Characterization of MHC class II variation in feral pigeons – copy number variation, polymorphism, and selection

Tout animal doté d'une colonne vertébrale et de mâchoires possède un système de sécurité interne sophistiqué conçu pour reconnaître les envahisseurs. Au cœur de ce système se trouve un ensemble spécifique de gènes connu sous le nom de Complexe Majeur d'Histocompatibilité. Imaginez ces gènes comme les plans d'un ensemble de badges d'identification portés à la surface des cellules. Ces badges affichent de petits fragments de protéines, agissant comme un bulletin de notes visuel qui indique au système immunitaire si une cellule est une partie saine du corps ou un intrus étranger transportant un virus ou une bactérie. Si le système immunitaire reconnaît le badge comme étant étranger, il lance une attaque pour éliminer la menace. Parce que le monde des agents pathogènes est en constante évolution, ces badges d'identification doivent être incroyablement diversifiés. Si chaque individu d'une espèce possédait exactement les mêmes badges, une seule nouvelle maladie pourrait anéantir l'ensemble de la population. Au lieu de cela, la nature favorise une grande variété de modèles de badges, garantissant qu'au moins certains individus seront toujours capables de reconnaître et de combattre de nouvelles menaces.

Bien que les scientifiques aient étudié ces systèmes génétiques en détail pour les humains et les animaux d'élevage comme les poulets, le pigeon domestique est resté un mystère à cet égard. Ces oiseaux sont partout dans nos villes, pourtant leur génétique immunitaire spécifique n'a pas été minutieusement cartographiée. Une équipe de chercheurs s'est donné pour mission de combler cette lacune en examinant les gènes immunitaires des pigeons sauvages vivant dans cinq grandes villes de Pologne. Ils se sont concentrés sur une partie spécifique du système immunitaire responsable de la lutte contre les agents pathogènes extracellulaires, en examinant de près combien de copies de ces gènes chaque oiseau possède et quelle est la variété existante au sein de ces copies. Leur travail révèle que ces oiseaux urbains communs possèdent une architecture génétique plus complexe qu'on ne le supposait, les individus portant différents nombres de copies de gènes immunitaires et présentant des modèles d'évolution distincts entre deux anciennes familles de gènes.

Les chercheurs ont capturé 200 pigeons à Gdańsk, Cracovie, Łódź, Varsovie et Wrocław, en prélevant de petits échantillons de sang sur chaque oiseau. Ils ont ensuite utilisé le séquençage d'ADN de pointe pour examiner deux lignées spécifiques de gènes immunitaires, connues sous les noms de DAB1 et DAB2. Ce sont des versions anciennes de la même famille de gènes qui ont été préservées chez les espèces aviaires pendant des millions d'années. L'équipe ne s'est pas contentée de compter combien de versions différentes de ces gènes existaient ; elle a également tenté de déterminer combien de copies de chaque gène étaient présentes dans l'ADN d'un seul oiseau. C'est une tâche difficile car les tests d'ADN standards ont souvent du mal à déterminer si un oiseau possède une copie d'un gène ou plusieurs, surtout lorsque ces copies sont très similaires. En analysant soigneusement les motifs des séquences génétiques, les chercheurs ont pu reconstruire la composition génétique probable de chaque oiseau.

Ils ont découvert que les pigeons portaient une quantité modérée de variété dans leurs gènes immunitaires. À travers l'ensemble du groupe, l'équipe a identifié 19 versions différentes du gène DAB1 et 24 versions différentes du DAB2. Cependant, la découverte la plus surprenante n'était pas seulement la variété, mais le nombre de copies. La plupart des oiseaux semblaient posséder une seule copie de chaque lignée de gènes, ce qui est l'attente standard. Mais un nombre significatif d'individus portait des copies supplémentaires. Certains oiseaux avaient trois copies du gène DAB1, et d'autres jusqu'à trois copies du DAB2. Cela signifie que, au sein d'une même espèce, différents oiseaux possèdent des nombres différents de ces gènes immunitaires critiques. Les chercheurs ont déterminé que ces copies supplémentaires n'étaient pas des erreurs aléatoires mais faisaient partie de paquets génétiques spécifiques, ou haplotypes, que certains oiseaux avaient hérités. En fait, ils ont découvert que certains pigeons portaient un paquet génétique avec une seule copie de gène et un autre paquet avec trois copies de gène, résultant en un total de quatre copies chez cet individu.

L'étude a également révélé que ces deux anciennes lignées de gènes, DAB1 et DAB2, évoluent de manières différentes. Bien qu'elles soient apparentées, elles ont pris des chemins distincts. La lignée DAB2 présentait un signal plus fort de sélection diversifiante, c'est-à-dire la pression évolutive qui maintient le système immunitaire en mutation pour reconnaître de nouveaux agents pathogènes. Cela suggère que DAB2 est soumise à une pression intense pour rester diversifiée et adaptable. En revanche, la lignée DAB1 présentait un signal plus fort de recombinaison, un processus où le matériel génétique est échangé entre les copies pour créer de nouvelles combinaisons. Cela indique que DAB1 repose davantage sur le brassage du matériel génétique existant pour créer de la variété, tandis que DAB2 repose sur l'accumulation de nouveaux changements. De plus, les chercheurs ont constaté que les copies de gènes supplémentaires chez les pigeons n'étaient pas hautement diversifiées ; elles avaient tendance à être très similaires à la copie principale, suggérant qu'elles étaient des ajouts relativement récents au génome qui n'avaient pas encore eu le temps de développer leurs propres identités uniques.

Ces résultats suggèrent que la variation dans le nombre de copies de gènes immunitaires n'est pas un accident rare mais pourrait être une caractéristique commune chez les oiseaux. Le fait que cette variation existe chez les pigeons sauvages, qui ont une longue histoire de vie aux côtés des humains et d'adaptation aux environnements urbains, souligne la complexité de leurs systèmes immunitaires. Les chercheurs ont noté que la diversité génétique globale de ces pigeons était relativement faible, ce qui concorde avec ce que l'on sait de leur histoire de domestication et de leurs goulots d'étranglement de population. Malgré cette diversité plus faible, la présence de multiples copies de gènes chez certains individus ajoute une couche de complexité qui pourrait les aider à survivre dans des environnements urbains riches en agents pathogènes. L'étude conclut que le pigeon domestique est un modèle précieux pour comprendre comment les systèmes immunitaires évoluent, particulièrement dans la manière dont la duplication de gènes et la variation contribuent à la capacité de combattre les maladies. En révélant que ces oiseaux communs portent des nombres différents de gènes immunitaires, la recherche ouvre la voie à des investigations plus approfondies sur la manière dont ces différences génétiques affectent la santé des oiseaux et des humains qui vivent à proximité d'eux.