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Cartes épigénomiques montrent comment les circuits cérébraux changent de la naissance à l'âge adulte
Pour la première fois, en cartographiant l'épigénome du cerveau humain, des scientifiques ont mis en évidence des changements à grande échelle dans les circuits cérébraux humains, de la naissance à l'âge adulte.
L’équipe internationale, composée de membres de l’Université de Western Australia (UWA), de l’Institut Salk d’études biologiques en Californie et de l’Institut d’Investigation Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL) en Espagne, écrit un article publié en ligne. dans Science le 4 juillet.
Ryan Lister, professeur et biologiste des génomes de l’UWA, déclare dans un communiqué:
"Ces nouvelles connaissances serviront de base à l'étude du rôle de l'épigénome dans l'apprentissage, la formation de la mémoire, la structure du cerveau et la maladie mentale."
Alors que le génome peut être considéré comme un manuel d'instructions, contenant des plans (les gènes) pour les composants biologiques qui font notre corps, l'épigénome plus récemment découvert peut être considéré comme une autre couche d'instructions sur la façon de lire le manuel.
L'épigénome est un enregistrement des modifications chimiques qui se produisent sur l'ADN au fur et à mesure du développement de l'organisme. En continuant avec l'analogie du manuel d'instructions, c'est comme un ensemble de notes et de signets qui disent: ignorez la page 6 ou faites la page 4 en premier.
Comprendre l'épigénome est essentiel pour comprendre comment les gènes affectent la santé et la maladie sous l'influence de facteurs tels que le mode de vie, l'alimentation et l'environnement.
Maintenant, cette nouvelle étude offre une vue sans précédent de l'épigénome lors du développement du cerveau.
À l'aide d'une cartographie à haute résolution, l'équipe a découvert des schémas uniques dans l'épigénome qui se dégagent lorsque des circuits cérébraux se développent pendant l'enfance.
L'auteur principal, Joseph R. Ecker, professeur et directeur du Laboratoire d'analyse génomique de l'Institut Salk des études biologiques de Californie en Californie, affirme que leur étude révèle la reconfiguration à grande échelle de l'épigénome à mesure que les circuits cérébraux arrivent à maturité.
Au cours du développement sain du cerveau, un certain nombre de processus prennent du temps pour forger des structures complexes et des connexions entre les circuits cérébraux.
Par exemple, le cortex frontal, situé à l'avant du cerveau, est essentiel à la réflexion, à la résolution de problèmes, à la prise de décisions et à la prise de décisions.
Les deux principaux types de cellules du cortex frontal, les neurones et les cellules gliales, font des choses très différentes, mais elles ont le même modèle génomique que le code ADN, constitué des lettres A, C, G et T. La différence ils se comportent à l'épigénome.
L'une des façons dont l'épigénome contrôle l'interprétation du génome consiste à marquer les lettres C du code ADN. Ceci est fait en utilisant un processus chimique appelé méthylation de l'ADN.
Une balise permet de lire cette partie de l'ADN différemment par rapport à celle qui ne comporte pas d'étiquette: par exemple, elle pourrait faire taire un gène proche et ne code donc pas pour une protéine particulière. De cette manière, l'épigénome influence le développement de notre corps et sa capacité à faire et à différencier les types de cellules.
Pour l’étude, l’équipe a utilisé le séquençage ADN avancé pour trouver exactement où tous les C marqués se trouvaient dans le cerveau des souris et des personnes du stade de la croissance à l’adulte adulte.
Le co-premier auteur, Eran Mukamel, du laboratoire de neurobiologie computationnelle de Salk, déclare:
"Étonnamment, nous avons découvert qu'un type unique de méthylation de l'ADN émerge précisément lorsque les neurones du cerveau en développement d'un enfant créent de nouvelles connexions les uns avec les autres, essentiellement lorsque des circuits cérébraux critiques se forment."
Au début, les scientifiques pensaient que le marquage C ne se produisait que lorsqu'un C était suivi d'un G (appelé "méthylation CG"). Ensuite, ils ont découvert que la méthylation non-CG se produisait souvent dans le génome des cellules souches embryonnaires humaines.
L’équipe a également observé les deux types de méthylation de l’ADN dans les plantes et, à cause de cette expérience, ils ont abordé cette dernière étude sous un angle légèrement différent:
"Nous recherchions activement ces sites de méthylation non-CG qui n'existeraient pas largement. Notre nouvelle étude ajoute à cette image en montrant qu'une abondante méthylation non-CG existe également dans le cerveau humain", explique Lister.
Ils ont été surpris de constater que ce type unique de marquage du génome se produit presque uniquement dans les neurones et que les schémas sont assez similaires d'une personne à l'autre.
"Pendant cette période [du foetus au début de l'âge adulte], la méthylation non-CG (MCH) hautement conservée s'accumule dans les neurones, mais pas la glie, pour devenir la forme de méthylation dominante du génome neuronal humain", écrivent les auteurs.
Ainsi, ils ont découvert que l'épigénome identifiait le génome des cellules cérébrales d'une manière unique, différente des cellules du reste du corps.
La découverte est importante car des recherches antérieures suggèrent que ce type de marquage est important pour l'apprentissage, la forme de la mémoire, la plasticité du cerveau ou la flexibilité de nos circuits cérébraux.
Ecker ajoute:
"Ces résultats ont élargi nos connaissances sur le rôle unique de la méthylation de l'ADN dans le développement et la fonction du cerveau. Ils offrent un nouveau cadre pour tester le rôle de l'épigénome dans les fonctions saines et les perturbations pathologiques des circuits neuronaux."
Ecker, Lister et ses collègues ont été les premiers à cartographier l’épigénome humain tout entier.
Écrit par Catharine Paddock PhD
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