jeudi 7 avril 2016

La génomique comparative des primates supérieurs

Une meilleure technologie permet à un séquençage génomique plus ambitieux. En comparant notre génome à ceux de notre vie à la fois proche et éteintes, les parents vont révéler des gènes qui sont nécessaires pour des traits humains spécifiques. Comprendre ce qui nous différencie des autres espèces pourrait nous aider à lutter contre les maladies humaines spécifiques.
Comme plus de détails émergent à partir des génomes de l' homme  , nos plus proches parents vivants les singes et notre plus proche éteinte par rapport à la Neandertal, il deviendra possible de dire ce qui nous définit comme une espèce à partir d' un point de vue génétique. Des études détaillées de gènes qui portent les traits évolutionnaires humains spécifiques devraient révéler ceux qui ont été particulièrement important au cours de l'évolution humaine. En fin de compte, ces efforts pourraient découvrir la biologie sous la cognition humaine, de la langue et de la culture, et pourrait améliorer notre compréhension des conditions telles que l'autisme, la schizophrénie et des troubles du langage.
APE ANCESTRY
Figue. 1 Arbre des humains
 et des singes.
Le chimpanzé commun et le bonobo ou chimpanzé pygmée sont nos plus proches parents vivants, avec lesquels nous partageons un ancêtre commun qui vivait il y a 5-7 millions d'années. Les humains et les chimpanzés partagent un ancêtre commun avec les gorilles - les autres principales espèces de singes africains - qui vivaient il y a 6-8 millions d’années, alors que l'ancêtre commun partagé avec les orangs - outans d’Asie a vécu il y a 12-16 millions d’années (figure 1.).
De nombreuses espèces qui ont été plus étroitement liés à l'homme ont vécu et se sont éteintes depuis l'époque de l'ancêtre de l'homme chimpanzee-. Ils sont collectivement appelés hominidés. Un hominidé est le Neandertal, dont la lignée divergé de la nôtre il y a 300,000-500,000 ans. Néandertaliens vivaient dans l'ouest de l'Eurasie, parfois aux côtés de nos ancêtres, jusqu'à ce qu'ils se sont éteints il y a environ 30.000 ans.
L'ÉTAT DE L'ART
Squelettes d'un Neandertal (à gauche)
et un être humain.
Notre capacité technique de séquençage des génomes améliore rapidement et le coût ne cesse de baisser. Bientôt, il sera possible de séquencer les génomes de mammifères avec précision et à moindre coût dans une affaire de jours. Dans le même temps, les technologies qui permettent des enquêtes à grande vitesse de protéomes et métabolomes - qui est, toutes les protéines et molécules métaboliques présents dans un tissu ou d'une cellule - sont également en cours d'élaboration.
Aujourd'hui, le génome de primate le plus complet est celui de l'être humain; les génomes du chimpanzé, gorille, orang-outan et le macaque rhésus sont de qualité inférieure et variable.
Cette année, un groupe de chercheurs a publié la première ébauche du génome Neandertal complète. L'étude de ces génomes aidera les chercheurs à identifier les millions de changements nucléotidiques, et des dizaines de milliers d'insertions, délétions et duplications de courts tronçons de l'ADN, qui ont eu lieu depuis la divergence des humains modernes de chimpanzés et, plus récemment, de la Néandertaliens.
PROCHAINES ÉTAPES
Des études comparatives précises du génome humain avec ceux d'autres primates, il faudra des données génomiques de même, de haute qualité pour les singes vivants et hominidés éteints. Cependant, les génomes de grands singes disponibles sont actuellement de faible qualité. Au cours des prochaines années, les chercheurs visent à séquencer les génomes de la plupart des espèces de singes et d'élever singes génomes à la fiabilité au niveau humain.
Aussi une grande importance est la variation au sein des espèces, comme des modèles de différences dans la séquence d'ADN entre les individus permettent l'identification de la sélection positive. Plusieurs grands projets (par exemple, HapMap, ENCODE et 1000 génomes) fournissent un aperçu de la variation génomique chez les humains, mais il n'y a pas de projets équivalents pour singe ou génomes de primates.
Une première étape simple vers ce type d'entreprise serait de prélever des échantillons de sang et de tissus de singes en captivité. Ceux-ci ne représentent qu'un échantillon limité de la variation génétique ape totale; échantillons génétiques de grands singes sauvages sont nécessaires de toute urgence, car ces populations sont menacées et pourraient disparaître dans les prochaines décennies. Les échantillons non invasifs, tels que les matières fécales ou les cheveux, de tous les grands singes à travers leurs gammes actuelles entières devraient être collectées et conservées pour l'avenir. Mise en place des lignées de cellules de singe et les bibliothèques de séquences à partir de ces échantillons prolongera leur durée de vie utile.
Le séquençage du génome de Neandertal plus précis est également en cours et devrait être étendu à plusieurs personnes de Neandertal et d'autres hominidés éteints. Les chercheurs devraient élaborer des normes et des protocoles pour travailler avec l'ADN ancien, l'ADN des hominidés particulièrement anciens, afin d'assurer que les résultats sont fiables et non le produit, par exemple, la contamination de l'ADN humain moderne.
Toutefois, il ne suffit pas de comparer uniquement les séquences d'ADN à l'intérieur et entre les espèces; l'activité du gène est également d'une importance cruciale. Des motifs de transcription, des variants d'épissage et les niveaux d'expression des gènes dans différents tissus doivent être étudiés. Les efforts actuels pour étudier l'activité des gènes dans le génome de primate non humain reposent sur l'hypothèse que la structure des gènes, l'épissage et de l'ARN de régulation sont en grande partie similaires à ceux chez l'homme.
Les techniques de séquençage améliorées permettront ARN à partir de chaque espèce à étudier directement et aussi aider à révéler l'activité des portions moins bien étudiés du génome, tels que ceux qui ne codent pour des protéines. Avec des méthodes basées sur la spectroscopie-masse pour étudier le protéome, cela va aider les scientifiques à comprendre comment le génome se rapporte à la production de protéines - dans chaque cellule et organe, et au cours de la vie d'un individu.
PERSPECTIVE DE GÉNOMIQUE EVOLUTIONARY PRIMATE
En fin de compte, l'analyse des génomes de primates existantes et disparues couplées à l'étude de l'activité des gènes chez les primates existants permettra d'identifier les séquences d'ADN qui rendent l'homme unique. Pour tester les effets de ces séquences, il sera nécessaire de développer de nouveaux systèmes expérimentaux in vitro. Un tel système peut comprendre des cultures de tissus qui imitent les tissus humains formés, par exemple, par l'utilisation de cellules souches pluripotentes induites. Une autre approche pourrait être des gènes «humanisation» ou des voies entières dans des modèles animaux, tels que la souris de laboratoire. Les manipulations génétiques de ces systèmes seront ensuite fournir un moyen pour tester les aspects de traits propres aux humains.
Comprendre la base biologique de caractéristiques spécifiques humaines telles que la cognition, de la langue et de la culture sera d'intérêt pour la société. Il pourrait aussi être d'une utilité médicale dans le cas d'affections telles que les troubles de la parole, l'autisme et la schizophrénie qui affectent les caractéristiques spécifiques à l'homme. Une meilleure compréhension des racines génétiques de ces capacités peut aider à améliorer les traitements.
Une première ébauche du génome de Neandertal a été produite récemment à l'Institut Max Planck pour l'anthropologie évolutionnaire. Il nous permet d'identifier les caractéristiques génomiques par laquelle tous les humains actuels diffèrent de nos plus proches parents de l’évolution, ainsi que les régions génomiques qui ont été soumises à une sélection positive au cours de l'évolution des humains pleinement modernes