La structure de la matière blanche et la génétique peuvent révéler des liens avec des troubles liés au cerveau

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Un nouveau étude a utilisé des images cérébrales de plus de 30 000 personnes pour cartographier les associations génétiques avec des différences structurelles dans la substance blanche du cerveau, avec des liens possibles avec plusieurs troubles héréditaires liés au cerveau. La recherche est publiée dans Avancées scientifiques.

Structure cérébrale et génétique

Deux types de tissus différents composent notre cerveau : la matière grise et la matière blanche. La matière grise est courante dans les zones fonctionnellement importantes du cerveau telles que le cervelet et le cortex cérébral, ce qui signifie que l’importance de la matière blanche est parfois négligée.

La substance blanche – du nom de la couleur des gaines de myéline grasse qui entourent les axones des cellules nerveuses du cerveau – conduit des signaux neuronaux le long de connexions qui relient différentes régions du cerveau, formant de grands réseaux dans le cadre du “connectome” structurel.

Études précédentes ont suggéré que des variations dans la structure de la substance blanche pourraient être liées à une prédisposition génétique à plusieurs troubles psychiatriques et neurologiques comme le trouble dépressif majeur et la schizophrénie. Cependant, diverses méthodes d’imagerie cérébrale n’ont pas réussi à lier les changements structurels de la substance blanche à des gènes ou à des positions spécifiques dans le génome (loci).

Des recherches visant à étudier comment les variants, les gènes et les voies de l’ADN peuvent modifier la structure de la substance blanche sont indispensables pour comprendre comment cela peut influencer la prédisposition aux troubles cérébraux.

Dans la présente étude, les chercheurs visaient à déterminer comment les gènes ou les variantes génétiques peuvent avoir un impact sur le connectome de la substance blanche, et les liens potentiels avec les troubles cérébraux et les traits comportementaux.

C’est écrit dans la matière blanche

Les chercheurs ont analysé les images cérébrales et les données de génotypage de 30 810 participants adultes provenant du Biobanque du Royaume-Uni. Ils ont examiné des images cérébrales obtenues à l’aide de imagerie du tenseur de diffusion (DTI) – un type d’IRM – et a appliqué une technique appelée tractographie qui visualise les fibres de matière blanche (tractus) en 3D pour identifier les variations structurelles courantes.

Ensuite, ils ont effectué une analyse d’association à l’échelle du génome à l’aide des données de génotypage des participants, trouvant 325 locus génétiques associés aux changements structurels identifiés.

« Les fibres nerveuses du cerveau sont disposées en faisceaux qui relient différentes parties du cerveau pour former de plus grands réseaux. En regardant à travers les > 30 000 participants, nous avons trouvé des centaines de variantes dans le génome qui étaient associées à une variation interindividuelle des connexions de la substance blanche », a expliqué Professeur Clyde Franckschercheur principal à l’Institut Max Planck de psycholinguistique et auteur principal de l’étude.

De plus, en utilisant des données génétiques précédemment publiées recueillies au cours de la vie humaine, Francks et ses collègues ont découvert que ces variantes génétiques avaient tendance à être les plus actives pendant le développement du cerveau embryonnaire et fœtal. Leurs rôles comprenaient la génération de nouvelles cellules nerveuses et leur « câblage » à l’emplacement correct dans le cerveau, ce qui suggère que certaines variations structurelles peuvent être établies tôt dans la vie.

Les résultats ont également mis en lumière les liens possibles entre ces changements structurels et les troubles liés au cerveau. “Les personnes ayant des prédispositions génétiques plus élevées aux troubles psychiatriques avaient tendance à avoir des quantités légèrement réduites de connexions de substance blanche dans leur cerveau, assez largement dans leur cerveau, mais quelque peu différemment pour différents troubles”, a expliqué Francks. Par exemple, la prédisposition génétique à l’autisme était associée à la connectivité de la substance blanche dans les régions du cerveau liées à l’attention et à la mémoire de travail, tandis que la prédisposition au trouble bipolaire était associée aux régions cérébrales impliquées dans l’humeur.

“Ces résultats suggèrent qu’un réseau réduit de connexions de la substance blanche est un facteur de risque de troubles psychiatriques, et que les connexions spécifiques qui sont affectées peuvent influencer le type précis de trait psychiatrique auquel une personne est disposée”, a ajouté Francks.

Le connectome et d’autres fonctions cérébrales

Abordant certaines des limites de l’étude, Francks a souligné que la méthodologie utilisée était limitée par la nécessité d’analyser plus de 30 000 images cérébrales en quelques mois. “Il existe d’autres approches informatiques qui présentent des avantages en permettant des fonctionnalités plus fines des réseaux de matière blanche, mais qui auraient fait durer notre temps d’exécution pendant plusieurs années”, a-t-il expliqué. “Notre approche a suffisamment bien fonctionné pour identifier de nombreux nouveaux effets génétiques sur la substance blanche du cerveau, mais il y a sûrement plus à découvrir.”

Francks a également expliqué que l’étude des centres du langage du cerveau, un sujet spécialisé de son département, est désormais ciblée pour de nouvelles recherches. “Dans nos futurs travaux sur la génétique de la dyslexie et d’autres traits et troubles liés au langage, nous accorderons une attention particulière aux gènes que nous avons impliqués dans le câblage du réseau langagier du cerveau.”

Référence: Sha Z, Schijven D, Fisher S, Francks C. Architecture génétique du connectome de la substance blanche du cerveau humain. 2023. Sci. Adv. est ce que je: 10.1126/sciadv.add2870

Le professeur Clyde Francks parlait au Dr Sarah Whelan, rédactrice scientifique pour les réseaux technologiques.