Lien génétique entre le teint et l’origine ancestrale compliqué par une nouvelle découverte

Une équipe de généticiens de Penn State cherche les réponses à une question séculaire de la biologie humaine : l’origine génétique des variations fondamentales de la pigmentation cutanée entre les personnes de différentes ethnies. Le lien entre la pigmentation de la peau et l’origine ethnique est plus compliqué qu’on ne le pensait auparavant, selon une nouvelle étude publiée dans la revue eLife.

L’équipe a confirmé que les gènes associés à l’ascendance est-asiatique et amérindienne, plutôt que les gènes qui sous-tendent la peau plus claire des personnes d’ascendance européenne, expliquent la peau plus claire des personnes d’origine est-asiatique et amérindienne. Selon l’équipe, savoir quels gènes sont responsables de la régulation du teint de la peau, en fonction de l’origine ancestrale d’une personne, a de vastes implications pour la recherche génétique, notamment en ce qui concerne la prévention ou le traitement de certains cancers de la peau.

“Nous sommes sur le point d’établir les bases permettant de comprendre d’où nous venons, comment le changement de couleur se produit au niveau moléculaire et pourquoi le changement de couleur de la peau est davantage associé au mélanome induit par le soleil chez les Européens”, a déclaré l’auteur co-correspondant Keith C. Cheng, professeur distingué de pathologie et de médecine de laboratoire, de biochimie et biologie moléculaire et de pharmacologie à Penn State.

Selon Cheng, un indice clé pour comprendre l’évolution des tons de la peau humaine réside dans le génome d’une petite population du Commonwealth de la Dominique. Située à deux heures de ferry au nord de l’île populaire de la Martinique, la petite île rocheuse de la Dominique abrite le peuple Kalinago, qui a la moins d’ascendance européenne parmi toutes les populations amérindiennes des Caraïbes.

Cheng s’est connecté pour la première fois avec cette tribu, dont l’ascendance comprend principalement des lignées amérindiennes et africaines, il y a 15 ans, après que son laboratoire a identifié le gène responsable de la couleur de peau plus claire chez les Européens. En 2009, Cheng et l’auteur co-correspondant Khai C. Ang ont commencé à travailler avec le peuple Kalinago géographiquement et génétiquement isolé pour exclure la possibilité que le même gène régule également le teint chez les Amérindiens et les Asiatiques de l’Est.

“Après avoir identifié la variante du gène SLC24A5, le principal contributeur à la couleur de peau plus claire chez les Européens en 2005, la prochaine question évidente était : qu’en est-il des tons de peau similaires chez les Amérindiens et les Asiatiques de l’Est ?” a déclaré Cheng, qui a dirigé l’équipe qui a fait cette découverte.

“Les deux populations ont la peau relativement claire, mais les Européens sont au moins 15 fois plus susceptibles de contracter un mélanome. Pourquoi les Asiatiques de l’Est et les Amérindiens ne souffrent-ils pas du cancer de la peau au même rythme ?”

La science de la couleur de la peau

“Les différences de couleur de peau sont depuis longtemps un mystère de la biologie humaine”, a déclaré Ang, professeur adjoint de pathologie et de médecine de laboratoire à Penn State.

Tous les humains sont originaires d’Afrique et, à mesure qu’ils étendaient leur empreinte au reste du monde, deux principales branches migratoires ont émergé : la branche européenne, qui comprend les peuples du sous-continent indien et d’Europe ; et la branche Asie de l’Est, qui comprend l’Asie de l’Est et les Amériques. Les gens des deux branches se sont adaptés à des zones géographiques et climatiques différentes.

L’une de ces adaptations impliquait la mélanine, le pigment cellulaire responsable des tons plus foncés de la peau, des cheveux et des yeux. Il offre une certaine protection contre les rayons ultraviolets (UV) du soleil, qui peuvent endommager les cellules de la peau. Mais dans les latitudes septentrionales de l’Europe et de l’Asie, la mélanine limite également la production de vitamine D, essentielle à la santé humaine, a expliqué Ang.

“Un avantage biologique de la lumière du soleil est la vitamine D, que le corps produit à partir de l’exposition aux UV”, a déclaré Ang. “Dans les endroits où les rayons UV sont plus faibles, les personnes ayant moins de mélanine font un meilleur usage de leur exposition.”

Pour cette raison, les Amérindiens et les Asiatiques de l’Est semblent avoir moins de mélanine que les personnes d’ascendance africaine, mais ils sont moins susceptibles que les Européens de développer un mélanome, selon Ang.

“Il existe de multiples modifications dans le génome humain qui peuvent influencer les tons de peau, mais les humains ont historiquement été classés selon leur ascendance en trois grands groupes : Africains, Amérindiens/Asie de l’Est et Européens/Asie du Sud”, a déclaré Ang. “La peau européenne est plus sensible aux dommages causés par les UV, même si elle présente des nuances similaires à celles des Asiatiques de l’Est et des Amérindiens. Certains mécanismes cellulaires et génétiques doivent protéger contre de tels dommages.”

Maintenant que l’équipe a confirmé que différents gènes sont responsables des tons de peau dans chaque branche migratoire de l’humanité, a déclaré Cheng, les chercheurs peuvent commencer à mieux comprendre pourquoi le mécanisme européen de peau plus claire entraîne des taux plus élevés de mélanome chez les Européens.

“Ce travail confirme que des mécanismes génétiques distincts ont été impliqués dans l’évolution d’une peau plus claire dans chacune des branches de migration humaine”, a déclaré Cheng.

La collaboration Kalinago

Cependant, selon les chercheurs, le travail impliquait plus que simplement tester des gènes. Selon Cheng, le peuple Kalinago était « légitimement protégé avant de participer généreusement à ce travail ».

“Je me suis lancé dans cette démarche avec une perspective naïve et idéaliste : la science pourrait bénéficier à tout le monde, y compris à ce groupe”, a déclaré Cheng, soulignant qu’il avait rapidement appris que de nombreux Kalinago avaient de bonnes raisons d’être sceptiques. “Les scientifiques ont déjà travaillé avec des populations comme celle-ci sans leur apporter de bénéfice. L’histoire des contacts du peuple Kalinago avec le monde européen était pleine de colonialisme. On ne peut pas leur reprocher d’être méfiants.”

Cheng, Ang et leurs collaborateurs ont passé plus d’une décennie à établir des relations avec le peuple Kalinago et ses dirigeants. Les conseils Kalinago composés d’élus supervisent la communauté. De nouvelles élections à intervalles de quelques années signifiaient que les chercheurs devaient gagner l’adhésion des tribus à chaque changement de direction.

“Nous avons eu et continuons d’avoir des discussions avec le Conseil de Kalinago et les infirmières de la communauté à propos du projet et de la manière dont elles peuvent potentiellement aider à résoudre les mystères de la pigmentation de la peau humaine, en soulignant leur contribution à la science”, a déclaré Ang. “Et ils ont accepté de nous aider. C’était incroyable.”

Les chercheurs ont effectué plusieurs voyages de collecte de données, dirigés par Ang, en Dominique, passant jusqu’à quatre mois à la fois avec le Kalinago. Bien que les membres de la tribu parlent anglais, ils conversent principalement en créole. Les chercheurs ont collaboré étroitement avec les infirmières de Kalinago, qui ont voyagé avec eux jusqu’aux confins de l’île, aidant à collecter des mesures de salive et de teinte de peau et à rendre les participants à l’étude plus à l’aise. En échange, les chercheurs, qui ont appris un peu de Kalinago conversationnel, se sont portés volontaires à la clinique Kalinago.

“Nous avons gagné quelques petites subventions, dont une du Hershey Rotary Club, pour acheter du matériel médical à donner”, a déclaré Ang.

Cheng a noté que l’équipe a également fourni à la communauté des équipements satellitaires, qui sont devenus leur principal moyen de communication après l’ouragan Maria en 2017.

La relation symbiotique reflète les intentions scientifiques des chercheurs, ont déclaré les chercheurs.

“Nous étudions ces minuscules changements dans l’ADN, la biologie qui est à la base de tous les humains”, a déclaré Ang. “Et quelle que soit notre ascendance, nous sommes tous humains et curieux. Nous et les Kalinago avons travaillé ensemble pour comprendre ce mystère génétique de la couleur de notre peau.”

Questions de mélanine

Les chercheurs soupçonnaient que le peuple Kalinago avait peu d’ascendance européenne de par son histoire, et ils ont confirmé qu’ils n’avaient qu’environ 12 % de génétique européenne.

“Avec cette confirmation, nous savions que nous pouvions utiliser les données de cette population pour nous concentrer sur les origines d’une pigmentation plus claire qui semble provenir très probablement d’ancêtres communs en Asie de l’Est”, a déclaré Cheng.

Tous les humains possèdent le même ensemble d’environ 20 000 gènes, mais les individus portent différentes combinaisons de ces gènes, appelées allèles. Des combinaisons courantes d’allèles génétiques définissent l’ascendance d’une personne : ce sont les cartes qui permettent à des services d’ascendance génétique tels que 23andMe de suivre l’histoire ancestrale d’un individu. La plupart des allèles diffèrent de manière subtile, comme le changement d’une seule lettre dans SLC24A5 qui est en grande partie responsable de la couleur de peau plus claire partagée par les peuples européens.

“Les combinaisons de ces allèles définissent l’ascendance et ont un impact énorme sur la couleur de la peau”, a déclaré Cheng. “Nous sommes tous porteurs de formes mutantes de gènes de couleur de peau, ou allèles, qui déterminent nos tons de peau individuels. Les allèles de couleur de peau programment la peau d’une personne pour qu’elle contienne plus ou moins de mélanine.”

Ang a mesuré la mélanine cutanée de chaque participant à l’aide d’un appareil de réflectométrie sur l’intérieur du bras. L’appareil fait clignoter la lumière et mesure la quantité de réflexion de la lumière ; une peau plus foncée, qui contient plus de mélanine, reflète moins la lumière qu’une peau plus claire. Ces valeurs sont ensuite étudiées quantitativement sous forme d’unités d’indice de mélanine : plus la valeur est élevée, plus la peau est foncée. Ang a également collecté des échantillons de salive pour étudier l’ADN de chaque participant.

Au total, l’équipe a collecté des mesures et des échantillons auprès de 458 personnes, soit environ 15 % de la population de Kalinago, dont trois personnes atteintes d’albinisme. Ils ont analysé l’ascendance génétique et séquencé environ trois millions de marqueurs du teint de chaque échantillon.

“Nous avons constaté que l’ascendance amérindienne et asiatique de l’Est contribuait à elle seule à au moins 20 unités de mélanine”, a déclaré Ang. “À titre de comparaison, chaque mutation européenne et l’allèle de l’albinisme que nous avons identifié ont contribué entre -4 et -8 unités de mélanine. Il s’avère qu’aucun des candidats publiés pour les gènes éclaircissants de la peau amérindiens/asiatiques de l’Est n’a provoqué d’effet détectable.”

Dans l’ensemble, les chercheurs ont déterminé que le peuple Kalinago a plus d’ascendance amérindienne – environ 55 % – et moins d’ascendance génétique européenne – environ 12 % – que toute autre population des Caraïbes. Environ 32 % de leur ascendance est africaine.

Les mesures de l’indice de mélanine et l’analyse génétique correspondent également aux histoires orales des Kalinago, selon les chercheurs, dans lesquelles les participants ont signalé un héritage « noir », « Kalinago » ou « mixte ».

“Nous savons maintenant que les gènes candidats de pigmentation déjà identifiés ne sont pas responsables de la couleur de la peau dans cette population”, a déclaré Cheng. “Cela signifie que cette population pourrait nous aider à découvrir quels gènes sont réellement responsables de la peau plus claire des Amérindiens et des Asiatiques de l’Est.”