Génétique et évolution en médecine

La génétique et l'évolution ont émergé dans les années 1850 et 1860 avec les travaux de Gregor Mendel et Charles Darwin. La redécouverte des lois de l'hérédité de Mendel en 1900 et la démonstration par Garrod [ 1 ] en 1902 qu'elles pouvaient expliquer la distribution familiale de l'alcaptonurie ont peut-être été la première contribution de la génétique à la médecine.

Les travaux importants réalisés dans les années 1920 et 1930 par Haldane, Fisher et Wright sur le développement de la génétique des populations et, par la suite, la formulation de la synthèse évolutionniste moderne ont fourni la base de notre compréhension actuelle de la biologie des populations et de l'évolution. Haldane a probablement été aussi le premier à introduire une perspective évolutionniste en médecine, suggérant en 1949 que la sélection pour la résistance au paludisme pourrait expliquer les niveaux élevés de thalassémie dans les régions impaludées [ 2 ].

Cependant, les découvertes qui ont conduit le plus directement aux progrès remarquables récents dans les approches génétiques et évolutionnistes en médecine remontent aux années 1940 et 1950 avec l’établissement de l’ADN comme matériel génétique et l’élucidation de sa structure, avec l’émergence ultérieure de la biologie moléculaire dans la décennie suivante.

Le séquençage du génome humain a récemment constitué un important stimulant pour la recherche sur la génétique et l'évolution en médecine. Le 26 juin 2000, le Consortium international de séquençage du génome humain a annoncé la production d'une première ébauche de la séquence du génome humain. En avril 2003, le Consortium a annoncé la production d'une version pratiquement achevée de la séquence du génome humain. Cette version, accessible au public, fournit presque toutes les informations nécessaires à la recherche sur presque tous les aspects du génome entier. La promesse initiale de cette réalisation, qui était de progresser rapidement dans la compréhension des bases génétiques de nombreuses maladies humaines courantes, a mis du temps à se concrétiser étant donné la nature polygénique de la sensibilité des individus à la plupart de ces maladies.

Cependant, ces dernières années, des progrès constants ont été réalisés grâce à de nouvelles méthodes de séquençage rapide et peu coûteux de génomes multiples, combinées à des avancées en bioinformatique et à de nouveaux outils statistiques qui permettent d'identifier des associations multigéniques complexes entre le patrimoine génétique de l'hôte et la probabilité d'apparition d'une maladie particulière. Parallèlement aux progrès réalisés dans l'étude du génome humain, on a procédé au séquençage complet de tous les principaux agents pathogènes de l'homme et à l'utilisation de ces séquences pour résoudre un large éventail de problèmes, notamment pour définir « qui infecte qui » et quels facteurs génétiques contrôlent la pathogénicité et la transmissibilité. Les séquences complètes de l'hôte humain et d'un agent infectieux particulier ont révélé l'interaction complexe entre les deux modèles génétiques dans toutes les associations hôte-parasite pour déterminer l'évolution de l'infection et la morbidité et la mortalité associées.

Dans ce numéro, six contributions sont présentées qui retracent les progrès passés et présents dans une série de domaines importants où la recherche génétique et évolutionniste a apporté des contributions importantes à divers domaines de la médecine. Tous les sujets de ce domaine ne sont pas traités.  Par exemple, un domaine très important qui n'est pas abordé dans ce numéro est la recherche sur le cancer, où la capacité de séquencer de manière routinière les génomes des cellules tumorales a déjà un impact clinique majeur et un impact sur la conception et les tests de nouveaux traitements à base de petites molécules ou d'immunothérapie. Cependant, les contributions de ce numéro offrent une réflexion passionnante sur la recherche génétique et évolutionniste actuelle, qui fait progresser notre compréhension des causes et du traitement des maladies et des infections.

Donnelly et ses collègues [ 3 ] passent en revue les progrès actuels dans les études d'association à l'échelle du génome entre les polymorphismes génétiques et les troubles génétiques courants. Les avancées technologiques ont permis la détection de variations génétiques à l'échelle du génome dans de larges cohortes de population, ce qui, combiné à des analyses statistiques sophistiquées, permet d'identifier les variantes associées à la susceptibilité aux maladies génétiques courantes. Ces études permettent d'identifier les gènes et les voies qui peuvent conduire à une meilleure compréhension de ces maladies ainsi qu'à de nouvelles approches thérapeutiques.

Collins et Thrasher [ 4 ] passent en revue les progrès réalisés dans le domaine de la thérapie génique, un autre domaine qui a fait l’objet de nombreuses recherches récentes, même si les progrès ont été relativement lents. Cependant, de nouvelles approches, notamment la capacité de corriger précisément les défauts génétiques (l’édition génique) promettent des avancées majeures dans la thérapie génique, même si des questions éthiques doivent encore être abordées.

Les origines de l'immunologie remontent au moins au début du XVIIIe siècle, mais les études menées au cours des 60 dernières années ont fourni une image détaillée des systèmes complexes qui ont évolué pour protéger contre la maladie. L'article de McMichael et de ses collègues [ 5 ] se concentre sur ce que l'on sait du développement et du déclin du système immunitaire humain de la naissance à la vieillesse, et ses conséquences sur la protection contre les infections et sur l'auto-immunité et la malignité.

Les maladies cardiovasculaires restent une cause majeure de morbidité et de mortalité dans le monde, et Kennedy-Lydon et Rosenthal [ 6 ] discutent des perspectives de régénération cardiaque pour réparer les dommages résultant de l'infarctus du mycocarde.

Un autre domaine dans lequel le séquençage génomique à grande échelle a un impact est l'étude des agents pathogènes, où des outils analytiques sophistiqués qui combinent les séquences génomiques de grands échantillons d'isolats d'agents pathogènes avec des données géospatiales et temporelles conduisent à une compréhension des origines, de l'évolution, de la pathogénicité et de l'épidémiologie des maladies virales et bactériennes, avec la perspective d'une surveillance en temps réel grandement améliorée des épidémies. Pybus et al . [ 7 ] et Bentley & Parkhill [ 8 ], respectivement, décrivent les progrès récents dans ce domaine pour les agents pathogènes viraux et bactériens.

Nous espérons que cette sélection de contributions servira de stimulant à des recherches plus poussées dans ce domaine fascinant qui combine des concepts anciens (mais fondamentaux) tels que la théorie de l’évolution par sélection naturelle, avec de nouvelles technologies de séquençage du génome entier et de biologie moléculaire qui commencent à démêler les mécanismes détaillés de causalité des maladies et mettent en évidence de nouvelles pistes possibles de traitement ou de guérison.

Bibliographie

Spratt BG, Anderson RM. Special feature on evolution and genetics in medicine. Proc Biol Sci  2015 282 1821  20152811 . DOI: 10.1098/rspb.2015.2811

Références

• 1 - Garrod AE. 1902 The incidence of alkaptonuria: a study in chemical individuality. Lancet 160, 1616–1620. (doi:10.1016/S0140-6736(01)41972-6) 
• 2 - Haldane JBS. 1949 The rate of mutation of human genes. Hereditas 35, 267–273. (doi:10.1111/j.1601-5223.1949.tb03339.x) 
• 3 - Price AL, Spencer CCA, Donnelly P. 2015 Progress and promise in understanding the genetic basis of common diseases. Proc. R. Soc. B 282, 20151684. (doi:10.1098/rspb.2015.1684) 
• 4 - Collins M, Thrasher A. 2015 Gene therapy: progress and predictions. Proc. R. Soc. B 282, 20143003. (doi:10.1098/rspb.2014.3003) 
• 5 - Simon AK, Hollander GA, McMichael A. 2015 Evolution of the immune system in humans from infancy to old age. Proc. R. Soc. B 282, 20143085. (doi:10.1098/rspb.2014.3085) 
• 6 - Kennedy-Lydon T, Rosenthal N. 2015 Cardiac regeneration: epicardial mediated repair. Proc. R. Soc. B 282, 20152147. (doi:10.1098/rspb.2015.2147) 
• 7 - Pybus OG, Tatem AJ, Lemey P. 2015 Virus evolution and transmission in an ever more connected world. Proc. R. Soc. B 282, 20142878. (doi:10.1098/rspb.2014.2878) 
• 8 - Bentley SD, Parkhill J. 2015 Genomic perspectives on the evolution and spread of bacterial pathogens. Proc. R. Soc. B 282, 20150488. (doi:10.1098/rspb.2015.0488)