Expression de PITX2 et introgression néandertalienne dans HS3ST3A1 contribuent à la variation des dimensions dentaires chez les humains modernes

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Expression de PITX2 et introgression néandertalienne dans HS3ST3A1 contribuent à la variation des dimensions dentaires chez les humains modernes.

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Qing Li, Pierre Faux, Emma Wentworth Winchester, et al., et a été publié dans la revue Current Biology le 6 janvier 2025. Les auteurs collaborent avec plusieurs institutions de recherche, notamment l’Université Fudan, Aix-Marseille Université et l’Université de Connecticut. L’article est accessible librement en ligne via le DOI : 10.1016/j.cub.2024.11.027.

Aperçu de l’étude

Les caractéristiques dentaires présentent une remarquable diversité tout au long de l’évolution humaine, mais les connaissances sur la base génétique de cette variation restent insuffisantes. Utilisant des analyses multiomiques, cette étude explore les mécanismes génétiques sous-jacents à la variation des dimensions des couronnes dentaires chez les humains modernes. Les résultats mettent en lumière des associations significatives à plusieurs locus génétiques, parmi lesquels, certains incluent des variantes héritées de populations néandertaliennes.

Étapes méthodologiques et résultats

1. Échantillons et collecte de données

  • Échantillonnage : 882 volontaires colombiens ayant des ascendances européennes (59 %), amérindiennes (30 %) et africaines (11 %).
  • Mesures dentaires : Scans 3D de moulages dentaires réalisés pour isoler les différentes dents (incisives, canines, prémolaires, molaires) et mesurer trois dimensions : diamètre mésio-distal (MDD), diamètre bucco-lingual (BLD) et hauteur de la couronne clinique.
  • Génotypage : Les échantillons ont été analysés avec des puces Illumina suivies d’une imputation basée sur le projet 1000 Génomes (Phase III), couvrant environ 10,3 millions de SNP.

2. Analyse d’association génomique (GWAS)

  • Découvertes principales :
    • Identification de 18 régions génomiques significativement associées aux dimensions des couronnes dentaires.
    • L’une des régions les plus robustes, 2q12, affecte significativement la MDD dentaire d’une majorité des dents, suivant un gradient décroissant antéro-postérieur.

3. Analyse des gènes candidats

  • Les gènes PITX2 et HS3ST3A1 ont été identifiés comme des facteurs régulateurs majeurs impliqués dans le développement dentaire.
  • Les analyses multiomiques ont révélé que les SNP associés dans ces régions chevauchent des enhancers actifs dans les cellules épithéliales dentaires chez des embryons de souris.

4. Validation par modèles murins

  • Des souris mutants hétérozygotes pour PITX2 présentent des molaires plus petites et des anomalies cuspidiennes.
  • Les souris avec un double knock-out (dKO) des gènes HS3ST3A1 et HS3ST3B1 montrent des variations morphologiques significatives des troisièmes molaires maxillaires.

5. Introgression néandertalienne

  • Une région du gène HS3ST3A1 contient des segments d’ADN introgressés des Néandertaliens.
  • Ces segments sont significativement associés à une réduction du diamètre BLD des incisives centrales supérieures.

Conclusions principales

  1. Variation des dimensions dentaires :

    • Le GWAS a révélé que les variantes génétiques dans 18 régions, notamment PITX2 et HS3ST3A1, influencent significativement la morphologie des couronnes dentaires.

  2. Signal d’introgression néandertalienne :

    • Ce signal est détecté dans la région 17p12/HS3ST3A1 et affecte les dimensions des dents, témoignant de son rôle dans l’évolution de la taille des dents humaines.

  3. Perspectives évolutives et développementales :

    • PITX2, un facteur de transcription clé, influence le développement craniofacial et dentaire, tandis que HS3ST3A1 contribue à la morphologie et à la taille des couronnes via ses interactions dans les centres de nœuds de l’émail.

Apports de l’étude

Apports scientifiques :

  • Connaissances génétiques : Cette étude est pionnière dans l’identification des bases génétiques des dimensions des couronnes dentaires par GWAS.
  • Perspective évolutive : L’identification de SNP hérités de Néandertaliens aide à comprendre le rôle de l’introgression dans l’évolution des caractéristiques dentaires humaines.

Implications cliniques :

  • Les résultats pourraient être exploités pour prédire la morphologie dentaire et mieux comprendre des anomalies comme l’hypodontie ou la microdontie.

Points forts de l’étude

  1. Mobilisation des données multiomiques : Des technologies avancées (RNA-seq, ATAC-seq) ont permis de relier les SNP à leur fonction pendant le développement dentaire.
  2. Modèles murins : La validation des associations humaines par des souris knock-out renforce la pertinence évolutive des gènes étudiés.
  3. Signal néandertalien : La détection d’ADN archaïque dans des gènes clé ouvre de nouvelles perspectives sur l’évolution morphologique chez l’Homo sapiens.

Conclusion générale

Les résultats de cette étude offrent un aperçu sophistiqué de la base génétique et cellulaire de la variabilité dentaire humaine. Ils contribuent à élargir notre compréhension des mécanismes évolutifs et développent de nouvelles directions pour la recherche en anthropologie et en médecine dentaire.