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Quels sont les rôles relatifs de l'ADN codant par rapport à l'ADN régulateur que l'on pense être dans l'évolution ?

Quels sont les rôles relatifs de l'ADN codant par rapport à l'ADN régulateur que l'on pense être dans l'évolution ?


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Intuitivement, une fois que vous avez l'idée qu'un certain ADN est responsable de l'activation et de la désactivation de l'ADN qui code les protéines, il est possible d'imaginer que l'ADN régulateur est en fait la partie la plus importante. Dans la liste des ingrédients d'une recette, vous pourriez penser que l'ADN codant vous donne la liste des ingrédients, mais l'ADN régulateur vous donne les quantités de chacun, plus l'ordre dans lequel vous les ajoutez dans le bol. Si cela est vrai, alors différentes variantes de l'ADN régulateur devraient être sélectionnées pour et contre, et les biologistes moléculaires évolutionnistes devraient suivre ces variantes comme ils traquent les allèles de gènes. Mais l'évolution est toujours discutée comme s'il s'agissait simplement de fréquences génétiques différentes.

L'« évolution réglementaire » est-elle une chose ? Si oui, est-il possible de comprendre à quel point c'est une chose importante ? Ou sinon pourquoi pas ?


Oui, une simple recherche sur google révèle des millions de citations académiques parlant d'"évolution réglementaire".

Mais il est un peu simpliste de diviser l'ADN codant par rapport à l'ADN régulateur. En effet, certains ADN codants sont en fait également régulateurs au niveau de la détermination de l'expression des gènes en cis (un exemple bien connu de ceci serait l'utilisation de codons).

Il est par ailleurs erroné de penser que les produits d'ADN codants ne font pas de régulation des gènes. Cela a été reconnu très tôt dans les idées de « gène de structure » contre « gène de régulation ». De nos jours, nous appellerions ces derniers facteurs de transcription, nous n'utilisons plus vraiment la terminologie structurelle/réglementaire. Les facteurs de transcription font la majeure partie du travail actif réel de régulation des gènes en trans, en collaboration bien sûr avec l'ADN régulateur.

Donc, en conclusion, oui, c'est important et il existe des tonnes d'études que vous pouvez rechercher sur Google si vous souhaitez enquêter sur ces problèmes. Je suggérerais de lire davantage sur les éléments cis-régulateurs et trans-régulateurs. Bien sûr, il n'y a pas de mappage exact du codage<-->trans et du non-codage<-->cis, c'est juste une simplification utile.


Rappelons une expérience décrite précédemment et illustrée ci-dessous.

Les résultats de cette expérience ont fourni la preuve que même des cellules très différentes d'un organisme contiennent les mêmes gènes. En fait, dans tout organisme eucaryote multicellulaire, chaque cellule contient le même ADN (gènes). Par conséquent, les différents types cellulaires d'un organisme ne diffèrent pas par les gènes qu'ils contiennent, mais par les ensembles de gènes qu'ils expriment ! Vu sous un autre angle, les cellules se différencient lorsqu'elles activent de nouveaux gènes et désactivent les anciens. Ainsi, la régulation génique produit différents ensembles de produits géniques au cours de la différenciation, conduisant à des cellules qui ressemblent et fonctionnent différemment dans l'organisme.

Par rapport aux procaryotes, de nombreuses étapes chez les eucaryotes se situent entre la transcription d'un ARNm et l'accumulation d'un produit final polypeptidique. Onze de ces étapes sont présentées ci-dessous dans la voie du gène à la protéine.

Théoriquement, les cellules pourraient s'allumer, s'éteindre, accélérer ou ralentir n'importe laquelle des étapes de cette voie, modifiant ainsi la concentration à l'état d'équilibre d'un polypeptide dans les cellules. Alors que la régulation de n'importe laquelle de ces étapes est possible, l'expression d'un seul gène est typiquement contrôlée à seulement une ou quelques étapes. Une forme courante de régulation génique se situe au niveau de l'initiation de la transcription, similaire au contrôle transcriptionnel chez les bactéries, en principe sinon en détail.


Les génomes des épinoches révèlent la voie de l'évolution

Les poissons ont utilisé plusieurs fois des variations génétiques préexistantes pour coloniser l'eau douce.

Les scientifiques ont identifié des mutations qui pourraient aider un petit poisson blindé à évoluer rapidement entre les formes d'eau salée et d'eau douce.

Depuis la fin de la dernière période glaciaire il y a environ 10 000 ans, les épinoches à trois épines océaniques ont colonisé à plusieurs reprises les cours d'eau et les lacs du monde entier. En aussi peu que dix générations – un clin d'œil évolutif – les épinoches marines peuvent échanger leurs plaques blindées et leurs épines défensives contre une forme d'eau douce plus légère et plus lisse.

David Kingsley, biologiste évolutionniste à l'Université de Stanford en Californie, et ses collègues ont maintenant identifié les différences d'ADN qui distinguent les épinoches des océans et des eaux douces dans le monde. Même si le changement s'est produit à plusieurs reprises, il semble impliquer à chaque fois bon nombre des mêmes changements génétiques.

Pour retracer les principales différences d'ADN, les chercheurs ont séquencé l'intégralité du code génétique de 21 épinoches provenant de sources océaniques et d'eau douce sur trois continents. Les résultats sont publiés dans La nature aujourd'hui 1 .

Les chercheurs ont découvert que, sur la plupart des génomes, les épinoches d'eau douce ressemblaient le plus à leurs plus proches voisins océaniques. Mais dans environ 150 séquences d'ADN, les populations d'eau douce et d'eau salée ressemblaient davantage à leurs homologues dans les mêmes environnements à travers le monde. Ces séquences comprenaient des gènes affectant la croissance de l'armure et le traitement du sel dans le rein.

"C'est une série d'adaptations qui affectent de nombreux aspects de l'organisme : la forme du poisson, son comportement, son régime alimentaire et ses préférences d'accouplement", explique le biologiste évolutionniste Greg Wray de l'Université Duke de Durham, en Caroline du Nord, qui n'a pas participé à l'étude. .

Les similitudes entre les populations d'eau douce dans le monde suggèrent que les poissons ne développent pas de nouvelles caractéristiques à chaque fois, explique Kingsley. Au contraire, quelques poissons océaniques peuvent conserver d'anciennes adaptations génétiques à la vie en eau douce qui leur permettent de coloniser de nouveaux sites. Les premières générations présentent des caractéristiques mixtes ou intermédiaires, mais finalement les gènes qui permettent au poisson de s'adapter à l'eau douce dominent.

« À l'échelle du génome, nous avons trouvé tout un ensemble de régions utilisées à maintes reprises pour s'adapter à de nouveaux environnements », explique Kingsley. "Nous sommes en mesure d'étudier la base moléculaire de l'évolution des vertébrés."

Les adaptations de l'épinoche en eau douce avaient déjà été cartographiées dans de vastes régions du génome 2 . Mais des mutations adaptatives n'avaient été identifiées que pour quelques gènes.

Les chercheurs ont débattu des types de mutations qui pourraient permettre aux espèces de s'adapter à de nouveaux environnements. Certains ont défendu l'importance des changements réglementaires - des mutations qui affectent quand et où les gènes existants sont exprimés. D'autres ont souligné le rôle des changements de codage, des mutations qui modifient les protéines produites à partir des gènes.

Le groupe de Kingsley a découvert qu'environ 80% des adaptations en eau douce sont probablement situées dans l'ADN régulateur, les 20% restants affectant l'ADN codant.

Des changements réglementaires pourraient accélérer l'adaptation de l'épinoche en contrôlant l'expression des gènes dans plusieurs tissus à chaque mutation. L'étude montre également que l'évolution des épinoches est accélérée par l'utilisation de variations génétiques préexistantes, au lieu d'attendre l'apparition de nouvelles mutations aléatoires, explique Wray.

"Je pense que l'article est vraiment sympa et je suis convaincu par les données", déclare Hopi Hoekstra, biologiste évolutionniste à l'Université Harvard à Cambridge, Massachusetts. Cependant, ajoute-t-elle, "cela pourrait être très différent - en termes de fraction de mutations codantes ou régulatrices - dans un organisme qui avait un génome beaucoup plus simple, ou qui s'adaptait beaucoup plus lentement".

La même méthode pourrait être appliquée à d'autres organismes qui ont évolué plusieurs fois à des changements environnementaux similaires, explique Wray. Les souris, par exemple, ont développé différentes couleurs de fourrure pour les déserts, les forêts et les prairies du monde entier. "Je suppose que nous verrons toute une série d'articles", dit-il.


8,2 % de notre ADN est « fonctionnel »

Seulement 8,2% de l'ADN humain est susceptible de faire quelque chose d'important - est «fonctionnel» - disent les chercheurs de l'Université d'Oxford.

Ce chiffre est très différent de celui donné en 2012, lorsque certains scientifiques impliqués dans le projet ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements) ont déclaré que 80% de notre génome a une fonction biochimique.

Cette affirmation a été controversée, beaucoup dans le domaine arguant que la définition biochimique de la « fonction » était trop large - que juste parce qu'une activité sur l'ADN se produit, elle n'a pas nécessairement de conséquence sur la fonctionnalité, vous devez démontrer qu'une activité est importante. .

Pour atteindre leur chiffre, le groupe de l'Université d'Oxford a profité de la capacité de l'évolution pour discerner quelles activités sont importantes et lesquelles ne le sont pas. Ils ont identifié combien de notre génome a évité d'accumuler des changements au cours de 100 millions d'années d'évolution des mammifères - une indication claire que cet ADN est important, il a une fonction importante qui doit être conservée.

«C'est en grande partie une question de définitions différentes de ce qu'est l'ADN «fonctionnel», explique le professeur Chris Pointing, co-auteur principal de l'unité de génomique fonctionnelle du MRC à l'Université d'Oxford. «Nous ne pensons pas que notre chiffre soit en fait trop différent de ce que vous obtiendriez en regardant la banque de données d'ENCODE en utilisant la même définition de l'ADN fonctionnel.

« Mais ce n'est pas seulement un argument académique sur le mot nébuleux « fonction ». Ces définitions sont importantes. Lors du séquençage des génomes des patients, si notre ADN était en grande partie fonctionnel, nous devrions faire attention à chaque mutation. En revanche, avec seulement 8% fonctionnels, il nous faut déterminer les 8% des mutations détectées qui pourraient être importantes. D'un point de vue médical, cela est essentiel pour interpréter le rôle de la variation génétique humaine dans la maladie.'

Les chercheurs Chris Rands, Stephen Meader, Chris Ponting et Gerton Lunter rapportent leurs découvertes dans le journal PLOS Génétique. Ils ont été financés par le UK Medical Research Council et le Wellcome Trust.

Les chercheurs ont utilisé une approche informatique pour comparer les séquences d'ADN complètes de divers mammifères, des souris, cobayes et lapins aux chiens, chevaux et humains.

Le Dr Gerton Lunter du Wellcome Trust Center for Human Genetics de l'Université d'Oxford, l'autre auteur principal conjoint, a expliqué : « Tout au long de l'évolution de ces espèces à partir de leurs ancêtres communs, des mutations surviennent dans l'ADN et la sélection naturelle contrecarre ces changements pour conserver un ADN utile. séquences intactes.'

L'idée des scientifiques était d'examiner où les insertions et les suppressions de morceaux d'ADN apparaissaient dans les génomes des mammifères. On pouvait s'attendre à ce que ceux-ci tombent de manière approximativement aléatoire dans la séquence - sauf lorsque la sélection naturelle agissait pour préserver l'ADN fonctionnel, où les insertions et les suppressions seraient alors plus éloignées les unes des autres.

«Nous avons découvert que 8,2 % de notre génome humain est fonctionnel», déclare le Dr Lunter. « Nous ne pouvons pas dire où se trouve chaque morceau des 8,2 % d'ADN fonctionnel dans nos génomes, mais notre approche est largement exempte de suppositions ou d'hypothèses. Par exemple, cela ne dépend pas de ce que nous savons du génome ou des expériences particulières utilisées pour identifier la fonction biologique.'

Le reste de notre génome est constitué de restes de matériel évolutif, des parties du génome qui ont subi des pertes ou des gains dans le code ADN - souvent appelé ADN « poubelle ».

« Nous avons tendance à nous attendre à ce que tout notre ADN fasse quelque chose. En réalité, seule une petite partie l'est», déclare le Dr Chris Rands, premier auteur de l'étude et ancien étudiant en doctorat de l'unité de génomique fonctionnelle du MRC à l'Université d'Oxford.

Les 8,2% ne sont pas tous aussi importants, expliquent les chercheurs.

Un peu plus de 1% de l'ADN humain représente les protéines qui effectuent presque tous les processus biologiques critiques dans le corps.

On pense que les 7 % restants sont impliqués dans l'activation et la désactivation des gènes qui codent les protéines - à différents moments, en réponse à divers facteurs et dans différentes parties du corps. Ce sont les éléments de contrôle et de régulation, et il en existe différents types.

«Les protéines produites sont pratiquement les mêmes dans chaque cellule de notre corps, de la naissance à la mort», explique le Dr Rands. "Lequel d'entre eux est allumé, où dans le corps et à quel moment, doit être contrôlé - et ce sont les 7% qui font ce travail."

En comparant les génomes de différentes espèces, les chercheurs ont découvert que bien que les gènes codant pour les protéines soient très bien conservés chez tous les mammifères, il y a un renouvellement plus élevé de la séquence d'ADN dans les régions régulatrices car cette séquence est perdue et gagnée au fil du temps.

Les mammifères qui sont plus étroitement apparentés ont une plus grande proportion de leur ADN fonctionnel en commun.

Mais seulement 2,2 % de l'ADN humain est fonctionnel et partagé avec les souris, par exemple - en raison du renouvellement élevé des régions régulatrices de l'ADN au cours des 80 millions d'années de séparation évolutive entre les deux espèces.

« L'ADN réglementaire évolue de manière beaucoup plus dynamique que nous le pensions », explique le Dr Lunter, « mais même ainsi, la plupart des changements dans le génome impliquent de l'ADN indésirable et ne sont pas pertinents ».

Il explique que bien qu'il y ait beaucoup d'ADN fonctionnel qui n'est pas partagé entre les souris et les humains, nous ne pouvons pas encore dire ce qui est nouveau et explique nos différences en tant qu'espèce, et qui est juste un système de commutation de gènes différent qui réalise le même résultat.

Le professeur Ponting est d'accord : « Il semble y avoir beaucoup de redondance dans la manière dont nos processus biologiques sont contrôlés et contrôlés. C'est comme avoir beaucoup d'interrupteurs différents dans une pièce pour allumer les lumières. Peut-être pourriez-vous vous passer d'interrupteurs sur un mur ou un autre, mais c'est toujours le même circuit électrique.

Il ajoute : « Le fait que nous n'ayons que 2,2 % d'ADN en commun avec les souris ne montre pas que nous sommes si différents. Nous ne sommes pas si spéciaux. Notre biologie fondamentale est très similaire. Chaque mammifère a approximativement la même quantité d'ADN fonctionnel et approximativement la même distribution d'ADN fonctionnel qui est très important et moins important. Biologiquement, les humains sont assez ordinaires dans l'ordre des choses, j'en ai peur.

«Je ne suis certainement pas d'avis que les souris soient de mauvais organismes modèles pour la recherche animale. Cette étude n'aborde pas vraiment ce problème », note-t-il.

L'étude a été financée par le UK Medical Research Council et le Wellcome Trust.

À propos de la division des sciences médicales de l'Université d'Oxford

La division des sciences médicales de l'Université d'Oxford est l'un des plus grands centres de recherche biomédicale d'Europe, avec plus de 2 500 personnes impliquées dans la recherche et plus de 2 800 étudiants. L'université est classée comme la meilleure au monde en médecine et abrite la meilleure école de médecine du Royaume-Uni.

De la base génétique et moléculaire de la maladie aux dernières avancées en neurosciences, Oxford est à la pointe de la recherche médicale. Il possède l'un des plus grands portefeuilles d'essais cliniques au Royaume-Uni et une grande expertise dans l'application des découvertes du laboratoire à la clinique. Les partenariats avec les NHS Trusts locaux permettent aux patients de bénéficier de liens étroits entre la recherche médicale et la prestation des soins de santé.

Une grande force de la médecine d'Oxford est son réseau de longue date d'unités de recherche clinique en Asie et en Afrique, permettant une recherche de pointe sur les défis de santé mondiaux les plus urgents tels que le paludisme, la tuberculose, le VIH/sida et la grippe. Oxford est également réputé pour ses études à grande échelle qui examinent le rôle de facteurs tels que le tabagisme, l'alcool et l'alimentation sur le cancer, les maladies cardiaques et d'autres conditions.

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Gill Slits—Notre plus grande innovation partagée?

La taille des vers glands varie de 3 ½ pouces à plus de 8 pieds, et bien que la plupart des espèces vivent dans des eaux saumâtres peu profondes, certaines vivent au fond de la mer. Le ver gland enfonce sa trompe en forme de gland dans le sable ou la boue, remuant les débris. Il dirige l'eau chargée de débris dans sa bouche à l'aide de cils et recueille non seulement de l'oxygène, mais également des bactéries, des algues et d'autres produits organiques comestibles nutritifs en le filtrant à travers ses fentes pharyngées, ou fentes branchiales. Un ver gland peut avoir des centaines de fentes branchiales, l'équipant pour une forme très efficace d'alimentation par filtre.

« Ce qui est génial avec les fentes branchiales, ce sont les grands volumes d'eau que vous pouvez faire passer à travers l'animal pour collecter la nourriture, ils permettent une filtration et une alimentation à haut débit, tandis que d'autres animaux prennent une gorgée, traitent la nourriture dans cette gorgée, expulsent le arrosez la bouche et prenez une autre gorgée », explique Rokhsar.12 Mais la signification des fentes branchiales chez cet invertébré va bien au-delà de ces observable avantages pour le ver gland et pour un scientifique soucieux de l'évolution en dit long sur le inobservable l'histoire passée de beaucoup d'autres espèces d'animaux, et même des humains.

Les évolutionnistes croient que les fentes branchiales ont évolué chez les animaux comme les vers glands pour rendre l'alimentation par filtre efficace, puis se sont transformées plus tard en branchies capturant l'oxygène et même plus tard dans diverses parties de notre gorge qui n'ont aucun rôle direct de collecte d'oxygène. Comme le dit Rokhsar, « La présence de ces fentes chez les vers glands et les vertébrés nous indique que notre dernier ancêtre commun les avait également, et était probablement un filtreur comme les vers glands aujourd'hui. La zone pharyngée de ces vers et de tous les deutérostomes est leur innovation commune la plus importante. »13

Ni les humains ni les autres mammifères n'ont de branchies à aucun moment de leur développement. Les embryons humains ont plusieurs gonflements le long du cou, de petits monticules de cellules qui se différencient en parties de la mâchoire, du visage, de l'oreille, des os de l'oreille moyenne, des glandes thyroïde et parathyroïde et de la boîte vocale. Sur la base de l'apparence superficielle et de la pensée évolutionniste, ces plis et gonflements étaient autrefois appelés fentes branchiales, poches branchiales, arcs branchiaux, ou arcs branchiaux. De nombreux manuels d'embryologie ont abandonné cette terminologie trompeuse au profit de arcs pharyngés— ce qui signifie « arches dans la région de la gorge ». Mais les auteurs pensent que les similitudes génétiques confirment une origine de fente branchiale pour eux. C'est pourquoi Rokhsar qualifie les fentes branchiales du ver gland de nos « plus importantes partagé innovation."


Les références

Warren, W.C. et al. La nature 453, 175–183 (2008).

Li, R. et al. La nature 463, 311–317 (2010).

Zhan, S., Merlin, C., Boore, J.L. & Reppert, S.M. Cellule 147, 1171–1185 (2011).

Jones, F.C. et al. La nature 484, 55–61 (2012).

Gibson, G. Science 307, 1890–1891 (2005).

Barrett, R.D.H. & amp Schluter, D. Tendances Écol. Évol. 23, 38–44 (2008).

Carroll, S.B. Cellule 134, 25–36 (2008).

Stern, D.L. & Orgogozo, V. Évolution 62, 2155–2177 (2008).

Hoekstra, H.E. & Coyne, J.A. Évolution 61, 995–1016 (2007).


Résumé

cis-les séquences régulatrices, telles que les amplificateurs et les promoteurs, contrôlent le développement et la physiologie en régulant l'expression des gènes. Les mutations qui affectent la fonction de ces séquences contribuent à la diversité phénotypique au sein et entre les espèces. Avec de nombreuses études de cas impliquant des cis-activité régulatrice de l'évolution phénotypique, les chercheurs ont récemment commencé à élucider les mécanismes génétiques et moléculaires responsables de cis- divergence réglementaire. Les approches comprennent une analyse fonctionnelle détaillée des cis-éléments de régulation et comparaison des mécanismes de régulation des gènes entre espèces à l'aide des derniers outils génomiques. Malgré le nombre limité d'études mécanistiques publiées à ce jour, ce travail montre comment cis-l'activité réglementaire peut diverger et comment les études de cis-la divergence réglementaire peut répondre à des questions de longue date sur les mécanismes génétiques de l'évolution phénotypique.


Remerciements

Nous souhaitons remercier les projets de séquençage qui ont rendu leurs données accessibles au public, et en particulier nous remercions Paul Cliften et Manolis Kellis pour l'accès anticipé aux données. Betty Gilbert et John Taylor ont fourni l'ADN génomique de la souche N. crassa, Takao Kasuga et Louise Glass ont fourni des données sur les puces à ADN de N. crassa, et Dennis Wall a fourni une assistance dans les missions d'orthologie, ce dont nous sommes reconnaissants. Nous souhaitons également remercier Michael Kobor, Joe DeRisi, David Nix et DYC pour les souches de levure et les plasmides Gary Stormo, Dan Pollard, Justin Fay et les membres du laboratoire Eisen pour leurs suggestions utiles et leur lecture critique du manuscrit Marv Wickens pour des conseils sur la recherche d'éléments 3′UTR et Eric Kelley pour beaucoup d'aide informatique. APG a été soutenu par une bourse postdoctorale de la National Science Foundation en informatique biologique, MB a été soutenu par la subvention SBDR #5P01CA092584-03 des National Institutes of Health et MBE est un boursier Pew en sciences biomédicales. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du contrat ED-AC03-76SF00098 du Département de l'énergie des États-Unis.


Redux des chimpanzés et des humains

Les différences morphologiques entre les humains modernes, les ancêtres humains et les grands singes sont le produit de changements évolutifs dans le développement. J'ai soutenu ailleurs [60] que l'évolution de traits complexes tels que la taille du cerveau, la morphologie craniofaciale, les aires corticales de la parole et du langage, la forme des mains et des doigts, la dentition et la morphologie du squelette du corps doit avoir une base hautement polygénique et largement régulatrice. Le grand et difficile défi, avec les séquences du génome des humains, des chimpanzés et d'autres mammifères maintenant disponibles, est de cartographier les changements dans les gènes aux changements dans les traits. De nombreuses approches sont adoptées, et quelques associations intrigantes de gènes candidats et l'évolution de traits particuliers ont été découvertes, comme le FOXP2 gène et l'évolution de la parole [61], et le MYH16 pseudogène de la myosine spécifique au muscle et réduction évolutive de l'appareil masticateur [62]. Ma préoccupation ici n'est pas de savoir si ces associations spécifiques ont ou non joué un rôle dans l'évolution humaine, ma préoccupation est de me concentrer exclusivement, par choix ou par nécessité, sur l'évolution des séquences codantes dans ces enquêtes génétiques de population et d'autres à l'échelle du génome. des différences entre les chimpanzés et les humains [63].

Il existe un certain décalage entre ce que les études sur les espèces modèles ont souligné - la capacité ou la suffisance des séquences régulatrices pour expliquer l'évolution des traits physiques - et quels modèles d'évolution sont implicitement ou explicitement testés lorsque seule la divergence des séquences codantes est prise en compte. Deux histoires concernant le FOXP2 gène illustrent les conclusions radicalement différentes que l'on pourrait tirer, selon les méthodologies et les hypothèses appliquées.

L'humain FOXP2 gène code pour un facteur de transcription, et des mutations au locus ont été découvertes comme étant associées à un trouble de la parole et du langage [64]. L'humain FOXP2 La protéine diffère de la protéine de gorille et de chimpanzé à seulement deux résidus, soulevant la possibilité que les deux remplacements qui se sont produits dans la lignée humaine pourraient être importants pour l'évolution de la parole et du langage. De plus, l'analyse génétique des populations indique que la FOXP2 locus a subi un balayage sélectif au cours des 200 000 dernières années de l'évolution humaine [61]. Bien qu'il serait certainement pratique que les deux modifications de la protéine FOXP2 soient fonctionnelles, l'hypothèse supplémentaire doit être considérée que des modifications régulatrices fonctionnelles pourraient s'être produites au niveau de la FOXP2 lieu. En pesant les hypothèses alternatives de FOXP2 ou l'implication potentielle de tout gène dans l'évolution de la forme (ou des circuits neuronaux), nous devons nous poser les questions suivantes. (i) Le produit du gène est-il utilisé dans plusieurs tissus ? (ii) Des mutations dans la séquence codante sont-elles connues ou susceptibles d'être pléiotropes ? (iii) Le locus contient-il plusieurs cis-éléments réglementaires ?

Si les réponses sont oui à toutes ces questions, alors l'évolution de la séquence régulatrice est le mode d'évolution le plus probable que l'évolution de la séquence codante. Pour FOXP2, cela semble être le cas. FOXP2 est exprimé en de multiples sites, non seulement dans le cerveau, mais aussi dans les poumons, le cœur et l'intestin [64,65]. Les patients avec le FOXP2 mutation ont de multiples déficits neuronaux [66]. Et parce que FOXP2 est exprimé dans différents organes et différentes régions du cerveau, il est certain de posséder de multiples éléments régulateurs. De plus, il s'agit d'un locus énorme et complexe, couvrant quelque 267 ko. Sur la base d'une simple divergence moyenne de paires de bases de 1,2 %, il devrait y avoir plus de 2 000 différences de nucléotides entre les chimpanzés et les humains au cours de cette période. Parce qu'il y a beaucoup plus de potentiel de divergence fonctionnelle dans les séquences non codantes, il n'y a aucune raison spécifique de favoriser la divergence des séquences codantes par rapport à la divergence des séquences régulatrices à FOXP2.

La découverte de FOXP2 et son association avec la parole humaine a inspiré l'examen du rôle potentiel de FOXP2 dans l'évolution de la vocalisation chez d'autres animaux, et c'est ici que des conclusions très différentes ont été tirées selon l'hypothèse testée et la méthodologie utilisée. L'apprentissage du chant a évolué dans trois ordres d'oiseaux. Il existe certaines similitudes comportementales et neuronales entre le chant des oiseaux et la parole humaine en termes d'apprentissage à des périodes critiques et d'implication des centres auditifs et moteurs et des centres cérébraux spécialisés. Une analyse comparative standard des FOXP2 les séquences codantes des humains et des oiseaux apprenant le chant et non apprenants n'ont révélé aucune substitution d'acides aminés partagée entre les oiseaux apprenant le chant et les humains, ni aucune différence fixe entre les oiseaux apprenant le chant et les oiseaux non apprenants. L'étude a conclu qu'il n'y avait « aucune preuve de son [FOXP2] au cours de l'évolution de l'apprentissage vocal chez les animaux non humains » [67].

A l'opposé, quand FOXP2 L'expression de l'ARNm et des protéines dans les cerveaux en développement et adultes d'une variété d'apprenants et de non-apprenants du chant a été examinée, une augmentation frappante de FOXP2 l'expression a été observée dans la zone X, un centre nécessaire à l'apprentissage vocal qui est absent des non-apprenants [68] (Figure 3A-3C). Cette augmentation se produit chez les diamants mandarins au cours de la période de développement au cours de laquelle l'apprentissage vocal se produit. De plus, chez les canaris adultes, les changements saisonniers de FOXP2 expression ont été observées dans la zone X, associées à des changements dans la stabilité du chant de l'oiseau (Figure 3D-3F). Ainsi, des changements remarquables dans la réglementation des FOXP2, mais pas la séquence protéique, sont corrélées au développement et à l'évolution de l'apprentissage vocal chez les oiseaux. Ces changements pourraient résulter de l'évolution de FOXP2 cis-des séquences régulatrices, ou des séquences régulatrices ou codantes de facteurs de transcription contrôlant FOXP2.


Informations sur l'auteur

Affiliations

Département de biologie computationnelle, Faculté de médecine, Université de Pittsburgh, Fifth Avenue, Pittsburgh, PA, 15260, États-Unis

Shaun Mahony & Panayiotis V Benos

Département de génétique humaine, École supérieure de santé publique, Université de Pittsburgh, DeSoto Street, Pittsburgh, PA, 15261, États-Unis

David L Corcoran, Eleanor Feingold & Panayiotis V Benos

Département de biostatistique, École supérieure de santé publique, Université de Pittsburgh, DeSoto Street, Pittsburgh, PA, 15261, États-Unis

University of Pittsburgh Cancer Institute, School of Medicine, University of Pittsburgh, Center Avenue, Pittsburgh, PA, 15232, États-Unis


Voir la vidéo: Régulation de lexpression génique - les eucaryotes (Mai 2022).