Duplication de gènes et le mystère du TBC1D3

La duplication génique, c'est le process où un gène se fait copier, ce qui donne deux ou plusieurs copies dans un génome. Ce truc est super important pour l'évolution, parce qu'il aide de nouveaux gènes à émerger chez différentes espèces. Pas mal de ces duplications se passent dans des régions spécifiques du génome qu'on appelle les duplications segmentaires. Ces duplications segmentaires peuvent être grandes, avec au moins 1 000 paires de bases, et les copies se ressemblent beaucoup.

Chez les humains, de nombreux gènes uniques à notre espèce se trouvent dans ces régions dupliquées. Avec le temps, ces gènes changent, ce qui fait penser qu'ils jouent un rôle dans notre évolution par rapport aux autres primates. Des études ont montré que les gènes spécifiques aux humains sont souvent liés à des fonctions importantes comme la reconnaissance de substances étrangères, la gestion du métabolisme, le soutien des réponses immunitaires et l'aide au développement du cerveau.

#Focus sur le gène TBC1D3

Un gène qui est intéressant, c'est la famille TBC1D3, qu'on trouve uniquement chez les primates. Cette famille de gènes est éparpillée sur le chromosome 17 chez les humains. La plupart des copies de TBC1D3 sont situées dans deux grandes zones sur ce chromosome. Les recherches indiquent que TBC1D3 est exprimé dans divers tissus, avec des niveaux plus élevés dans les testicules et le cerveau. Au départ, TBC1D3 était lié au cancer à cause de sa présence dans des échantillons de tumeurs de la prostate. Mais d'autres études ont montré que TBC1D3 pourrait jouer un rôle dans le développement du cerveau en favorisant la croissance de certaines cellules cérébrales durant le développement chez les souris.

Les scientifiques ont proposé deux idées principales sur comment TBC1D3 influence la croissance cellulaire. Une suggestion, c'est qu'il aide à stimuler la croissance via certains chemins liés aux facteurs de croissance. L'autre idée, c'est que TBC1D3 s'oppose à une enzyme spécifique, ce qui entraîne une augmentation de la croissance des cellules cérébrales.

#Variation humaine dans TBC1D3

L'organisation et le nombre de copies de TBC1D3 varient beaucoup entre les humains. La recherche a utilisé différentes techniques d'assemblage pour estimer combien de copies de TBC1D3 existent dans divers génomes humains. Par exemple, les données d'assemblage montrent une large gamme de copies de TBC1D3 dans différentes populations humaines. En moyenne, les individus d'Afrique ont tendance à avoir un plus grand nombre de copies de TBC1D3 que ceux d'autres régions.

Quand les chercheurs ont examiné de près le gène TBC1D3 dans différents génomes humains, ils ont trouvé que beaucoup d'individus avaient des structures uniques à ces emplacements de gènes. La diversité parmi ces copies de gènes est significative, et environ 94 % des variations structurales existent entre les individus à certains endroits.

#Analyse comparative avec des primates non humains

Pour mieux comprendre TBC1D3, les chercheurs l'ont comparé entre différents primates. Ils ont étudié les génomes de plusieurs espèces, y compris les grands singes, les singes de l'Ancien Monde, les singes du Nouveau Monde, et même des prosimiens comme les lémuriens. L'analyse a montré que la plupart des primates ont plusieurs copies de TBC1D3, avec des nombres variant beaucoup selon les espèces. Par exemple, les ouistitis ont deux copies, tandis que les geladas et les gibbons peuvent en avoir jusqu'à 31.

Fait intéressant, alors que certains primates ont des grappes similaires de TBC1D3, d'autres ont connu des changements structurels différents. Par exemple, les bonobos et les chimpanzés ont moins de copies que les humains à certains endroits. Ça suggère que les copies de TBC1D3 chez les humains ont augmenté en nombre par rapport à nos plus proches parents.

#Réarrangements Chromosomiques et TBC1D3

Une découverte notable dans l'analyse comparative était que TBC1D3 apparaît souvent près des zones sur les chromosomes où de grands réarrangements ont eu lieu. Les chercheurs ont étudié ces relations en détail, observant comment TBC1D3 est situé aux bords d'inversions chromosomiques significatives. Une inversion, c'est quand des segments d'un chromosome sont retournés.

La présence de TBC1D3 près de ces zones réarrangées suggère qu'il pourrait être impliqué dans ou affecté par ces changements dans la structure chromosomique au fil du temps. D'autres tests ont confirmé que TBC1D3 est significativement associé aux points de rupture dans la structure chromosomique.

#Expression et fonction de TBC1D3

Comprendre comment TBC1D3 s'exprime chez les humains aide à clarifier son rôle. Les chercheurs ont analysé l'ARN produit par TBC1D3 dans plusieurs espèces de grands singes et ont trouvé que TBC1D3 est actif chez tous les primates étudiés. Le gène conserve une structure similaire avec 14 exons, mais il y a quelques différences dans la façon dont ces exons sont utilisés chez différentes espèces.

Chez les humains, TBC1D3 a une particularité : une délétion de 43 paires de bases dans sa séquence qui mène à une section ajoutée à la fin de la protéine. Cette extension n'est pas présente chez les autres primates, ce qui suggère une adaptation spécifique chez les humains.

#Sélection Positive chez les grands singes africains

La recherche a aussi examiné si TBC1D3 a subi une sélection positive, ce qui signifie que certaines caractéristiques sont favorisées sur le plan évolutif. Des preuves suggèrent que TBC1D3 chez les grands singes africains est sous sélection positive, surtout parmi les copies trouvées dans les deux premiers groupes. Cette sélection a probablement eu lieu après que ces espèces se soient séparées des orangs-outans.

Les scientifiques ont identifié plusieurs sites dans la protéine TBC1D3 qui ont subi des changements à cause de cette pression de sélection. Ces changements pourraient contribuer aux différentes fonctions de TBC1D3 entre les espèces.

#Caractérisation pangenomique de TBC1D3 chez les humains

Étant donné la variété des copies de TBC1D3 parmi les populations humaines, les scientifiques ont adopté une approche pangenomique pour catégoriser et analyser ces variantes de gènes. Ils ont découvert que beaucoup de copies de TBC1D3 sont uniques à des individus spécifiques et qu'il y a au moins 11 groupes distincts au sein de la famille TBC1D3 chez les humains.

Certains groupes de TBC1D3 nouvellement identifiés n'étaient pas présents dans les assemblages précédents du génome humain. Il existe aussi des variations dans les structures de ces copies de gènes parmi différentes populations humaines, ce qui indique une riche histoire d'évolution pour cette famille de gènes.

#Modèles d'expression et implications

En utilisant un séquençage extensif de divers tissus humains, les chercheurs ont examiné quelles copies de TBC1D3 sont activement exprimées. Il a été trouvé que la plupart de l'expression provient de copies dans le groupe 2, spécifiquement d'un groupe appelé TBC1D3-CDKL. Ce modèle d'expression particulier pourrait éclairer pourquoi TBC1D3 montre une variation considérable dans le nombre de copies chez les individus : seulement un nombre limité de copies sont fonctionnellement actives.

Ce scénario est similaire à celui d'autres familles de gènes, où seules quelques copies sont exprimées alors que d'autres restent inactives. L'expression unique de TBC1D3 dans des contextes spécifiques pourrait permettre à cette famille de gènes de jouer des rôles cruciaux dans certains chemins biologiques sans être complètement représentée dans chaque copie.

#Conclusion et perspectives futures

L'étude de TBC1D3 offre une fenêtre intéressante sur les changements génétiques qui ont façonné notre évolution. La capacité du gène à se dupliquer et à varier entre les individus, tout en contribuant à des fonctions importantes, en fait un point d'intérêt pour comprendre notre unicité humaine.

Les recherches futures examineront comment ces variations dans TBC1D3 fonctionnent et comment elles peuvent être impliquées dans des processus de développement spécifiques. Les changements spécifiques aux humains, comme le terminus carboxy unique, seront aussi essentiels à explorer plus avant, car comprendre leur rôle pourrait révéler pourquoi ces adaptations ont été bénéfiques dans notre histoire évolutive. Dans l'ensemble, l'exploration de TBC1D3 promet d'approfondir notre compréhension du contexte génétique du développement et de l'évolution humaine.