Une étude GWAS révélant la génétique des tourbillons de cheveux et de l'hérédité polygénique

En tant que caractéristique humaine facilement observable, la formation de la couronne de cheveux se met en place durant les 10 à 16 semaines de gestation. Ces couronnes se caractérisent par le nombre de tours (soit simple, soit double) et leur orientation directionnelle (comme dans le sens des aiguilles d'une montre, dans le sens inverse ou diffuse). Des recherches ont révélé qu'un seul gène régit l'hérédité des motifs spiraux des cheveux, conformément à la génétique mendélienne. Ainsi, l'apparence de votre couronne de cheveux est principalement déterminée par la constitution génétique de vos parents, et elle n'a aucune incidence sur votre personnalité ou votre destin. De plus, des enquêtes scientifiques ont identifié des motifs spiraux atypiques chez des individus présentant des anomalies neurodéveloppementales, soulignant l'importance potentielle de comprendre les bases génétiques de ces motifs pour dévoiler des processus biologiques cruciaux.

Dans une étude complète, des chercheurs ont mené une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) impliquant 2 149 participants de la cohorte de l'enquête sur les caractéristiques physiques chinoises. Par la suite, les résultats de l'EGA ont été corroborés en examinant 1 950 individus de la cohorte de l'étude longitudinale de Taizhou. Cet effort collaboratif a conduit à l'identification de quatre variantes génétiques spécifiques (situées à 7p21.3, 5q33.2, 7q33 et 14q32.13). Ces résultats suggèrent que l'orientation de la couronne de cheveux est influencée par l'impact cumulatif de plusieurs gènes, signifiant une héritage polygénique. Cette étude a également éclairé le rôle de ces variantes génétiques dans la régulation de la polarité des cellules des follicules pileux, influençant potentiellement la fermeture et la croissance du tube neural crânien.

L'effort de recherche a englobé une analyse complète impliquant 2 149 individus, ainsi qu'une cohorte de validation de réplication composée de 1 950 participants, tous ayant volontairement donné leur consentement éclairé par écrit. L'étendue de cette Étude d'Association à l'Échelle du Génome (GWAS) était contraint à des individus présentant une orientation de spirale capillaire unique, soit dans le sens des aiguilles d'une montre, soit dans le sens inverse, en raison de la disponibilité limitée des tailles d'échantillons pour d'autres motifs de spirale. Cette restriction a entraîné une diminution de la puissance statistique pour l'étude d'association à l'échelle du génome (GWAS). Au départ, la distribution des orientations de l'hélice au sein de cette population d'étude s'alignait étroitement avec les résultats de recherches antérieures, ne montrant aucune distinction notable entre les sexes.

En utilisant des techniques de modélisation mixte linéaire, les chercheurs ont identifié un locus génétique situé à 7p21.3, qui a ensuite été corroboré dans la cohorte de l'étude longitudinale TAY. En amalgamant davantage les données des deux cohortes, les chercheurs ont découvert trois signaux génétiques significatifs supplémentaires aux positions 5q33.2, 7q33 et 14q32.13.

L'équipe de recherche s'est ensuite engagée dans la tâche d'identifier les variants causaux potentiels pour chaque signal à travers une annotation fonctionnelle, en mettant l'accent sur la priorisation des gènes candidats. Ce processus a nécessité une analyse complète des résultats d'annotation et des scores associés pour proposer des variants candidats qui pourraient avoir une signification biologique. Notamment, pour le signal le plus prominent à 7p21.3, le variant causal putatif, rs246829, était situé à 252 kb en aval d'ARL4A, un locus de caractère quantitatif connu pour l'expression d'ARL4A dans la peau. De plus, rs246829 a été trouvé niché au sein d'un ensemble de sites de liaison de facteurs de transcription, indiquant son rôle en tant que région régulatrice de gènes. Par conséquent, il a été postulé que rs246829 pourrait potentiellement influencer la direction de la rotation des cheveux en modulant l'expression d'ARL4A dans la peau. En outre, les individus portant l'allèle de risque 'C' présentaient une probabilité accrue de rotation des cheveux dans le sens antihoraire.

Les GWAS sur la direction des tourbillons de cheveux ont identifié quatre signaux significatifs.

De manière intrigante, dans une analyse des données de séquençage unicellulaire obtenues à partir de follicules pileux d'embryons de souris s'étendant sur la plage de développement allant du jour 11,5 au jour 17,0, les chercheurs ont discerné que l'ARL4A présentait des niveaux d'expression maximaux pendant la même période de développement où l'angle de division cellulaire contribue de manière cruciale au développement des cellules épithéliales des follicules pileux. L'orientation générale des follicules pileux pendant l'embryogenèse de la souris est guidée par des mécanismes de polarité cellulaire planaire. Par conséquent, les chercheurs ont postulé que l'ARL4A joue un rôle essentiel dans la formation des kératinocytes au cours du développement précoce de la peau et des follicules pileux, principalement en modulant le cytosquelette d'actine et en intégrant la voie de polarité cellulaire planaire. Ce processus complexe aboutit finalement à des modifications de l'orientation des follicules et, par conséquent, à des changements dans l'orientation hélicoïdale des mèches de cheveux.

L'analyse intégrative a révélé des signaux significatifs à 14q32 et 5q33.2, qui sont étroitement associés à des gènes codant des protéines dans leur voisinage. Notamment, les loci potentiels de variante de nucléotide unique (SNV), spécifiquement 14q32.13 et rs179151, représentent des loci de traits quantitatifs d'expression (eQTL) situés dans le promoteur du gène SYNE3. Ces eQTL exercent une influence sur les interactions du cytosquelette d'actine et jouent un rôle crucial dans la polarité cellulaire et le développement cortical.

De plus, la variable causale putative, rs11346660, se situe dans une région amplificatrice de HAND1, un facteur de transcription de type hélice-boucle-hélice essentiel pour la morphogenèse cranio-faciale. Contrairement aux gènes ARL4A, les gènes SYNE3 et HAND1 présentent des niveaux d'expression réduits pendant le développement des follicules pileux. Étant donné que les follicules pileux émergent au site de fermeture du tube neural crânien, il est plausible que SYNE3 et HAND1 influencent le développement cranio-facial, pouvant potentiellement affecter l'alignement et la direction des cheveux du cuir chevelu, plutôt que d'avoir un effet direct sur le développement de la peau.

Bien que des recherches antérieures aient suggéré un lien potentiel entre les motifs de rotation des cheveux et les troubles neurologiques, cette étude... Analyse d'association à l'échelle du génome (GWAS) échec de l'établissement d'une telle connexion. Néanmoins, cette enquête a réussi à éclairer la relation entre les variations du gène HAND1 et la calvitie masculine, même si le mécanisme biologique précis sous-jacent à cette pléiotropie reste énigmatique.

En essence, cette étude a révélé que la direction de rotation des cheveux est un trait polygénique et a identifié quatre loci génétiques associés à ce trait. Les fonctions de ces gènes suggèrent leur implication dans la polarité cellulaire et la régulation de la structure cytosquelettique durant le développement des follicules pileux, ainsi que dans la fermeture et la croissance du tube neural crânien. Ces processus peuvent, à leur tour, influencer l'orientation des follicules pileux et corréler avec la direction de la rotation des cheveux. Fait remarquable, cette étude marque l'effort pionnier de localisation génétique de la rotation des cheveux du cuir chevelu humain, affirmant non seulement ses bases génétiques mais aussi sa régulation multifacette par plusieurs gènes.

Référence:

1. Luo, Junyu, et al. "Les GWAS identifient des loci génétiques associés à la direction de la couronne de cheveux du cuir chevelu humain." Le Journal de dermatologie d'investigation (2023) : S0022-202X.