndrome de Williams.

D'autres résultats clés de l'étude ont résulté de la comparaison des ERP des participants avec une délétion complète de Williams avec ceux avec des délétions génétiques partielles. Alors que les tests psychologiques axés sur la reconnaissance faciale ne montrent aucune différence entre ces groupes, les scientifiques ont trouvé des différences dans ces capacités de reconnaissance sur les mesures ERP, qui examinent directement l'activité neuronale. Ainsi, les scientifiques ont pu voir comment de très légères différences génétiques affectaient l'activité cérébrale, ce qui leur permettra d'identifier les rôles de sous-ensembles de gènes Williams dans le développement du cerveau et dans les capacités de reconnaissance faciale des adultes.

En combinant ces personnes sur un million avec des outils capables de mesurer directement l'activité cérébrale, les scientifiques ont désormais l'opportunité sans précédent d'étudier les fondements génétiques des troubles mentaux. Les résultats de cette étude non seulement font progresser la compréhension scientifique des liens entre les gènes, le cerveau et le comportement, mais peuvent également conduire à de nouvelles connaissances sur des troubles tels que l'autisme, le syndrome de Down et la schizophrénie.

"En réduisant considérablement les gènes spécifiques impliqués dans les troubles sociaux, nos découvertes aideront à découvrir des cibles de traitement et à fournir des mesures par lesquelles ces traitements et d'autres réussissent à soulager le désespoir de l'autisme, de l'anxiété et d'autres troubles", déclare Korenberg.

La recherche a été financée par des subventions du Institut national de la santé de l'enfant et du développement humain; la Institut national des troubles neurologiques et des maladies; et le Initiative scientifique, technologique et de recherche de l'Utah.

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L'Institut Salk d'études biologiques est l'une des principales institutions de recherche fondamentale au monde, où des professeurs de renommée internationale étudient les questions fondamentales des sciences de la vie dans un environnement unique, collaboratif et créatif. Axés à la fois sur la découverte et sur le mentorat des futures générations de chercheurs, les scientifiques de Salk apportent des contributions révolutionnaires à notre compréhension du cancer, du vieillissement, de la maladie d'Alzheimer, du diabète et des maladies infectieuses en étudiant les neurosciences, la génétique, la biologie cellulaire et végétale et les disciplines connexes.

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