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Les prions sont-ils un moteur important de l'évolution ?

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Je comprends que les prions ont été impliqués dans la transmission d'informations épigénétiques[1]. Les prions jouent-ils un rôle important dans l'évolution des organismes ?

  1. Alberti S, Halfmann R, King O, Kapila A, Lindquist S. 2009. Une enquête systématique identifie les prions et éclaire les caractéristiques de séquence des protéines prionogènes. Cellule 137 : 146-58.

Il est proposé que les prions soient un bon mécanisme pour « tester » la variation phénotypique.

Il existe de nombreuses protéines identifiées avec des domaines déterminant les prions (PrD) dans le génome de la levure qui peuvent basculer spontanément entre les conformations avec une faible probabilité (par exemple : consultez SUP35 pour un exemple et [1] pour un bon aperçu d'autres). La théorie est que :

  1. la faible probabilité de passer de l'état non prion à l'état prion permet à beaucoup plus de mutations et de variations de s'accumuler - générant une plus grande diversité génétique que dans la variabilité génique exprimée standard où la plupart des mutations sont silencieuses ou préjudiciables
  2. les prions fournissent une forme prête d'héritabilité non permanente qui peut être "testée" par la progéniture et d'autres dans une colonie d'organismes - cela peut être particulièrement bénéfique lors de changements temporaires de l'environnement, par exemple
  3. si le phénotype du prion réussit largement, une pression sélective peut facilement le transformer en un élément plus permanent du génome.

Découvrez l'excellent article publié la semaine dernière dans Nature explorant ce sujet [2]. Pour donner une idée à quel point les prions peuvent être avantageux sur le plan de l'évolution, dans les expériences et les analyses de l'auteur, ils notent que 40 % des traits de prions qu'ils ont analysés étaient bénéfiques pour la croissance (par exemple : dans la souche de papier UCD939 acquiert une résistance supplémentaire aux conditions acides de le prion [PSI+]).

Dans l'hypothèse de ces hypothèses, les prions joueraient ainsi un rôle important dans l'évolution et la variabilité des organismes.

[1] Corbeau, et. Al. 2011. doi:10.1016/j.semcdb.2011.03.003

[2] Halfmann, et. Al. 2012. doi: 10.1038/nature10875


Protéines de type prion comme dispositifs épigénétiques d'adaptation au stress

Les modifications épigénétiques permettent aux cellules de modifier rapidement leur expression génique et de s'adapter à différents stress. En plus des modifications directes de la chromatine, les protéines de type prion sont récemment apparues comme un système capable de détecter et d'adapter la réponse cellulaire aux conditions de stress. Il est intéressant de noter que de telles réponses sont maintenues par des conformations auto-modèles de prions et transmises à la descendance de la cellule qui a établi un trait de prion. Alternativement, les mnémons sont des protéines de type prion dont le commutateur conformationnel code des souvenirs d'événements passés et pourtant ne se propage pas aux cellules filles. Dans cette revue, nous explorons la biologie des prions récemment décrits trouvés dans Saccharomyces cerevisiae comprenant [ESI + ], [SMAUG + ], [GAR + ], [CT3 + ], [MOD + ], [LSB + ] ainsi que le mnémonique Whi3. La réversibilité des phénotypes qu'elles codent permet aux cellules d'éliminer les traits qui ne sont plus adaptatifs en cas de soulagement du stress et les chaperons jouent un rôle fondamental dans toutes les étapes des fonctions des protéines de type prion. Ainsi, l'interaction entre les chaperons et les protéines de type prion fournit un cadre pour établir des réponses à des environnements difficiles.


Chercheurs : la culture est le moteur de l'évolution humaine plus que la génétique

Crédit : CC0 Domaine Public

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université du Maine ont découvert que la culture aide les humains à s'adapter à leur environnement et à surmonter les défis mieux et plus rapidement que la génétique.

Après avoir effectué un examen approfondi de la littérature et des preuves de l'évolution humaine à long terme, les scientifiques Tim Waring et Zach Wood ont conclu que les humains vivent une « transition évolutive spéciale » dans laquelle l'importance de la culture, comme les connaissances, les pratiques et les compétences acquises, dépasse la valeur des gènes en tant que principal moteur de l'évolution humaine.

La culture est un facteur sous-estimé dans l'évolution humaine, dit Waring. Comme les gènes, la culture aide les gens à s'adapter à leur environnement et à relever les défis de la survie et de la reproduction. La culture, cependant, le fait plus efficacement que les gènes, car le transfert de connaissances est plus rapide et plus flexible que l'héritage des gènes, selon Waring et Wood.

La culture est un mécanisme d'adaptation plus puissant pour plusieurs raisons, dit Waring. C'est plus rapide : le transfert de gènes n'a lieu qu'une fois par génération, tandis que les pratiques culturelles peuvent être rapidement apprises et fréquemment mises à jour. La culture est également plus flexible que les gènes : le transfert de gènes est rigide et limité aux informations génétiques des deux parents, tandis que la transmission culturelle est basée sur un apprentissage humain flexible et effectivement illimitée avec la possibilité d'utiliser les informations des pairs et des experts bien au-delà des parents. En conséquence, l'évolution culturelle est un type d'adaptation plus fort que l'ancienne génétique.

Waring, professeur agrégé de modélisation des systèmes socio-écologiques, et Wood, chercheur associé postdoctoral à l'École de biologie et d'écologie, viennent de publier leurs conclusions dans une revue de la littérature dans le Actes de la Royal Society B, la revue phare de recherche biologique de la Royal Society à Londres.

"Cette recherche explique pourquoi les humains sont une espèce si unique. Nous évoluons à la fois génétiquement et culturellement au fil du temps, mais nous devenons lentement de plus en plus culturels et de moins en moins génétiques", explique Waring.

La culture a influencé la façon dont les humains survivent et évoluent depuis des millénaires. Selon Waring et Wood, la combinaison de la culture et des gènes a alimenté plusieurs adaptations clés chez l'homme, telles qu'une agression réduite, des inclinations coopératives, des capacités de collaboration et la capacité d'apprentissage social. De plus en plus, suggèrent les chercheurs, les adaptations humaines sont dirigées par la culture et nécessitent des gènes pour s'adapter.

Waring et Wood disent que la culture est également spéciale d'une manière importante : elle est fortement axée sur le groupe. Des facteurs tels que la conformité, l'identité sociale et les normes et institutions partagées - des facteurs qui n'ont pas d'équivalent génétique - rendent l'évolution culturelle très axée sur le groupe, selon les chercheurs. Par conséquent, la concurrence entre les groupes culturellement organisés propulse des adaptations telles que de nouvelles normes de coopération et de nouveaux systèmes sociaux qui aident les groupes à mieux survivre ensemble.

Selon les chercheurs, « les groupes culturellement organisés semblent résoudre les problèmes d'adaptation plus facilement que les individus, grâce à la valeur ajoutée de l'apprentissage social et de la transmission culturelle en groupe ». Les adaptations culturelles peuvent également se produire plus rapidement dans les grands groupes que dans les petits.

Avec des groupes qui dirigent principalement la culture et la culture alimentant désormais l'évolution humaine plus que la génétique, Waring et Wood ont découvert que l'évolution elle-même est devenue davantage axée sur le groupe.

« À très long terme, nous suggérons que les humains évoluent d'organismes génétiques individuels vers des groupes culturels qui fonctionnent comme des super-organismes, similaires aux colonies de fourmis et aux ruches », explique Waring. « La métaphore de la 'société en tant qu'organisme' n'est pas si métaphorique après tout. Cette idée peut aider la société à mieux comprendre comment les individus peuvent s'intégrer dans un système bien organisé et mutuellement bénéfique. Prenez la pandémie de coronavirus, par exemple. Un programme national efficace de riposte aux épidémies est vraiment un système immunitaire national, et nous pouvons donc apprendre directement de la façon dont les systèmes immunitaires fonctionnent pour améliorer notre réponse COVID. »


Pièges génétiques de l'ablation du gène PrP C

Peu de temps après que la PrP Sc a été proposée comme agent causal des maladies à prions, Prnp Des souris knock-out dépourvues de PrP C ont été générées afin de répondre à la question de savoir si la perte de la fonction physiologique de la PrP C conduirait à une neurodégénérescence dans les maladies à prions. La première Prnp souche de souris nulle, désignée Prnp -/- , ou Zurich I (ZrchI, Prnp ZH1/ZH1 ), a été produit dans un fond mixte C57BL/6 J × 129/Sv(ev) [28] et une deuxième lignée de souris déficientes en PrP C, connue sous le nom de Npu ou Edinburgh (Edbg), a été produite avec un Fond génétique 129/Ola [29]. Dans un premier cycle de caractérisation, ces souris n'ont montré aucune anomalie claire, à l'exception de leur résistance à l'infection à prions [30]. Ils se sont développés et se sont reproduits normalement, et bien qu'ils aient affiché de subtiles altérations de comportement [28], leur normalité par ailleurs apparente semblait exclure une fonction physiologique de la PrP C qui est essentielle à la vie. S'il y en a un, il est hautement redondant ou il peut être compensé. Souris déficientes en PrP C dont la totalité Prnp gène a été retiré [31,32,33,34] développer une ataxie cérébelleuse progressive, qui a été attribuée à l'origine à la perte de PrP C, mais a été découvert plus tard comme étant due à la délétion d'un site accepteur d'épissage dans l'exon 3 de Prnp [35]. Cela a conduit à une surexpression aberrante du gène paralogue PrP C (Prnd) codant pour Doppel (Dpl) [36, 37], provoquant une neurodégénérescence sélective des cellules de Purkinje cérébelleuses. Notamment, la réintroduction de Prnp chez la souris surexprimant Prnd dans le cerveau a sauvé le phénotype, suggérant un lien fonctionnel entre les deux protéines [38].

Plus tard, en utilisant le système Cre-loxP, des souris NFH-Cre/tg37 knock-out pour la PrP C conditionnelle ont été générées pour examiner les effets de l'épuisement aigu de la PrP C sur la viabilité et la fonction neuronales dans le cerveau d'adultes de 9 semaines. Cette approche a été pensée pour éviter les mécanismes compensatoires actifs au stade embryonnaire qui auraient masqué les phénotypes de perte de fonction de la PrP C [39]. Encore une fois, l'épuisement de la PrP C neuronale chez les souris adultes n'a pas entraîné de neurodégénérescence ou de changements histopathologiques, mais a conduit à de subtiles anomalies électrophysiologiques dans l'hippocampe (tableau 1). Un examen plus approfondi des différentes fonctions neuronales et autres cellules chez les souris ayant subi une ablation de la PrP C a révélé un certain nombre de différences par rapport aux souris de type sauvage qui ont été attribuées à la fonction physiologique de la PrP C . Alors que certaines de ces études étaient cohérentes entre différentes lignées déficientes en PrP C, d'autres ont donné des résultats contradictoires selon les méthodologies et les modèles de souris utilisés (tableau 2).

Il a été démontré qu'un facteur de confusion génétique sous-tend certaines de ces incohérences [40, 41]. Pendant de nombreuses années, les allèles knock-out ont généralement été créés dans des cellules souches embryonnaires de la souche de souris Sv129, et les souris résultantes ont été rétrocroisées avec des souris C57BL/6 [42]. Cette pratique conduit généralement à une ségrégation mendélienne variable et mal contrôlée des allèles polymorphes dont la distribution dépend de leur lien génétique avec l'allèle knock-out. Tous Prnp Des lignées de souris knockout ont été générées de cette manière à l'exception de la souris « Edimbourg », qui a été maintenue dans un fond 129 pur [42]. Même après plus de 12 générations de rétrocroisements, une petite partie du chromosome autour du Prnp locus provient toujours de la souche 129, ce qui soulève la question de savoir si les phénotypes observés étaient en fait dus à des polymorphismes dans les gènes flanquants Prnp. En effet, nous avons trouvé que SIRPα, un polymorphe Prnp-gène flanquant, est en fait responsable d'un prétendu Prnp -/- phénotype : l'inhibition de la phagocytose des macrophages des cellules apoptotiques qui a été observée chez les souris déficientes en PrP C avec un fond génétique mixte mais pas chez les souris co-isogéniques Prnp -/- souris [40]. Récemment, une nouvelle souche de souris déficiente en PrP C, Prnp ZH3/ZH3 , a été produit dans notre laboratoire en utilisant l'édition du génome induite par TALEN dans des ovocytes de souris fécondés et maintenu dans un fond génétique C57BL/6 J pur [42]. Ces C57BL/6 J- strictement co-isogéniquesPrnp Les souris ZH3/ZH3 ne diffèrent des souris de type sauvage que par huit nucléotides supprimés dans le Prnp cadre de lecture. Afin d'améliorer la qualité des études sur la fonction de la protéine prion cellulaire, nous distribuons Prnp Souris ZH3/ZH3 sans demander aucun type d'accord de transfert de matériel, permettant ainsi des études futures mieux contrôlées. Compte tenu de la large disponibilité de Prnp Souris ZH3/ZH3, nous soutenons que l'utilisation de souris déficientes en PrP C à fond mixte est obsolète et sujette à des artefacts.

D'autres espèces de mammifères nous en apprennent-elles plus sur la fonction de la PrP C ? Le gène codant pour la PrP C a fait l'objet d'une ablation expérimentale chez les bovins [43] et les caprins [44], et une Prnp chèvre knock-out a été rapporté [45]. Bien qu'aucun phénotype pathologique n'ait été signalé chez aucun de ces animaux, il peut être gratifiant d'effectuer des enquêtes spécifiques sur ces animaux, par exemple, concernant l'intégrité du système nerveux périphérique à un âge avancé.

Un grand ensemble de données génomiques humaines a été analysé pour quantifier la pénétrance des variantes du gène humain PrP C (PRNP) dans la maladie à prions [46]. Étonnamment, des variantes hétérozygotes de perte de fonction ont été identifiées chez trois individus. Ces personnes dans la cinquantaine et la soixantaine sont probablement en bonne santé, et aucun signe d'anomalie neurologique ou de neuropathie périphérique n'a été documenté. Ce résultat suggère que la perte hétérozygote de PRNP chez l'homme peut ne pas être haploinsuffisant. Il reste à évaluer, cependant, si la délétion homozygote et donc la perte complète de la PrP C peuvent créer une maladie chez l'homme.


Modélisation des maladies à prions chez les mouches

Suite au succès de ces modèles, la modélisation des maladies à prions chez les mouches aurait dû être simple. Après tout, la protéine prion de type sauvage (PrP) se replie et s'agrège spontanément dans la maladie de Creutzfeldt-Jakob (sMCJ) et d'autres troubles à prions, tandis que des mutations dans la Prnp Le gène codant pour la PrP conduit à l'hérédité familiale d'autres prionopathies telles que la MCJ familiale, l'insomnie familiale fatale et le syndrome de Gerstmann-Sträusssler-Scheinker (GSS). Cependant, le développement de modèles drosophiles de troubles à prions a été difficile. La première tentative d'induire une neuropathologie à prions par T. Kornberg et S. Prusiner n'a entraîné aucun effet dégénératif. 29 Ici, les auteurs ont utilisé le promoteur Hsp70 pour induire l'expression de la PrP de type sauvage du hamster syrien, qui a été activée par des impulsions de chaleur. Il est possible que ce système ne puisse pas fournir des niveaux élevés et soutenus de PrP ou que les chocs thermiques répétés aient activé des chaperons protecteurs, entraînant de faibles niveaux de PrP mal repliée et une faible toxicité. Quelques années plus tard, D. Harris et S. Supattapone ont exprimé une version sauvage de la PrP de souris (MoPrP) et un mutant octarepeat (PG14) associé à une maladie familiale sous le contrôle du système UAS/Gal4. 30 Étonnamment, les mouches semblaient accumuler très peu de PrP mutante dans le cerveau par rapport aux yeux, suggérant que les mouches possédaient un mécanisme qui empêchait son accumulation. Ces deux études ont conduit à la conclusion que la drosophile n'était pas un bon modèle pour étudier les maladies à prions. Plus récemment, le groupe Supattapone a essayé un autre mutant PrP qui conduit au GSS chez l'homme. Cette fois, ils ont rapporté que l'expression de MoPrPP 101L induisait une dégénérescence cérébrale associée à l'agrégation de PrP. 31 Cependant, les mouches âgées n'ont pas accumulé de conformères de PrP insolubles dans les détergents ou résistants à la PK, manquant ainsi deux caractéristiques distinctives de la PrP pathogène. Malheureusement, un modèle avec ces caractéristiques aurait une application pratique limitée dans l'étude de la PrP.

Compte tenu de notre expérience antérieure dans la modélisation de SCA1, la maladie de Huntington et la maladie d'Alzheimer chez les mouches, 18, 24, 32, 33, nous avons pensé qu'il devrait être possible de créer un modèle pertinent de neurotoxicité des prions chez les mouches. Nous avons décidé de développer un modèle de mouche du trouble à prions sporadique, le type le plus courant de maladie à prions affectant 80 % de tous les patients, en exprimant la PrP de type sauvage. En essayant d'éviter certains des pièges décrits par d'autres chercheurs, nous avons accordé une attention particulière à ce que nous considérions comme les deux problèmes les plus importants : choisir l'espèce de la construction PrP et induire des niveaux d'expression élevés. En ce qui concerne les espèces de PrP, nous avons émis l'hypothèse que la progression accélérée de la maladie observée chez les hamsters pourrait être due à une faible stabilité conformationnelle qui favorise une conversion efficace en conformères pathogènes. Inspirés par cette idée et suivant les traces de Prusiner, nous avons créé des mouches transgéniques exprimant la PrP de type sauvage du hamster syrien (HaPrP) sous le contrôle de l'UAS. Ensuite, nous avons sélectionné des lignées exprimant les niveaux les plus élevés de PrP comme indiqué par RT-PCR quantitative et western blot, et avons utilisé ces lignées pour nos expériences. Fait intéressant, l'accumulation de HaPrP dans le cerveau semblait plus faible que dans les yeux, confirmant les observations précédentes selon lesquelles il pourrait y avoir des mécanismes actifs pour dégrader la PrP dans les cellules cérébrales. Pour surmonter cela, nous avons identifié de fortes souches Gal4 exprimées soit dans l'ensemble du cerveau, soit dans des zones cérébrales spécifiques avec une morphologie bien caractérisée. L'expression de HaPrP de type sauvage avec ces souches Gal4 a conduit à une dégénérescence neuronale dans le cerveau en seulement 30 jours, et nous avons observé que les neurones du cerveau subissent une vacuolisation spongiforme par des études ultrastructurales. 34 Ensuite, nous avons examiné si des changements conformationnels spécifiques de la PrP étaient associés à ces phénotypes dégénératifs. Nous avons constaté que la HaPrP de type sauvage subit une insolubilité progressive dans le détergent non ionique sarkosyl, une constatation typique lors de la conversion des prions. Ensuite, nous avons montré que HaPrP subit des changements conformationnels comparables à ceux de la PrP Sc , comme le démontre sa résistance à un agent dénaturant (guanidinium) et son immunoréactivité contre l'anticorps conformationnel 15B3. Cependant, les mouches n'ont pas accumulé de PrP résistante à la protéinase K, ce qui indique que la PrP de type sauvage peut induire une dégénérescence spongiforme en l'absence de sa conformation prototype PrP Sc.

Après avoir démontré que HaPrP se replie mal et subit des changements de conformation pertinents chez les mouches transgéniques, nous nous sommes demandé si le chaperon moléculaire le plus puissant de la cellule, Hsp70, pouvait interagir et interférer avec le mauvais repliement de HaPrP. Pour cela, nous avons produit des mouches co-exprimant HaPrP et Hsp70 humaine (don de N. Bonini) et, ensuite, nous avons réexaminé la neurotoxicité et les propriétés biochimiques de HaPrP. Chez ces mouches, la neurotoxicité de la PrP est réduite ainsi que la capacité de la PrP à s'accumuler dans des conformations mal repliées. La question suivante était de déterminer si l'effet protecteur de Hsp70 impliquait une interaction directe avec la PrP. Nous l'avons confirmé dans des expériences de pull-down et de co-immunoprécipitation. 34 Il est important de noter que la Co-IP a été empêchée en ajoutant de l'ATP à l'homogénat, ce qui entraîne le cycle de Hsp70 et la libération de son substrat. Ces résultats, bien qu'intéressants, nous ont conduits à un paradoxe : comment Hsp70 peut-elle interagir avec la PrP si ces deux protéines occupent des domaines subcellulaires distincts ? Hsp70 est une protéine cytosolique, tandis que la PrP est sécrétée et ancrée à l'aspect extracellulaire de la membrane plasmique, ne leur laissant aucune possibilité d'interagir.Nos propres observations ont confirmé la ségrégation de ces deux protéines dans les préparations microsomales de jeunes mouches (jour 1 post-éclosion), toutes les Hsp70 allant à la fraction cytosolique et toutes les PrP allant aux membranes ( 1A ). Cependant, à mesure que les mouches vieillissaient et que les propriétés conformationnelles de la PrP changeaient, la distribution subcellulaire de Hsp70 changeait également, suivant la PrP dans les domaines membranaires ( 1B ). En effet, nous avons montré que chez les mouches plus âgées exprimant HaPrP, Hsp70 peut coloniser le radeau lipidique, un domaine hautement spécialisé de la membrane plasmique. Cette observation est importante car il a été proposé que le radeau lipidique soit le lieu physique où la conversion de la PrP a lieu. 35 Ainsi, grâce à l'utilisation de plusieurs techniques, dont le comportement locomoteur, l'histologie et la biochimie, nous avons identifié un nouveau régulateur puissant du mauvais repliement de la PrP in vivo.

Hsp70 colonise les domaines membranaires en réponse au mauvais repliement de la PrP. (A) Dans des conditions normales, la PrP est synthétisée dans le RE, modifiée dans le réseau trans-Golgi (TGN) et sécrétée par les exosomes dans la membrane plasmique (PM), où elle reste attachée par une ancre GPI. D'autre part, Hsp70 reste dans le cytosol où elle contribue au repliement des protéines naissantes et au contrôle de la qualité des protéines. (B) Dans des conditions pathologiques, la PrP s'accumule en agrégats mal repliés (molécules rouges) dans la voie de sécrétion et la membrane. Hsp70 peut détecter une PrP mal repliée et se transloque dans des compartiments membraneux pour interagir avec la PrP. Hsp70 peut également être sécrétée pour interagir avec la PrP dans les radeaux lipidiques.


Les prions sont-ils un moteur important de l'évolution ? - La biologie

Une maladie insaisissable et inconnue est apparue en Nouvelle-Guinée au début des années 1900. Dans les années 1950, des anthropologues et des représentants du gouvernement ont signalé que cette maladie appelée kuru était endémique dans la Fore du Sud. Le South Fore a été identifié par les responsables du gouvernement australien dans les années 1950 comme une seule division de recensement composée d'environ 8 000 personnes dans le sous-district d'Okapa (Lindenbaum, 1979). Observez les cartes suivantes afin de voir l'emplacement exact de la Fore Sud.

Ce groupe particulier participait à des actes rituels de cannibalisme mortuaire, et cette conduite a ensuite été considérée comme responsable de la transmission de l'épidémie mortelle de kuru. Cet aspect distinctif de la maladie l'a rendue encore plus fascinante pour les divers savants occidentaux qui ont consacré leur temps à la vaincre. De nombreux efforts ont été déployés pour comprendre et décrire le kuru, et la connaissance de la dynamique de la maladie a continué de croître, même si la maladie a pratiquement disparu en Nouvelle-Guinée avec la fin du cannibalisme. La pathologie et les symptômes du kuru sont ici d'un intérêt particulier, ainsi qu'une comparaison du kuru avec d'autres maladies à prions. Les scientifiques ont maintenant identifié le kuru comme une maladie à prions. Comprendre la structure et la réplication du prion est crucial pour interpréter la dynamique du kuru et de plusieurs autres maladies à prions, qui existent aujourd'hui. L'apparition du kuru a conduit à une étude d'une maladie inconnue qui a duré près de cinq décennies. Cette maladie particulière sert d'exemple des procédures que subissent les scientifiques afin de comprendre et d'apprécier tous les aspects d'une maladie et comment trouver des thérapies et des solutions potentielles.

Kuru parmi l'avant-sud

Kuru est une maladie neurodégénérative qui a fait surface dans le sud de la Nouvelle-Guinée, et la dynamique de cette maladie a été explorée par divers chercheurs. Lindenbaum a travaillé avec le South Fore et a étudié la maladie du kuru. Zigas travaillait en Nouvelle-Guinée, et Gadjusek s'y est également rendu en 1957 pour étudier les schémas de la maladie dans les populations primitives et isolées (Gadjusek, 1996). Lindenbaum, Zigas et Gadjusek étaient tous cruciaux pour expliquer les propriétés marquées et spécifiques du kuru au reste du monde.

L'épidémie de kuru a atteint son apogée dans les années 1960 (Lindenbaum, 1979). Entre 1957 et 1968, plus de 1 100 habitants de la Fore du Sud sont morts du kuru (Lindenbaum, 1979). La grande majorité des victimes parmi les South Fore étaient des femmes. En fait, huit fois plus de femmes que d'hommes ont contracté la maladie (Lindenbaum, 1979). Par la suite, il a également touché les jeunes enfants et les personnes âgées à un taux élevé. Il fallait s'y attendre, puisque les femmes étaient les principales participantes au cannibalisme mortuaire (Lindenbaum, 1979). On pense actuellement que le kuru s'est transmis parmi les South Fore en participant à un tel cannibalisme. Lors du décès d'un individu, les parents maternels étaient chargés du démembrement du cadavre (Lindenbaum, 1979). Les femmes enlevaient les bras et les pieds, dépouillaient les membres des muscles, enlevaient le cerveau et ouvraient la poitrine afin d'enlever les organes internes (Lindenbaum, 1979). Lindenbaum (1979) déclare que les victimes du kuru étaient hautement considérées comme des sources de nourriture, car la couche de graisse sur les victimes décédées ressemblait rapidement à du porc. Les femmes étaient également connues pour donner des morceaux tels que des cerveaux humains et diverses parties d'organes à leurs enfants et aux personnes âgées (Lindenbaum, 1979).

Mauvaises interprétations de Kuru

Les chercheurs qui ont étudié la maladie pour la première fois dans le sud de la Fore avaient initialement deux idées fausses majeures concernant la nature de la maladie. Ils ont d'abord postulé à tort qu'il s'agissait d'une maladie génétique. Après avoir écarté cette possibilité, les scientifiques ont ensuite affirmé que le kuru était la manifestation d'un virus lent. Les troubles génétiques peuvent être pleinement compris grâce à une application à la génétique des populations. Les mutations fournissent de la variation et alimentent la sélection naturelle. Une maladie génétique est une maladie causée par une mutation transmise à la descendance suivante. Étant donné que le kuru avait tendance à se produire parmi les membres de la famille (Lindenbaum, 1979), la notion originale qu'il s'agissait d'une maladie génétique semble quelque peu appropriée. Cette possibilité a finalement été écartée, car le kuru était trop commun et trop mortel (Lindenbaum, 1979). Une maladie génétique complètement mortelle réduirait considérablement la forme physique d'une population. Tôt ou tard, il mourrait du pool génétique. Ce fait a conduit les chercheurs à rechercher des explications possibles supplémentaires pour décrire la dynamique de la maladie.

Des études sur des chimpanzés injectés avec du matériel cérébral provenant d'une victime ont conduit les scientifiques à croire que l'agent était un virus lent, car les chimpanzés ont développé une condition très similaire après une longue période d'incubation (Gadjusek et al., 1966). Gadjusek était chargé d'effectuer ces tests sur les chimpanzés. Il a défini un virus lent comme une maladie virale avec une période d'incubation anormalement longue (Gadjusek et al., 1966). Chez l'homme, le kuru avait une période d'incubation d'un minimum de deux ans et d'un maximum de 23 ans (Lindenbaum, 1979 :26). Les résultats de Gadjusek ont ​​également confirmé la nature infectieuse et transmissible du prion. Mestel (1996 :185) écrit : « Depuis lors, son équipe [Gadjusek’s] a montré que la MCJ [maladie de Creutzfeldt-Jakob] et le GGS [syndrome de German-Straussler-Scheinker] sont également infectieux. " Avec le kuru, il n'y avait aucune preuve d'une réponse immunitaire ou d'un anticorps. Il deviendra évident plus tard que ces deux hypothèses étaient incorrectes. Pour l'instant, les symptômes spécifiques du kuru sont pertinents pour acquérir une compréhension plus complète de la maladie en tant que trouble neurologique.

Gadjusek a étudié le kuru, et il a trouvé que la condition des victimes du kuru était un spectacle bouleversant. Il explique, ". les voir, cependant, évoluer régulièrement vers une dégénérescence neurologique en trois à six mois (généralement trois) et jusqu'à la mort est une autre affaire et ne peut être ignorée » (Gadjusek, 1996 : 10). Gadjusek (1973) a rapporté trois étapes principales dans la progression des symptômes. Le premier stade est appelé stade ambulatoire et comprend une instabilité de la position, de la démarche, de la voix, des mains et des yeux, une détérioration de la parole, des tremblements, des frissons, une incoordination des membres inférieurs qui se déplacent lentement vers le haut et une dysarthrie (troubles de l'élocution) (Gadjusek, 1973). ). Le deuxième stade est également connu sous le nom de stade sédentaire, et Gadjusek (1973) le définit par les symptômes suivants : le patient ne peut plus marcher sans appui, tremblements plus sévères et ataxie (perte de coordination des muscles), secousses musculaires de type choc , labilité émotionnelle, éclats de rire, dépression et ralentissement mental (il est important de noter que la dégénérescence musculaire ne s'est pas produite à ce stade et que les réflexes tendineux sont généralement encore normaux) (Gadjusek, 1973). Le troisième stade est le stade terminal, qui est marqué par l'incapacité du patient à s'asseoir sans soutien ataxie plus sévère (perte de coordination musculaire), tremblements et dysarthrie (troubles de l'élocution) incontinence urinaire et fécale difficulté à avaler (dysphagie) et des ulcérations profondes apparaissent (Gadjusek, 1973). Le dysfonctionnement cérébelleux est la cause de ces conditions. Les symptômes sont généralement courants parmi les maladies à prions, comme le démontrera une comparaison avec la maladie de Creutzfeldt-Jakob.

La maladie de Creutzfeldt-Jakob présente des similitudes frappantes avec le kuru en ce qui concerne les symptômes affichés et les dommages aux organes (principalement au cerveau). Des comparaisons et des parallèles sont évidents entre ces deux maladies à prions. En inspectant une étude de cas approfondie de la MCJ au Massachusetts General Hospital, il est possible d'acquérir une compréhension plus complète des maladies à prions.

À 47 ans, une femme souffrant de dépression a demandé l'aide d'un professionnel au Massachusetts General Hospital (Scully et al., 1993). Elle est devenue hypoactive, a remarqué une altération de sa mémoire récente et a souffert d'incontinence urinaire (Scully et al., 1993). En quelques mois, elle a eu des vertiges et une démarche instable (Scully et al., 1993). À ce stade, une tomodensitométrie (CAT) du cerveau a montré une légère illusion d'atrophie cérébrale et centrale a commencé à s'installer (Scully et al., 1993). Selon Scully et al. (1993), à l'âge de 50 ans, les fonctions des nerfs crâniens du patient étaient encore normales, ainsi que la puissance motrice, la sensation et la coordination. Le symptôme suivant à apparaître était l'apparition de rires inappropriés, et ses réponses aux questions sont devenues non pertinentes et incorrectes (Scully et al., 1993). Un léger tremblement a été noté, bien que les fonctions des nerfs crâniens, la force, la coordination et la sensation soient toujours intactes (Scully et al., 1993). A cette époque, une autre tomodensitométrie a été réalisée, et les résultats étaient les mêmes que l'année précédente (Scully et al., 1993). Moins d'une semaine après cette analyse, elle a été réadmise avec des périodes de tremblement (Scully et al., 1993). Il y avait une alternance constante entre le rire et les pleurs, mais les réflexes étaient toujours normaux (Scully et al., 1993). À l'âge de 51 ans et demi, son élocution s'était rapidement détériorée et une nouvelle tomodensitométrie montrait une atrophie cérébrale et cérébelleuse marquée (Scully et al., 1993). Selon Scully et al. (1993), la détérioration graduelle s'est poursuivie jusqu'à sa mort quatre mois avant son cinquante-quatrième anniversaire.

Des similitudes importantes existent entre la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ) et le kuru. Les deux maladies à prions provoquent des tremblements et des rires inappropriés. La dépression a été exprimée au début de la MCJ et au stade deux du kuru. Une instabilité de la démarche et des secousses musculaires sporadiques ont été observées dans les deux affections. La dysarthrie s'est produite dans le kuru au cours des premiers stades de la maladie et dans la MCJ plus vers la fin, et la même situation est également observée avec l'état d'incontinence urinaire.

La nature exacte du kuru a laissé les chercheurs perplexes pendant des décennies après la découverte de la maladie, jusqu'à ce que Prusiner identifie et définisse les maladies à prions en 1982 (Prusiner, 1995). Prusiner (1991) a classé un prion comme une particule infectieuse composée d'une protéine qui provoque des troubles neurodégénératifs. Selon Cashman (1997), les prions sont des agents infectieux selon des critères biologiques et médicaux. Cependant, ils sont également assez uniques et les propriétés des prions diffèrent de celles des microbes conventionnels. Toutes les maladies à prions connues sont mortelles. De telles maladies sont souvent appelées encéphales spongiformes, car elles rendent fréquemment le cerveau spongieux et criblé de trous (Prusiner, 1995). Les maladies à prions bien connues comprennent la tremblante, l'encéphalopathie spongiforme bovine (maladie de la vache folle ou ESB) et la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ). Les maladies à prions moins connues sont les suivantes : encéphalopathie transmissible du vison, maladie débilitante chronique, encéphalopathie spongiforme féline, encéphalopathie des ongulés exotiques, syndrome de German-Straussler-Scheinker (GSS) et insomnie familiale mortelle (Krakauer et al., 1997). Parmi ces infirmités, quatre affectent les humains : la maladie de Creutzfeldt-Jakob, le syndrome de Gertsmann-Straussler-Scheinker, l'insomnie familiale mortelle et le kuru. La forme la plus courante de maladie à prions est la tremblante, exprimée chez les moutons et les chèvres (Prusiner, 1995). Selon Cohen et al. (1994), les prions causent diverses maladies neurologiques dégénératives qui peuvent être d'origine infectieuse, héréditaire ou sporadique. La cause des formes sporadiques est inconnue. Les formes héréditaires sont causées par jusqu'à vingt mutations différentes du gène PrP humain et les formes infectieuses sont transmises par contact ou consommation de tissus précédemment infectés (Prusiner, 1997).

La PrPC est la protéine prion cellulaire normale et elle est convertie en PrPSc (Prusiner, 1997). Des mutations dans le 102e codon de ce gène ont été liées à la neurodégénérescence, qui est le principal attribut englobant des maladies à prions. Prusiner (1995) a identifié 15 acides aminés à une extrémité de la protéine PrP. En utilisant cette connaissance, des sondes moléculaires ont été construites et utilisées pour étudier les séquences des vers normaux de la forme mutée du gène (Prusiner, 1995). Plus précisément, Prusiner a découvert que l'acide aminé leucine est remplacé par l'acide aminé proline (Prusiner, 1995). Un incident de ce type est communément appelé mutation ponctuelle. Dans le cas des protéines prions, cette mutation code des copies supplémentaires d'une répétition octapeptide vers l'extrémité 5' (Krakauer et al., 1997). La protéine normale se compose principalement d'hélices alpha avec un squelette en spirale, mais la nouvelle protéine prion mutée est principalement formée de brins bêta avec un squelette complètement étendu (Prusiner, 1995). Cette altération de la structure tertiaire fournit la preuve d'une modification post-traductionnelle de la protéine. Observer l'illustration suivante afin de voir la structure tertiaire de PrPSc :

Il est essentiel d'acquérir une compréhension plus détaillée de la structure spécifique de la protéine prion afin de comprendre le kuru et d'autres maladies similaires.

Structure d'une protéine prion

La structure d'une protéine prion et sa réplication sont fondamentales pour étudier le kuru. Bien que les détails précis concernant la configuration du prion ne soient pas clairs au départ, Prusiner a pu émettre trois hypothèses. Il prétendait:

Les hypothèses concernant la structure de la particule de prion infectieuse comprenaient les suivantes : (i) protéines entourant un acide nucléique qui code pour les protéines (un virus), (ii) protéines associées à un petit polynucléotide, et (iii) protéines dépourvues d'acide nucléique ( Prusiner, 1991 : 1515).

Après la publication de cet article, des milliers de scientifiques ont tenté de résoudre le casse-tête du prion. Selon Prusiner (1995), des extraits de cerveaux infectés par la tremblante ont été soumis à des rayonnements ultraviolets et ionisants (Prusiner, 1995). De tels traitements détruisent généralement les acides nucléiques, mais ces tissus restent infectieux (Prusiner, 1995). Prusiner (1995) a conclu que l'agent de la tremblante était effectivement dépourvu de nucléotides, comme une protéine. Cela signifie qu'un prion ne contient pas d'ADN ou d'ARN, ce qui a réfuté la première hypothèse de Prusiner (que le prion pourrait éventuellement être un virus). De plus, le prion a été inactivé par des traitements extrêmes qui détruisent ou dénaturent les protéines, comme les ions chaotropiques ou les détergents dénaturants (Cashman, 1997). Après avoir découvert ces indices, les scientifiques ont commencé à remettre en question la méthode de réplication du prion.

Cashman (1997) a suggéré que la même séquence d'acides nucléiques et d'acides aminés a donné naissance à deux protéines différentes. D'autres études ont indiqué les différences structurelles entre la protéine normale PrPC et la protéine prion anormale PrPSc. Pour résumer, la protéine normale (PrPC) se dissout dans les détergents non dénaturants et se décompose facilement avec l'exposition aux protéases, mais la PrPSc ne se dissout pas et est partiellement résistante aux protéases (Prusiner, 1997). La PrPSc peut habiter divers environnements acides ou basiques, car elle est stable entre pH 2 et 10 et a survécu à des immersions de deux ans dans une solution saline de formol (Mims et White, 1984). La dernière caractéristique importante à noter en ce qui concerne la particule pathogène du prion est que le gène de la protéine prion (PrP) chez les souris de laboratoire contrôlait le temps d'incubation, la neuropathologie et la synthèse du prion au sein de l'organisme infecté (Prusiner 1991).

Les scientifiques pensent que la réplication d'une particule de prion se produit presque exactement comme la duplication d'un virus. Le mécanisme de réplication implique la synthèse de polypeptides en l'absence de matrices d'acide nucléique et les modifications post-traductionnelles des protéines cellulaires (Prusiner, 1991). Un polypeptide est une chaîne d'acides aminés et une matrice d'acide nucléique est un groupe de molécules d'ADN ou d'ARN qui transportent des informations pour diriger les fonctions cellulaires. Pour le prion, la réplication consiste à convertir des protéines conventionnelles en prions. La PrPSc résultante est une protéine de faisceau à quatre hélices avec quatre régions de structure secondaire, numérotées de H1 à H4 (Prusiner, 1997). Mestel (1996) explique que les prions se répliquent en recrutant des protéines normales à leur cause, en les « retournant » en une forme semblable à un prion malveillant qui peut ensuite infecter d'autres cellules et animaux. Ce changement déclenche une réaction en chaîne, et les prions nouvellement convertis convertissent d'autres protéines avec lesquelles ils entrent en contact à l'intérieur de leur membrane cellulaire respective (Prusiner, 1995). Dans les cultures cellulaires, la conversion s'est produite à l'intérieur des neurones. La PrPSc s'est accumulée dans les lysosomes et a finalement rempli les lysosomes jusqu'à ce qu'ils explosent, libérant les prions pour attaquer d'autres cellules (Prusiner, 1995). La compréhension future du fonctionnement du gène PrP pourrait éventuellement conduire à une manipulation de ces conditions chez les patients atteints d'une maladie à prions.

Actuellement, Prusiner (1995) pense qu'une compréhension plus complète de la structure tridimensionnelle de la protéine PrP conduira au développement de thérapies. Selon Prusiner (1995), des expériences avec des souris de laboratoire ont été menées. Le gène PrP a été ciblé et des souris dépourvues du gène ont été créées (Prusiner, 1995). Dans ce cas, les animaux n'ont présenté aucun effet secondaire ou anomalie notable (Prusiner, 1995). C'est encourageant : si d'autres études montrent que le gène PrP n'est pas essentiel, les médecins pourront peut-être à l'avenir injecter des thérapies antigéniques aux patients atteints de maladies à prions (Prusiner, 1995).

Récemment, les infections à prions ont été appelées amyloses (Serpell et al., 1997).Serpell et ses collègues déclarent que « les amyloses sont des maladies. dans laquelle les protéines solubles sont déposées sous une forme fibrillaire spécifique, hautement stable" (Serpell et al., 1997:871). Les fibrilles amyloïdes ont trois caractéristiques diagnostiques : au microscope électronique, les fibrilles sont droites et non ramifiées avec une surface lisse. des feuillets bêta trouvés dans la formation de PrPSc (Serpell et al., 1997). L'image suivante illustre les motifs de liaison hydrogène dans la structure en feuillet bêta :

Comprendre le processus de formation de l'amyloïde peut aider au développement de thérapies pour ces maladies.

Depuis les années 1950, les scientifiques ont travaillé sur le puzzle du prion. Les microbiologistes et les épidémiologistes ont été confondus par les prions. Des avancées ont été réalisées, notamment dans les années 90. Cela peut être démontré par la réception du prix Nobel par Prusiner en 1997. Cependant, il a toujours été difficile de détecter une infection à prions, de suivre sa transmission et de typer les différentes souches (Cashman, 1997). Les Fore ont connu une longue lutte avec le kuru, qui sert d'exemple poignant.

Depuis la découverte de l'épidémie de kuru en Nouvelle-Guinée, de nombreuses connaissances ont été acquises sur les maladies à prions. La dynamique spécifique de la maladie du kuru est importante à prendre en compte afin de mieux comprendre toutes les maladies à prions. Les scientifiques admettent qu'il reste encore beaucoup de chemin à parcourir dans ce domaine de recherche. De nombreuses questions ont trouvé des réponses, mais de nombreuses énigmes restent encore à résoudre. Une grande partie des travaux menés au nom de la compréhension des maladies à prions a été réalisée par des anthropologues de terrain étudiant le Fore. Leurs contributions à cette recherche ont joué un rôle énorme. Heureusement, le kuru a disparu en Nouvelle-Guinée, mais il reste de nombreuses maladies à prions qui peuvent attaquer les humains et les animaux. Bien que le dossier soit peut-être clos pour le kuru, les autres maladies à prions doivent continuer à être étudiées dans l'espoir de vaincre ces maladies.

Cashman NR (1997) Une amorce de prion. Association des revues médicales canadiennes, 157(10) :1381-1386.

Cohen FE, Pan K, Huang Z, Baldwin M, Fletterick RJ et SB Prusiner (1994) Indices structurels de la réplication des prions. Sciences, 264 : 530-531.

Gadjusek DC (1996) Kuru : des journaux de terrain de Nouvelle-Guinée 1957-1962. Grand Street, 15:6-33.

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Mestel R (1996) Mettre les prions à l'épreuve. Sciences, 273:184-189

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Serpell L, Sunde M et CCF Blake (1997) La base moléculaire de l'amylose. Sciences de la vie cellulaire et moléculaire, 53:871-887.


Chercheurs de l'UMaine : la culture est le moteur de l'évolution humaine plus que la génétique

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université du Maine ont découvert que la culture aide les humains à s'adapter à leur environnement et à surmonter les défis mieux et plus rapidement que la génétique.

Après avoir effectué un examen approfondi de la littérature et des preuves de l'évolution humaine à long terme, les scientifiques Tim Waring et Zach Wood ont conclu que les humains vivent une « transition évolutive spéciale » dans laquelle l'importance de la culture, comme les connaissances, les pratiques et les compétences acquises, dépasse la valeur des gènes en tant que principal moteur de l'évolution humaine.

La culture est un facteur sous-estimé dans l'évolution humaine, dit Waring. Comme les gènes, la culture aide les gens à s'adapter à leur environnement et à relever les défis de la survie et de la reproduction. La culture, cependant, le fait plus efficacement que les gènes, car le transfert de connaissances est plus rapide et plus flexible que l'héritage des gènes, selon Waring et Wood.

La culture est un mécanisme d'adaptation plus puissant pour plusieurs raisons, dit Waring. C'est plus rapide : le transfert de gènes n'a lieu qu'une fois par génération, tandis que les pratiques culturelles peuvent être rapidement apprises et fréquemment mises à jour. La culture est également plus flexible que les gènes : le transfert de gènes est rigide et limité aux informations génétiques des deux parents, tandis que la transmission culturelle est basée sur un apprentissage humain flexible et effectivement illimitée avec la possibilité d'utiliser les informations des pairs et des experts bien au-delà des parents. En conséquence, l'évolution culturelle est un type d'adaptation plus fort que l'ancienne génétique.

Waring, professeur agrégé de modélisation des systèmes socio-écologiques, et Wood, chercheur postdoctoral associé à la School of Biology and Ecology, viennent de publier leurs conclusions dans une revue de la littérature dans les Actes de la Royal Society B, la revue phare de la recherche biologique. de la Royal Society à Londres.

"Cette recherche explique pourquoi les humains sont une espèce si unique. Nous évoluons à la fois génétiquement et culturellement au fil du temps, mais nous devenons lentement de plus en plus culturels et de moins en moins génétiques", explique Waring.

La culture a influencé la façon dont les humains survivent et évoluent depuis des millénaires. Selon Waring et Wood, la combinaison de la culture et des gènes a alimenté plusieurs adaptations clés chez l'homme, telles qu'une agression réduite, des inclinations coopératives, des capacités de collaboration et la capacité d'apprentissage social. De plus en plus, suggèrent les chercheurs, les adaptations humaines sont dirigées par la culture et nécessitent des gènes pour s'adapter.

Waring et Wood disent que la culture est également spéciale d'une manière importante : elle est fortement axée sur le groupe. Des facteurs comme la conformité, l'identité sociale et les normes et institutions partagées - des facteurs qui n'ont pas d'équivalent génétique - rendent l'évolution culturelle très axée sur le groupe, selon les chercheurs. Par conséquent, la concurrence entre les groupes culturellement organisés propulse des adaptations telles que de nouvelles normes de coopération et de nouveaux systèmes sociaux qui aident les groupes à mieux survivre ensemble.

Selon les chercheurs, « les groupes culturellement organisés semblent résoudre les problèmes d'adaptation plus facilement que les individus, grâce à la valeur ajoutée de l'apprentissage social et de la transmission culturelle en groupe ». Les adaptations culturelles peuvent également se produire plus rapidement dans les grands groupes que dans les petits.

Avec des groupes qui dirigent principalement la culture et la culture alimentant désormais l'évolution humaine plus que la génétique, Waring et Wood ont découvert que l'évolution elle-même est devenue davantage axée sur le groupe.

« À très long terme, nous suggérons que les humains évoluent d'organismes génétiques individuels vers des groupes culturels qui fonctionnent comme des super-organismes, similaires aux colonies de fourmis et aux ruches », explique Waring. « La métaphore de la 'société en tant qu'organisme' n'est pas si métaphorique après tout. Cette idée peut aider la société à mieux comprendre comment les individus peuvent s'intégrer dans un système bien organisé et mutuellement bénéfique. Prenez la pandémie de coronavirus, par exemple. Un programme national efficace de riposte aux épidémies est vraiment un système immunitaire national, et nous pouvons donc apprendre directement de la façon dont les systèmes immunitaires fonctionnent pour améliorer notre réponse COVID. »

Waring est membre de la Cultural Evolution Society, un réseau de recherche international qui étudie l'évolution de la culture chez toutes les espèces. Il applique l'évolution culturelle à l'étude de la durabilité dans les systèmes socio-écologiques et de la coopération dans l'évolution organisationnelle.

Wood travaille dans le laboratoire d'applications évolutionnaires UMaine dirigé par Michael Kinnison, professeur d'applications évolutionnaires. Ses recherches portent sur les dynamiques éco-évolutives, en particulier l'évolution rapide lors des cascades trophiques.

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19.2 Génétique des populations

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Décrire les différents types de variation dans une population
  • Expliquez pourquoi seule la sélection naturelle peut agir sur la variation héréditaire
  • Décrire la dérive génétique et l'effet de goulot d'étranglement
  • Expliquez comment chaque force évolutive peut influencer les fréquences alléliques d'une population

Les individus d'une population présentent souvent des phénotypes différents ou expriment différents allèles d'un gène particulier, que les scientifiques appellent des polymorphismes. Nous appelons polymorphes les populations avec deux ou plusieurs variations de caractéristiques particulières. Un certain nombre de facteurs, dont la structure génétique de la population et l'environnement (figure 19.3), influencent la variation de la population, la distribution des phénotypes parmi les individus. Comprendre les sources de variation phénotypique dans une population est important pour déterminer comment une population évoluera en réponse à différentes pressions évolutives.

Variance génétique

La sélection naturelle et certaines des autres forces évolutives ne peuvent agir que sur des traits héréditaires, à savoir le code génétique d'un organisme. Étant donné que les allèles sont transmis du parent à la progéniture, ceux qui confèrent des traits ou des comportements bénéfiques peuvent être sélectionnés, contrairement aux allèles délétères. Les traits acquis, pour la plupart, ne sont pas héréditaires. Par exemple, si un athlète s'entraîne tous les jours au gymnase pour développer sa force musculaire, la progéniture de l'athlète ne deviendra pas nécessairement un culturiste. S'il existe une base génétique pour la capacité de courir vite, d'un autre côté, un parent peut la transmettre à un enfant.

Lien vers l'apprentissage

Avant que l'évolution darwinienne ne devienne la théorie dominante du domaine, le naturaliste français Jean-Baptiste Lamarck a théorisé que les organismes pouvaient hériter de traits acquis. Alors que la majorité des scientifiques n'ont pas soutenu cette hypothèse, certains ont récemment commencé à se rendre compte que Lamarck n'avait pas complètement tort. Visitez ce site pour en savoir plus.

L'héritabilité est la fraction de variation phénotypique que nous pouvons attribuer aux différences génétiques, ou variance génétique, entre les individus d'une population. Plus l'héritabilité de la variation phénotypique d'une population est grande, plus elle est sensible aux forces évolutives qui agissent sur la variation héritable.

Nous appelons la diversité des allèles et des génotypes au sein d'une population variance génétique. Lorsque les scientifiques sont impliqués dans l'élevage d'une espèce, comme avec des animaux dans des zoos et des réserves naturelles, ils essaient d'augmenter la variance génétique d'une population pour préserver autant que possible la diversité phénotypique. Cela permet également de réduire les risques associés de consanguinité, l'accouplement d'individus étroitement apparentés, qui peut avoir pour effet indésirable de rassembler des mutations récessives délétères pouvant provoquer des anomalies et une susceptibilité à la maladie. Par exemple, une maladie causée par un allèle rare et récessif peut exister dans une population, mais elle ne se manifestera que lorsqu'un individu porte deux copies de l'allèle. Parce que l'allèle est rare dans une population normale et saine avec un habitat illimité, la probabilité que deux porteurs s'accouplent est faible, et même alors, seulement 25 pour cent de leur progéniture héritera de l'allèle de la maladie des deux parents. Bien que cela soit susceptible de se produire à un moment donné, cela ne se produira pas assez fréquemment pour que la sélection naturelle puisse éliminer rapidement l'allèle de la population et, par conséquent, l'allèle se maintient à de faibles niveaux dans le pool génétique. Cependant, si une famille de porteurs commence à se croiser, cela augmentera considérablement la probabilité que deux porteurs s'accouplent et finissent par produire une progéniture malade, un phénomène que les scientifiques appellent dépression de consanguinité.

Les changements de fréquences alléliques que nous identifions dans une population peuvent éclairer son évolution. En plus de la sélection naturelle, d'autres forces évolutives pourraient être en jeu : dérive génétique, flux de gènes, mutation, accouplement non aléatoire et variances environnementales.

Dérive génétique

La théorie de la sélection naturelle découle de l'observation que certains individus d'une population sont plus susceptibles de survivre plus longtemps et d'avoir plus de descendants que d'autres, ils transmettront donc plus de leurs gènes à la génération suivante. Un grand et puissant gorille mâle, par exemple, est beaucoup plus susceptible qu'un plus petit et plus faible de devenir le dos argenté de la population, le chef de la meute qui s'accouple beaucoup plus que les autres mâles du groupe. Le chef de meute engendrera plus de descendants, qui partagent la moitié de ses gènes, et sont susceptibles de devenir également plus gros et plus forts comme leur père. Au fil du temps, les gènes pour une plus grande taille augmenteront en fréquence dans la population, et la population augmentera, par conséquent, en moyenne. C'est-à-dire que cela se produirait si cette pression de sélection particulière, ou force sélective motrice, était la seule à agir sur la population. Dans d'autres exemples, un meilleur camouflage ou une résistance plus forte à la sécheresse pourraient exercer une pression de sélection.

La dérive génétique (figure 19.4), qui est simplement l'effet du hasard, est une autre façon dont les fréquences alléliques et génotypiques d'une population peuvent changer. Par chance, certains individus auront plus de descendants que d'autres, non pas en raison d'un avantage conféré par un trait génétiquement codé, mais simplement parce qu'un mâle se trouvait au bon endroit au bon moment (lorsque la femelle réceptive passa) ou parce que l'autre se trouvait au mauvais endroit au mauvais moment (quand un renard chassait).

Connexion visuelle

Pensez-vous que la dérive génétique se produirait plus rapidement sur une île ou sur le continent ?

Les petites populations sont plus sensibles aux forces de dérive génétique. Les grandes populations, alternativement, sont protégées contre les effets du hasard. Si un individu d'une population de 10 individus meurt à un jeune âge avant de laisser une progéniture à la génération suivante, tous ses gènes - 1/10 du pool génétique de la population - seront soudainement perdus. Dans une population de 100 personnes, cela ne représente que 1% du pool génétique global, donc cela a beaucoup moins d'impact sur la structure génétique de la population.

Lien vers l'apprentissage

Rendez-vous sur ce site pour regarder une animation d'échantillonnage aléatoire et de dérive génétique en action.

Des événements naturels, tels qu'un tremblement de terre qui tue - au hasard - une grande partie de la population, peuvent amplifier la dérive génétique. Connu sous le nom d'effet de goulot d'étranglement, il entraîne soudainement l'effacement d'une grande partie du génome (Figure 19.5). Du coup, la structure génétique des survivants devient la structure génétique de l'ensemble de la population, qui peut être très différente de la population d'avant la catastrophe.

Un autre scénario dans lequel les populations pourraient subir une forte influence de la dérive génétique est si une partie de la population part pour commencer une nouvelle population dans un nouvel emplacement ou si une barrière physique divise une population. Dans cette situation, ces individus sont une représentation improbable de l'ensemble de la population, ce qui entraîne l'effet fondateur. L'effet fondateur se produit lorsque la structure génétique change pour correspondre à celle des pères et mères fondateurs de la nouvelle population. Les chercheurs pensent que l'effet fondateur a été un facteur clé dans l'histoire génétique de la population afrikaner des colons néerlandais en Afrique du Sud, comme en témoignent les mutations qui sont courantes chez les Afrikaners mais rares dans la plupart des autres populations. C'est probablement parce qu'une proportion plus élevée que la normale des colons fondateurs portait ces mutations. En conséquence, la population exprime des incidences inhabituellement élevées de la maladie de Huntington (MH) et de l'anémie de Fanconi (AF), une maladie génétique connue pour provoquer des anomalies de la moelle sanguine et des anomalies congénitales, voire le cancer. 2

Lien vers l'apprentissage

Regardez cette courte vidéo pour en savoir plus sur le fondateur et les effets de goulot d'étranglement.

Connexion à la méthode scientifique

Tester l'effet de goulot d'étranglement

Question: Comment les catastrophes naturelles affectent-elles la structure génétique d'une population ?

Fond: Lorsqu'un tremblement de terre ou un ouragan anéantit soudainement une grande partie d'une population, les individus survivants sont généralement un échantillon aléatoire du groupe d'origine. En conséquence, la constitution génétique de la population peut changer radicalement. Nous appelons ce phénomène l'effet de goulot d'étranglement.

Hypothèse: Les catastrophes naturelles répétées produiront des structures génétiques de population différentes. Par conséquent, chaque fois que l'on exécute cette expérience, les résultats varieront.

Testez l'hypothèse : Comptez la population d'origine en utilisant des perles de couleurs différentes. Par exemple, les perles rouges, bleues et jaunes peuvent représenter des individus rouges, bleus et jaunes. Après avoir enregistré le nombre de chaque individu dans la population d'origine, placez-les tous dans une bouteille à col étroit qui ne laissera sortir que quelques billes à la fois. Ensuite, versez 1/3 du contenu de la bouteille dans un bol. Cela représente les individus survivants après qu'une catastrophe naturelle tue la majorité de la population. Comptez le nombre de perles de couleurs différentes dans le bol et notez-le. Ensuite, remettez toutes les billes dans la bouteille et répétez l'expérience quatre fois de plus.

Analysez les données : Comparez les cinq populations qui ont résulté de l'expérience. Les populations contiennent-elles toutes le même nombre de perles de couleurs différentes ou varient-elles ? N'oubliez pas que ces populations provenaient toutes de la même population parentale exacte.

Formez une conclusion : Très probablement, les cinq populations résultantes seront très différentes. En effet, les catastrophes naturelles ne sont pas sélectives : elles tuent et épargnent des individus au hasard. Pensez maintenant à la façon dont cela pourrait affecter une population réelle. Que se passe-t-il lorsqu'un ouragan frappe la côte du golfe du Mississippi ? Comment se portent les oiseaux marins qui vivent sur la plage ?

Flux de gènes

Une autre force évolutive importante est le flux de gènes : le flux d'allèles entrant et sortant d'une population dû à la migration d'individus ou de gamètes (Figure 19.6). Alors que certaines populations sont assez stables, d'autres connaissent plus de flux. De nombreuses plantes, par exemple, envoient leur pollen au loin, par le vent ou par les oiseaux, pour polliniser d'autres populations de la même espèce à une certaine distance.Même une population qui peut initialement sembler stable, telle qu'une troupe de lions, peut connaître sa juste part d'immigration et d'émigration alors que les mâles en développement quittent leur mère pour rechercher une nouvelle fierté avec des femelles génétiquement non apparentées. Ce flux variable d'individus à l'intérieur et à l'extérieur du groupe modifie non seulement la structure génétique de la population, mais il peut également introduire de nouvelles variations génétiques dans les populations dans différents emplacements géologiques et habitats.

Mutation

Les mutations sont des changements dans l'ADN d'un organisme et sont un moteur important de la diversité des populations. Les espèces évoluent à cause des mutations qui s'accumulent au fil du temps. L'apparition de nouvelles mutations est le moyen le plus courant d'introduire une nouvelle variance génotypique et phénotypique. Certaines mutations sont défavorables ou nuisibles et sont rapidement éliminées de la population par sélection naturelle. D'autres sont bénéfiques et se répandront dans la population. Le fait qu'une mutation soit bénéfique ou nuisible est déterminé par le fait qu'elle aide un organisme à survivre jusqu'à la maturité sexuelle et à se reproduire. Certaines mutations ne font rien et peuvent persister, non affectées par la sélection naturelle, dans le génome. Certains peuvent avoir un effet dramatique sur un gène et le phénotype qui en résulte.

Accouplement non aléatoire

Si des individus s'accouplent de manière non aléatoire avec leurs pairs, le résultat peut être une population changeante. Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles l'accouplement non aléatoire se produit. Une des raisons est le simple choix du partenaire. Par exemple, les paonnes femelles peuvent préférer les paons avec des queues plus grosses et plus brillantes. La sélection naturelle sélectionne des traits qui conduisent à plus de sélections d'accouplement pour un individu. Une forme courante de choix de partenaire, appelée accouplement assortatif, est la préférence d'un individu pour s'accoupler avec des partenaires qui sont phénotypiquement similaires à eux-mêmes.

Une autre cause d'accouplement non aléatoire est l'emplacement physique. Cela est particulièrement vrai dans les grandes populations réparties sur de vastes distances géographiques où tous les individus n'auront pas un accès égal les uns aux autres. Certains peuvent être distants de plusieurs kilomètres à travers les bois ou sur un terrain accidenté, tandis que d'autres peuvent vivre à proximité immédiate.

Écart environnemental

Les gènes ne sont pas les seuls acteurs impliqués dans la détermination de la variation de la population. D'autres facteurs, tels que l'environnement (figure 19.7), influencent également les phénotypes. Un baigneur est susceptible d'avoir la peau plus foncée qu'un citadin, par exemple en raison d'une exposition régulière au soleil, un facteur environnemental. Pour certaines espèces, l'environnement détermine certaines caractéristiques majeures, comme le sexe. Par exemple, certaines tortues et autres reptiles ont une détermination du sexe dépendante de la température (TSD). TSD signifie que les individus se développent en mâles si leurs œufs sont incubés dans une certaine plage de température, ou en femelles dans une plage de température différente.

La séparation géographique entre les populations peut entraîner des différences dans la variation phénotypique entre ces populations. Nous voyons une telle variation géographique entre la plupart des populations et elle peut être importante. Nous pouvons observer un type de variation géographique, un cline , car les populations d'espèces données varient progressivement à travers un gradient écologique. Les espèces d'animaux à sang chaud, par exemple, ont tendance à avoir des corps plus gros dans les climats plus froids plus proches des pôles terrestres, ce qui leur permet de mieux conserver la chaleur. Il s'agit d'un cline latitudinal. Alternativement, les plantes à fleurs ont tendance à fleurir à des moments différents selon l'endroit où elles se trouvent le long d'une pente de montagne. Il s'agit d'une pente altitudinale.

S'il y a un flux de gènes entre les populations, les individus présenteront probablement des différences graduelles de phénotype le long du cline. Le flux de gènes restreint peut également entraîner des différences abruptes, voire une spéciation.


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Découvrir ce qui détériore une protéine prion peut aider à contrôler ces agents pathogènes qui mangent le cerveau.

On pense que les prions sont la cause d'un éventail de maladies neurologiques rares mais horribles, telles que la variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob (connue, chez les bovins, sous le nom de maladie de la vache folle).

Ces protéines mal repliées mangent essentiellement des trous de mites microscopiques dans le cerveau. Ils sont incurables et toujours mortels.

Des chercheurs de l'Imperial College de Londres et de l'Université de Zurich ont maintenant identifié une étape critique dans le mauvais repliement qui crée un prion.

Ils ont également pu arrêter le processus, dans une boîte de Pétri, à l'aide d'anticorps, ouvrant ainsi la voie à d'éventuels traitements.

"Les maladies à prions sont agressives et dévastatrices, et il n'existe actuellement aucun remède", a déclaré dans un communiqué Alfonso De Simone de l'Imperial, le chercheur principal de l'étude.

« Découvrir le mécanisme par lequel les prions deviennent pathogènes est une étape cruciale pour lutter un jour contre ces maladies, car cela nous permet de rechercher de nouveaux médicaments. Maintenant, nous savons ce que nous ciblons, nous savons quelles fonctionnalités les médicaments doivent avoir pour arrêter les prions. devenir pathogène."

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Une torsion méchante : Les protéines sont l'unité essentielle de la vie - des molécules complexes repliées avec plus de tours, de boucles et d'épingles à cheveux qu'une piste Hot Wheels. Ces plis déterminent les tâches et les fonctions des protéines, qui sont . bien, tout. Les protéines sont les éléments physiques qui composent les tissus, les cellules, les produits chimiques de signalisation, les enzymes, etc.

Les prions sont des protéines devenues voyous, tordues comme un méchant de bande dessinée en formes pathogènes. Pire encore, un prion peut tordre d'autres protéines qu'il rencontre dans son image déformée.

En tant que protéines uniques, les prions sont incroyablement minuscules – plus petits que les cellules, les bactéries et même les virus – mais ils sont capables de provoquer des maladies dévastatrices. Habituellement, les maladies à prions surviennent spontanément ou à partir de mutations génétiques héréditaires, mais rarement, elles peuvent être transmises par des aliments, du sang ou des instruments chirurgicaux contaminés.

Celles-ci sont appelées encéphalopathies spongiformes transmissibles, dont la plus célèbre est l'encéphalopathie spongiforme bovine - alias la vache folle.

Cette partie "spongiforme" est un mot amusant pour un très ONUdrôle d'état. Les prions provoquent une cascade de mauvais repliements qui transforme essentiellement votre cerveau en une éponge, criblée de minuscules trous.

Heureusement, les maladies à prions humaines sont assez rares. Johns Hopkins évalue le nombre de cas à environ 300 par an aux États-Unis. , maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ).

La protéine prion humaine est naturellement présente dans le corps, mais elle se comporte "généralement bien", explique Valerie Sim, professeure agrégée au Centre for Prions and Protein Folding Disease de l'Université de l'Alberta, qui n'est pas affiliée à l'étude Imperial College/Zurich.

Tissu cérébral humain d'un patient atteint d'une variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob montrant la spongification du tissu cérébral et la perte de neurones qui sont les caractéristiques de la maladie à prions. Crédit : Sherif Zaki MD, PhD Wun-Ju Shieh MD, PhD, MPH / CDC

Mais parfois (d'où son nom), la protéine prion se tord dans le mauvais sens, déclenchant un effet domino qui se termine par la maladie et la mort.

C'est ce moment, où le prion se détériore, que les chercheurs cherchaient à comprendre.

Dans le pli : Pour leur étude, publiée dans PNAS, les chercheurs ont comparé la protéine prion humaine normale à une version pathogène mutée.

La protéine prion mutante a été choisie pour sa nature agressive et contagieuse - plus de prions équivaut à plus d'occasions d'essayer de les attraper en flagrant délit. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des techniques d'imagerie avancées soutenues par une analyse informatique.

Les chercheurs ont trouvé un endroit spécifique sur le prion où il a commencé à se replier dans la forme pathogène. L'équipe de l'Université de Zurich a ensuite produit des anticorps qui visaient cet endroit précis. Lorsque les prions mutants ont été exposés aux anticorps dans un tube à essai, ils ne se sont pas repliés dans leur forme pathogène.

"Cela a soutenu leur hypothèse selon laquelle cette tache sur la protéine mutante est le moteur du mauvais repliement", a déclaré Sim.

Le succès de l'anticorps sert également de preuve de concept, en quelque sorte, pour les thérapies potentielles à prions qui visent les sites de repliement.

"Maintenant (les chercheurs) disent" nous pensons que c'est cet endroit spécifique sur la protéine prion qui est le point problématique "", a déclaré Sim. Si une molécule pouvait être trouvée qui bloque ou stabilise cette tache, elle pourrait enfin fournir un traitement contre les prions.

"Comment vous faites cela, c'est un tout autre niveau d'enquête", dit Sim.

En plus d'être exécuté in vitro, l'étude s'accompagne de quelques autres mises en garde. Bien que le site identifié par les chercheurs puisse être le point de départ du mauvais repliement de la protéine prion mutée, ce n'est pas nécessairement le même endroit où cela se produit dans la protéine prion humaine ordinaire sans la même mutation.

En tant que protéines uniques, les prions sont incroyablement minuscules – plus petits que les cellules, les bactéries et même les virus – mais ils sont capables de provoquer des maladies dévastatrices.

De plus, bien que la protéine prion mutée de l'équipe soit connue pour provoquer des maladies chez l'homme, les chercheurs n'ont pas infecté de modèle animal avec leurs protéines, ils n'ont donc pas prouvé la capacité de ces prions spécifiques à provoquer des maladies. Contrairement à un virus, cela ne peut pas être déterminé simplement en le regardant: c'est en fait une entreprise assez délicate de faire pousser un prion pathogène, dit Sim - généralement, vous devez utiliser de la matière cérébrale infectée en suspension.

Pourtant, la découverte peut s'avérer un aperçu important des agents pathogènes inhabituels.

"Le stade intermédiaire de la pathogenèse du prion est si transitoire qu'il ressemble à un fantôme - presque impossible à imaginer", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Máximo Sanz-Hernández, dans le communiqué.

"Mais maintenant que nous avons une idée de ce à quoi nous avons affaire, nous pouvons concevoir des interventions plus spécifiques qui peuvent un jour potentiellement contrôler ces maladies dévastatrices."

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Commentaires:

  1. Shaktijinn

    Tu es l'un des rares qui écrit très bien

  2. Verney

    Je suis d'accord, une pensée utile

  3. Marq

    Cette phrase est tout simplement incomparable)



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