Exploitation pédagogique SLC24A5
Le polymorphisme du gène SLC24A5 chez l’homme
- Deux allèles du gène SLC24A5 sont diversement répartis dans les populations humaines. La comparaison des séquences codantes nucléiques de ces deux allèles révèle une seule différence, substitution d’un nucléotide à Guanine par un nucléotide à Adénine, qui a pour effet, au niveau protéique, d’avoir en position 111 un acide aminé Alanine ou un acide aminé Thréonine.
Rien ne permet de savoir à priori quel est l’allèle muté. Le document 3 fournit une comparaison des séquences protéiques d'une douzaine de vertébrés au voisinage correspondant au polymorphisme humain. A la position homologue de la position 111 de la protéine humaine de SLC24A5 on trouve toujours l'Alanine chez les autres Vertébrés.
Dans ce document, les acides aminés sont désignés suivant la nomenclature internationale en code une lettre.
Cela conduit à penser que l’allèle désigné par commodité Ala111 est l’allèle ancestral et l’allèle Thr111 l’allèle muté. Cette mutation est intervenue au cours de l’histoire des populations humaines.
Le polymorphisme du gène SLC24A5 chez l’homme et la pigmentation de la peau
Mettre en évidence une différence dans la protéine codée par deux allèles ne signifie pas obligatoirement que cette différence a des conséquences sur la fonction de la protéine. Cela revient à se demander si le remplacement de l’Alanine par la Thréonine en position 111 a des répercussions sur l’activité de la protéine SLC24A5 dont on sait qu’elle intervient sur la synthèse de la mélanine dans les mélanosomes.
Les chercheurs ont étudié des populations métissées « américano-africaines » ; ils ont déterminé quantitativement par réflectométrie, la richesse en mélanine de personnes de génotype Ala111//Ala111 ; Ala111//Thr111 et Thr111//.Thr111. Les résultats obtenus sont illustrés par les histogrammes du document suivant.
On constate :
- Une variabilité de l’index mélanique pour des personnes ayant le même génotype pour le gène SLC24A5 ;
- Un chevauchement des trois histogrammes ce qui indique qu’on peut avoir la même pigmentation avec des génotypes différents pour le gène SLC24A5 ;
- Un pourcentage plus élevé de personnes ayant un index mélanique supérieur à 0 dans le groupe homozygote pour le génotype Ala111//Ala111 (G//G au niveau nucléique), que dans les deux autres groupes. La valeur 0 pris comme référence correspond à la moyenne de l’index mélanique dans le groupe Ala111//Ala111.
Ce dernier point confirme que la différence allélique du gène SLC24A5 a un impact sur la pigmentation de la peau, l’expression de l’allèle ancestral favorisant la synthèse d’une mélanine plus importante que celle de l’allèle muté.
Les deux premiers points mettent en évidence que le gène SLC24A5 ne détermine pas à lui seul la pigmentation de la peau, que d’autres gènes interviennent pour lesquels il doit aussi exister un polymorphisme.
Les auteurs de la recherche, après un traitement statistique des données recueillies, arrivent à la conclusion qu’en moyenne, le groupe de génotype Ala111//Ala111 a un index mélanique supérieur respectivement de 7 et de 9,6 unités mélaniques, à ceux du groupe hétérozygote et du groupe Thr111//Thr111. Comme la différence de pigmentation entre européens ou américains à peau blanche, avec des métis américano-africains est estimée à 30 unités mélaniques, ils arrivent à la conclusion que le polymorphisme du gène SLC24A5 intervient pour 25 à 38% dans la pigmentation de la peau humaine.
La fréquence des allèles du gène SLC24A5 à l’échelle mondiale
- On peut alors demander aux élèves d’exploiter les documents sur la répartition mondiale des allèles du gène SLC24A5 pour voir si elles confirment le rôle de ce gène dans la pigmentation de la peau.
En haut : fréquence dans 4 populations Européenne (CEU), Han (Chinoise, CHB), Japonaise (JPT) et Yoruba (tribu de l’Afrique de l’ouest, YRT). Chaque cercle indique la fréquence de chaque allèle dans les 4 populations : en rouge celle de l’allèle Ala111, en bleu celle de l’allèle Thr111 (d’après Lamasson et al).
En bas : carte de la fréquence des allèles Ala111 et Thr111 dans 53 populations de divers continents, d’après le centre d’étude du polymorphisme humain. Chaque nombre correspond à une population. Par exemple : 1 pygmés Biaka, 2 pigmés Mbuti, 3 tribu Mandenka, 4 tribu Yoruba… 49 Pima, 50 Maya, 51 Columbian, 52 Karitiana, 53 Surui (populations autoctones d'amérique du sud). La fréquence de l’allèle Ala 111 est en noir et celle de l’allèle Thr 111 en grisé.
On constate que la fréquence de l’allèle muté Thr111//Thr111 est près de 100% chez les européens (et aussi chez les américains d’origine européenne). Par contre, dans les populations africaines subsahariennes, la fréquence de cet allèle est comprise entre 0 et 7% (ce qui revient à dire que la fréquence de l’allèle ancestral est comprise entre 93 et 100% chez les africains). Cette corrélation renforce l’idée que le gène SLC24A5 est bien impliqué dans la variabilité de la pigmentation de la peau humaine.
Néanmoins, on constate également que les populations de l’est de l’Asie ont aussi une fréquence de l’allèle ancestral proche de 100% et cela bien que la peau soit claire. Cela veut dire qu’un polymorphisme d’autres gènes impliqués dans la pigmentation est à l’origine de la réduction de la pigmentation dans ces populations.
Ces données permettent d’évoquer le problème de l’évolution de la couleur de la peau dans les populations humaines suite à la sortie d’Afrique des sapiens il y a une soixantaine de milliers d’années. Les populations ancestrales des européens qui ont quitté l’Afrique devaient avoir la peau noire et posséder l’allèle ancestral. Comment expliquer la fixation de l’allèle muté chez les européens actuels ? C’est en essayant de résoudre ce problème qu’on aborde la notion de sélection naturelle.
La carte révèle aussi que les amérindiens possèdent l'allèle ancestral, comme les asiatiques du sud-est. A travers cette identité des génomes on retrace l'histoire du peuplement de l'amérique à partir de populations du sud est asiatique.
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