Imaginez que votre médecin vous appelle pour discuter des résultats de vos tests génétiques. Ils vous indiquent que vos résultats indiquent que vous êtes très susceptible de développer la maladie d’Alzheimer. Mais ne vous inquiétez pas, car ils l’ont attrapé tôt, vous pouvez commencer un traitement personnalisé adapté à votre maquillage génétique unique.
Aussi étrange que cela puisse paraître, les scientifiques pensent que cet avenir pourrait être à portée de main. L’étude de l’épistase – l’interaction entre les gènes qui influence nos traits physiques – soutient la clé pour débloquer de nouvelles possibilités en médecine.
L’étude de l’épistase pourrait expliquer pourquoi certaines maladies complexes semblent souvent affecter les personnes de manière aléatoire et imprévisible. Cela pourrait également conduire à des traitements plus efficaces pour les maladies complexes communes.
Des chercheurs de notre Centre de recherche sur la santé australien (AEHRC) font progresser notre compréhension de l’épistase et de son rôle dans les maladies complexes.
L’épistase est donc devenue un sujet brûlant parmi les généticiens.
Expression du gène 101
Pour comprendre l’épistase, il est utile de connaître les bases du fonctionnement des gènes.
Les gènes sont les plans pour tous les êtres vivants. Ils sont composés d’ADN, passés d’un parent à l’autre. Cet ADN contient des instructions sur la façon dont un organisme devrait grandir et fonctionner.
Les humains ont environ 20 000 gènes chargés de décider de nos traits physiques et biologiques.
Chaque gène porte le code pour une fonction ou un trait spécifique, comme la couleur des yeux ou le groupe sanguin. Bien que les gènes déterminent les possibilités de ces traits, ce sont les allèles qui déterminent l’expression spécifique de ces traits.
Bien que les termes gène et allèle soient souvent utilisés de manière interchangeable, il y a une différence. Les allèles sont des sous -variants du même gène. Chaque personne reçoit généralement deux allèles pour chaque gène – un allèle de sa mère et un de son père.
Ces allèles travaillent ensemble pour déterminer le trait physique qui en résulte. Par exemple, vous pourriez hériter d’un allèle pour les yeux bruns de votre mère et un pour les yeux bleus de votre père. Ces allèles interagissent les uns avec les autres pour influencer les yeux de couleur que vous aurez – brun dans ce cas, car les yeux bruns sont un trait dominant.
Ces types d’interactions entre les allèles dominants, non dominants et récessifs (appelés interactions gènes non épisnatiques) sont bien étudiés et compris.
Les interactions épistatiques, en revanche, sont moins bien comprises.
Épistasis: la vie secrète des gènes
Dans les interactions épistatiques, les effets d’un ou plusieurs gènes sont supprimés ou modifiés.
Ces changements dans la façon dont les gènes sont exprimés peuvent influencer les traits physiques d’un organisme.
Par exemple, tous les retrievers du Labrador héritent des gènes qui leur donnent un manteau brun ou noir, mais une interaction épistatique courante empêchant les gènes de leur couleur de manteau d’exprimer donne à des couches dorées de Labrador Retrievers.
Mais toutes les interactions épistatiques ne se révèlent pas aussi adorables.
Les interactions épistatiques ont également été liées à des maladies humaines comme la maladie d’Alzheimer et les maladies cardiovasculaires, le diabète et le cancer.
Les chercheurs pensent que l’étude des interactions plus épistatiques les aidera à expliquer enfin pourquoi certaines personnes développent des maladies, tandis que d’autres non similaires non similaires.
Ce mystère, connu sous le nom de problème de l’héritabilité manquante, a tourmenté les généticiens depuis des décennies.
Le mystère de l’héritabilité manquante
Le problème de l’héritabilité manquante décrit le fait que les scientifiques ne savent toujours pas exactement comment les gènes contribuent aux traits et aux maladies.
On ne sait toujours pas pourquoi certaines personnes développent des maladies comme la maladie d’Alzheimer, tandis que d’autres avec des gènes similaires ne le font pas.
Pour essayer de répondre à cette question, les scientifiques ont mené des études d’association à l’échelle jumelle et à l’échelle du génome (GWAS).
Les GWAS impliquent l’analyse du génome (l’ensemble de l’ADN) d’un grand groupe de personnes à la recherche de gènes spécifiques (appelés gènes candidats). Ce sont généralement des gènes soupçonnés d’influencer une maladie.
Ces études visent à trouver une corrélation entre les personnes avec les gènes candidats et les personnes atteintes d’une maladie.
Au fil du temps, cependant, les scientifiques ont découvert que la présence de gènes candidats n’est pas une indication fiable que quelqu’un développera une maladie.
De même, dans les études jumelles, qui analysent l’ADN d’individus étroitement liés (comme les jumeaux), les scientifiques n’ont pas été en mesure d’expliquer pourquoi l’un pourrait développer une maladie, alors que l’autre ne le fera pas.
Tout cela indique fortement que notre prédisposition à la maladie est déterminée par une combinaison de nombreux gènes différents et de leurs interactions.
De la recherche à la révolution
La recherche en épistasis a le potentiel de débloquer des percées incroyables en médecine.
L’étude des interactions épistatiques pourrait aider les chercheurs à trouver des marqueurs génétiques fiables pour les maladies communes.
Ces connaissances permettraient aux professionnels de la santé de fournir aux patients des soins de précision (traitement hautement individualisé) adaptés à leurs données génétiques uniques.
Il deviendrait également plus facile pour les cliniciens d’identifier la prédisposition des patients aux maladies génétiques tôt, peut-être avant même que les symptômes n’émergent. Cela aiderait les personnes diagnostiquées avec des maladies génétiques à accéder au traitement, à l’intervention et au soutien précoces.
Cependant, les chercheurs ont encore un long chemin à parcourir.
Trouver de nouvelles interactions épistatiques est extrêmement difficile en raison du nombre de combinaisons de gènes et de possibilités statistiques que les chercheurs doivent considérer. Après tout, les humains ont 20 000 gènes et des combinaisons interminables d’interactions épistatiques.
Les chercheurs ont longtemps jugé impossible de découvrir les interactions épistatiques responsables des maladies communes. Mais les progrès de la technologie comme l’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique (ML) ont renouvelé leurs espoirs.
Détecter l’épistase avec une technologie de pointe
Notre équipe Genome Insights utilise les dernières technologies pour faire progresser la détection de l’épistase et nous rapprocher de la compréhension de l’héritabilité manquante.
En 2021, l’équipe a utilisé ML pour développer un outil logiciel pionnier nommé BitePI capable de traiter de grandes quantités de données génomiques pour cartographier les interactions épistatiques entre jusqu’à quatre gènes.
Jusqu’à présent, BitePI et VariantSpark, une plate-forme d’analyse du génome basée sur le cloud, ont aidé l’équipe à identifier deux nouvelles variantes génétiques associées à la maladie d’Alzheimer. Ils ont également mis au jour 95 nouvelles interactions gènes qui pourraient influencer les effets des variantes chez Alzheimer.
L’équipe a unie des experts mondiaux de l’épistasis pour évaluer les méthodes les plus efficaces de détection de l’épistasis, tout en favorisant l’échange libre des connaissances et de la collaboration.
Bien que la recherche en épistasis soit toujours confrontée à de nombreux défis, nos chercheurs sont déterminés à trouver des solutions innovantes. À mesure que les nouvelles technologies émergent, la promesse d’épistase de révolutionner la prédiction, la prévention et le traitement des maladies n’augmentera.
