CE12 - Génétique, génomique et ARN

Reconstruire l’évolution des structures crânio-dentaires chez l’humain – GenoMorph

GenoMorph – Reconstruire l’évolution des structures crânio-dentaires chez l’humain

Les récentes études sur la structure du crâne et des dents des homininés fossiles et actuels ont démontré que des informations (paléo)biologiques précieuses peuvent être extraites de ces tissus minéralisés pour retracer les trajectoires évolutives. Une composante génétique non-négligeable explique vraisemblablement la variation de nombreuses de leurs caractéristiques morphologiques. Cependant, l'architecture génomique de la structure crânio-dentaire reste encore méconnue chez l'humain.

Comprendre les relations entre génotype et phénotype des structures crânio-dentaires

La compréhension des relations entre génotype et phénotype permettra de jeter une lumière nouvelle sur l’étude du registre paléoanthropologique. Le projet GenoMorph repose sur une approche multidisciplinaire exploitant données (paléo)génétiques et morphologiques issues de techniques d'imagerie par rayons X. L’objectif principal vise à comprendre les mécanismes génétiques sous-jacents dans l’évolution des structures crânio-dentaires chez l’humain.<br />Le champ de la phénomique cränio-dentaire, une discipline émergente en biology qui s'intéresse aux interactions entre gènes, développement et morphologie, offre de nouvelles possibilités pour élucider l'importance de la composante génétique sur l'organisation structurale osseuse et dentaire à travers des approches extensives et intensives de phénotypage. GenoMorph va associer des analyses génétiques et des techniques d'imagerie virtuelle de pointe pour corréler les informations moléculaires et morphologiques. En collaboration avec des spécialistes en (paléo)anthropologie, odontologie, (paléo)génétique, bioinformatique, imagerie virtuelle et biostatistiques, ce projet multidisciplinaire vise à apporter de nouvelles informations sur l'architecture génétique liée à plusieurs structures cränio-dentaires telles que l'épaisseur de la voûte crânienne, la conformation du crâne et de l'endocrâne, les proportions des tissus dentaires, la conformation de la jonction émail-dentine. En croisant le données génétiques et morphologiques appartenant aux mêmes individus humains modernes, ce projet a pour but de construire des modèles génotype-phénotype de référence et de tester des hypothèses évolutives sur la lignée humaine.

La cohorte de patients sera constituée de participants volontaires adultes des deux sexes en suivant un protocole de stricte confidentialité. Les volontaires seront recrutés parmi les citoyens français effectuant des examens cliniques dans les institutions impliquées dans le projet. Les volontaires seront informés en détail des objectifs de ce programme de recherche et du fait que les données collectées seront anonymisées et utilisées uniquement dans un but scientifique. Les participants signeront un formulaire de consentement éclairé. Il est prévu qu’un total de 3000 individus participera à cette étude, la moitié de l’échantillon étant recrutée pour l’étude des structures crâniennes chez des patients dont un examen par tomographie axiale (CT) a été prescrit (à une résolution classique de 450 à 600 µm), et l’autre moitié pour l’étude de la structure dentaire chez des patients pour lesquels a été prescrit un examen de la mâchoire par tomographie cone-beam (CBCT) à haute résolution (entre 76 et 100 µm). Les patients n’ayant pas de pathologie majeure affectant la morphologie osseuse ou dentaire seront invités à participer à l’étude. En plus des scans qui serviront aux analyses morphologiques, un échantillon d’un millilitre de salive sera collecté pour chacun des volontaires à l’aide d’un tube à échantillonner spécifique (avec le kit Oragene OG-510, les participants devront simplement déposer de la salive dans un tube). Les analyses génétiques seront ensuite réalisées au Centre National de Recherche en Génomique Humaine (CNRGH, CEA, Evry, France) à l’aide de séquenceurs Illumina Global Screening Array. Les analyses des structures morphologiques osseuses et dentaires, ainsi que l’analyse des données génétiques seront effectuées au laboratoire PACEA de l’Université de Bordeaux. L’ensemble des données numériques sera conservé sur un serveur sécurisé géré par PACEA, toutes les données étant anonymisées.
Plusieurs institutions françaises sont impliquées dans le projet (le CHU de Bordeaux, les Facultés Dentaires de Bordeaux et Toulouse, la Clinique Pasteur de Toulouse et les Hôpitaux Catholiques de Lille).

Un échantillon de restes humains archéologiques sera aussi analysé (environ 200 spécimens), en collaboration avec le projet ANCESTRA (anr.fr/Project-ANR-15-CE27-0001) Les données génétiques sont déjà acquises ou en cours d’acquisition dans le cadre d’ANCESTRA et des scans microtomographiques de crânes et dents de ces spécimens archéologiques seront effectués dans le cadre de GenoMorph.

La combinaison innovante des analyses génétiques et des approches morphométriques quantitatives appliquée à un large échantillon représentatif d'humain moderne et l'intégration complémentaire de données issues du registre paléoanthropologique permettront d'offrir une fondation solide sur laquelle tester des hypothèses sur les processus évolutifs ayant contribué à façonner les structures osseuses et dentaires. Il existe un potentiel énorme pour découvrir des variants à effet majeur, ou pour mettre au jour de nouveaux gènes candidats à travers ce programme de recherche. Mais la piste de recherche la plus prometteuse de GenoMorph concerne la comparaison au sein de mêmes individus des informations génétiques et morphologiques pour mieux comprendre les liens génotype-phénotype et pour fournir un cadre plus détaillé de l'architecture crânio-dentaire, ainsi que pour mettre en lumière les processus évolutifs en jeu au cours de l'évolution humaine. L'application potentielle des résultats de ce projet aux sciences médico-légales représente un atout majeur également.

En plus des résultats et applications de GenoMorph concernant l'étude de l'évolution humaine, l'identification de gènes affectant la morphologie pourrait permettre de révéler de nouveaux gènes candidats impliqués dans les troubles du développement profond. La mise en lumière de ces gènes, et la reconnaissance de possibles mutations, pourraient ouvrir de nouvelles pistes pour mettre en place des stratégies de traitement en milieu médical.

Il est envisagé que plusieurs articles scientifiques soient publiés dans des revues scientifiques internationales de fort impact.

Les récentes études sur la structure du crâne et des dents des homininés fossiles et actuels ont démontré que des informations (paléo)biologiques précieuses peuvent être extraites de ces tissus minéralisés pour estimer le statut taxinomique, les trajectoires évolutives et les relations phylogénétiques. Une composante génétique non-négligeable explique vraisemblablement la variation de nombreuses de leurs caractéristiques morphologiques. Cependant, l'architecture génomique de la structure crânio-dentaire reste encore méconnue chez l'humain et la compréhension des relations entre génotype et phénotype permettra de jeter une lumière nouvelle sur l’étude du registre paléoanthropologique. Le projet GenoMorph repose sur une approche multidisciplinaire exploitant données (paléo)génétiques et morphologiques issues de techniques d'imagerie par rayons X. L’objectif principal vise à comprendre les mécanismes génétiques sous-jacents dans l’évolution des structures crânio-dentaires chez l’humain.

Coordination du projet

Clément Zanolli (DE LA PREHISTOIRE A L'ACTUEL : CULTURE, ENVIRONNEMENT ET ANTHROPOLOGIE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

PACEA DE LA PREHISTOIRE A L'ACTUEL : CULTURE, ENVIRONNEMENT ET ANTHROPOLOGIE
EA4490 PHYSIOPATHOLOGIE DES MALADIES OSSEUSES INFLAMMATOIRES
Clinique Pasteur de Toulouse / Radiologie
CENTRE D IMAGERIE MEDICALE / Radiologie
AMIS ANTHROPOLOGIE MOLECULAIRE ET IMAGERIE DE SYNTHESE
CEA - CNRGH CEA - Centre National de Recherche en Génomique Humaine
Pôle Spécialités Chirurgicales
The Open University / Faculty of Science, Technology, Engineering & Mathematics, School of Mathematics and Statistics
National University of La Plata / División Antropología
University College of London / Genetics, Evolution & Environment
University of the Witwatersrand / School of Geography, Archaeology and Environmental Sciences

Aide de l'ANR 302 672 euros
Début et durée du projet scientifique : avril 2021 - 42 Mois

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