Comment les gènes et l’environnement lient la structure cérébrale au statut socio-économique

Dans la première étude de ce type, les chercheurs de Penn et une équipe internationale de collaborateurs ont découvert que la génétique et les facteurs environnementaux contribuent à la façon dont le statut socio-économique façonne l’architecture du cerveau.

Votre éducation, votre emploi, votre revenu et le quartier dans lequel vous vivez sont des facteurs considérés comme représentant le statut socio-économique (SSE) et contribuent à une variété de résultats sanitaires et sociaux, de la santé physique et mentale à la réussite scolaire et aux capacités cognitives.

Le cerveau agit comme un médiateur évident entre le SSE et bon nombre de ces résultats. Mais le mécanisme par lequel il le fait est resté flou et les études scientifiques n’ont pas réussi à montrer si l’impact du SSE sur le cerveau est codé dans nos gènes ou dicté par l’environnement dans lequel nous vivons.

Dans un nouveau rapport en Avancées scientifiques, une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques de l’Université de Pennsylvanie et de la Vrije Universiteit Amsterdam s’efforce de distinguer les contributions relatives des gènes et de l’environnement. En utilisant le plus grand ensemble de données jamais appliqué à cette question, l’équipe a trouvé des preuves que les influences génétiques et environnementales contribuent à l’impact du SSE dans une interaction complexe avec des effets qui couvrent une variété de régions du cerveau.

“Ce que nous avons vu dans l’étude, c’est qu’une partie de la relation entre le cerveau et le statut socio-économique pourrait être expliquée par la génétique, mais il y a beaucoup plus dans cette relation qui reste même après avoir pris en compte la génétique”, explique Gideon Nave, un spécialiste du marketing. professeur à la Penn’s Wharton School et co-auteur de l’étude. “Cela suggère que les conditions socio-économiques deviennent sous la peau d’une manière ou d’une autre et peuvent avoir des influences négatives supplémentaires sur les disparités sociales et économiques que nous voyons autour de nous.”

Le travail est le produit d’une grande collaboration universitaire co-dirigée par Philipp Koellinger de Nave et Vrije, un auteur principal de l’étude, appelée BIG BEAR, pour l’imagerie cérébrale et la génétique dans la recherche comportementale. Martha Farah, une autre co-auteure principale du travail et professeure de psychologie à Penn, est la chercheuse principale de la collaboration.

Cartographier l’empreinte de SES dans le cerveau

Un important corpus de recherches a montré que le SSE a une signature dans le cerveau.

“J’étudie la relation entre le SSE et le cerveau”, explique Farah, “et une question qui revient toujours est : qu’est-ce qui cause ces différences ?” Les caractéristiques du SSE sont-elles encodées dans le génome, ou l’expérience de vie à différents niveaux de SSE a-t-elle ces effets sur le cerveau ? Nous avons pu montrer que c’est les deux et aussi que les gènes et l’environnement semblent exercer des effets différents sur différentes parties du cerveau. »

Les chercheurs ont utilisé un ensemble de données massif, la UK Biobank, pour mieux comprendre ces contributions relatives. Des études antérieures utilisaient des échantillons plus petits pour étudier le lien entre le cerveau et le SSE ou étaient incohérentes dans la définition du SSE. En revanche, la UK Biobank englobe une vaste gamme de types de données, y compris des scintigraphies cérébrales et le séquençage génomique ainsi que des mesures SES, toutes collectées de manière standardisée. En conséquence, l’équipe de recherche a pu rechercher des modèles parmi les facteurs SSE et les informations sur les scanners cérébraux pour près de 24 000 personnes.

Chaque personne s’est vue attribuer deux « scores » de SSE, l’un combinant le revenu, la profession et le niveau d’instruction et un second combinant le quartier et la profession. En regardant les deux scores ensemble, ils représentaient environ 1,6% de la variation du volume total du cerveau, une constatation qui avait été observée précédemment.

Les chercheurs ont ensuite creusé plus profondément dans les données d’analyse du cerveau, à la recherche de régions spécifiques du cerveau qui suivaient avec SES. Ils ont trouvé une foule de régions cérébrales liées au SSE, y compris quelques surprises. Il convient de noter que le cervelet, non analysé par de nombreuses études antérieures, a montré un lien substantiel avec le SSE. Situé près du tronc cérébral, le cervelet est responsable du mouvement et de l’équilibre ainsi que des fonctions de niveau supérieur impliquant la cognition et l’apprentissage.

“Nous voyons apparaître des corrélations dans tout le cerveau entre le SSE et le volume de matière grise”, explique Nave. “Ils sont petits, mais avec la grande taille de l’échantillon de notre étude, nous pouvons être sûrs qu’ils sont réels.”

Hyeokmoon Kweon, premier auteur de l’étude et doctorant à la Vrije Universiteit Amsterdam, ajoute : « Il est important de noter que ces petites corrélations régionales n’impliquent pas que la relation globale entre le cerveau et le SSE soit également faible. En fait, nous pouvons prédire une quantité considérable de différences de SSE en agrégeant ces petites relations cerveau-SSE. »

Nature contre. nourrir

Étant donné que des dizaines de milliers d’individus de la biobanque britannique ont également fait séquencer leur génome, les chercheurs pourraient rechercher des preuves de l’influence génétique du SSE dans le cerveau. Pour cette analyse, ils ont créé un index unique de SES et de liaisons génétiques basé sur des recherches antérieures qui ont identifié des polymorphismes nucléotidiques uniques – des variations d’une «lettre» du code ADN – qui sont en corrélation avec SES.

En utilisant cet indice, ils ont découvert que la génétique pouvait expliquer un peu plus de la moitié de la relation entre le volume de matière grise et le SSE dans certaines régions. Le cortex préfrontal et l’insula – responsables de capacités telles que la communication, la prise de décision et l’empathie – se sont avérés particulièrement fortement régis par l’influence génétique. Cependant, la relation entre le SSE et le volume de matière grise dans d’autres régions du cerveau – le cervelet et le lobe temporal latéral, par exemple – était moins corrélée à la génétique, signe que les altérations pourraient plutôt être influencées par l’environnement.

Soulignant l’influence que l’environnement peut avoir, les chercheurs ont examiné une autre variable dans les données, l’indice de masse corporelle (IMC). Bien que la génétique joue un rôle dans l’IMC, l’IMC découle également de facteurs non génétiques, notamment la nutrition et l’activité physique. Même après avoir contrôlé les liens génétiques connus entre l’anatomie du cerveau et le SSE, les chercheurs ont découvert que l’IMC pouvait représenter en moyenne 44 % de la relation entre le SSE et le volume de matière grise.

La découverte suggère que des facteurs environnementaux, et pas seulement des déterminants génétiques, qui peuvent contribuer à un IMC élevé – comme une mauvaise nutrition et un exercice physique insuffisant – peuvent également se manifester dans la structure cérébrale.

Une justification de l’intervention

Les chercheurs affirment que leurs découvertes, loin de suggérer qu’il n’y a rien à faire pour améliorer l’impact du SSE sur le cerveau, soulignent plutôt que l’élaboration de politiques réfléchies pourrait remédier aux disparités sanitaires et sociales liées aux différences de SSE.

“La question des contributions génétiques ou environnementales aux différences de SSE est controversée, en partie à cause de ses implications politiques perçues”, a déclaré Farah. “Beaucoup de gens pensent que si les difficultés des personnes à faible SSE sont causées par l’environnement, alors nous pouvons et devons modifier l’environnement, mais nous en venons ensuite à une conclusion illogique : dans la mesure où elles sont génétiques, il n’y a rien à faire. Les problèmes d’origine génétique peuvent également être améliorés par des interventions environnementales, par exemple, des changements alimentaires pour les personnes atteintes d’un syndrome métabolique inné sévère, la phénylcétonurie, PCU, ou des lunettes pour les problèmes de vision courants. »

Les interventions politiques pourraient être une solution, selon les chercheurs, en répondant, par exemple, aux préoccupations de justice environnementale liées aux quartiers les plus pauvres. “Si la qualité de l’air est pire dans les quartiers à faible SSE, cela peut déclencher une inflammation et d’autres effets négatifs sur le cerveau”, explique Nave. “Pour ne citer qu’un exemple, les réglementations qui atténuent la pollution de l’air pourraient éliminer ces dommages et améliorer la santé et le bien-être à tous les niveaux, quel que soit le quartier dans lequel on vit. Une école maternelle gratuite et de haute qualité peut faire la même chose. La génétique, dans ce cas, n’est pas le destin. »

D’autres études sont nécessaires, selon l’équipe, pour passer de l’identification des corrélations à la détermination des causes en termes de compréhension des effets environnementaux du SSE sur le cerveau. “Avec de plus en plus de données disponibles”, déclare Kweon, “je pense que nous serons bientôt en mesure de produire de telles études, ce qui aidera à façonner des interventions ciblées”.

Référence: Kweon H, Aydogan G, Dagher A, et al. L’anatomie du cerveau humain reflète les composantes génétiques et environnementales séparables du statut socio-économique. Avancées scientifiques. 2022 ; 8 (20) : eabm2923. doi: 10.1126 / sciadv.abm2923

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