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Comportement typique du sexe des souris mâles et femelles guidé par des différences dans l'activité des gènes du cerveau

Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de Stanford Drugs, les cerveaux des souris mâles et femelles diffèrent de manière importante.

Selon les chercheurs, ces différences se reflètent probablement dans le cerveau des hommes et des femmes.

Les scientifiques ont sondé quatre minuscules structures dans le cerveau des souris qui sont connues pour programmer des comportements de “notation, fréquentation, accouplement et haine”. Ces comportements – par exemple, la détermination rapide par les mâles du sexe d’un étranger, la réceptivité des femelles à l’accouplement et la protection maternelle – aident les animaux à se reproduire et leur progéniture à survivre.

En analysant des tissus extraits de ces buildings cérébrales et enrichis en cellules sensibles aux hormones sexuelles, les scientifiques ont découvert in addition de 1 000 gènes qui sont sensiblement additionally actifs dans le cerveau d’un sexe par rapport à l’autre. Les gènes sont les modèles des protéines, qui effectuent pratiquement tout le travail d’une cellule. Les niveaux d’activation des gènes – la vitesse à laquelle les informations contenues dans les gènes sont copiées et converties en protéines – déterminent les fonctions d’une cellule.

Les résultats, décrits dans un posting qui sera publié en ligne le 21 janvier dans Mobile, aident à expliquer les différences de comportement entre les sexes chez les mammifères.

“En utilisant ces gènes comme points d’entrée, nous avons identifié des groupes spécifiques de cellules cérébrales qui orchestrent des comportements sexospécifiques spécifiques”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Nirao Shah, PhD, professeur de psychiatrie et de sciences du comportement et de neurobiologie.

Joseph Koestler, PhD, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Shah, est l’auteur principal de l’étude.

Les chercheurs ont également identifié moreover de 600 différences dans les niveaux d’activation des gènes entre les femmes à différentes phases de leur cycle œstral. (Chez les femmes, c’est ce qu’on appelle le cycle menstruel les souris femelles n’ont pas leurs règles.)

“Trouver, au sein de ces quatre minuscules constructions cérébrales, plusieurs centaines de gènes dont les niveaux d’activité ne dépendent que du stade du cycle de la femme était tout à fait surprenant”, a déclaré Shah, qui a consacré sa carrière à comprendre comment les hormones sexuelles régulent les comportements sexuels typiques.

Les constructions cérébrales sur lesquelles les chercheurs se sont concentrés sont partagées par les mammifères, y compris les humains.

“Les souris ne sont pas des humains”, a déclaré Shah. “Mais il est raisonnable de s’attendre à ce que des forms de cellules cérébrales analogues jouent un rôle dans nos comportements sociaux typiques du sexe.”

Un aperçu des difficulties neurologiques et psychiatriques

Certains des gènes répertoriés par les chercheurs sont des facteurs de risque établis de troubles cérébraux additionally fréquents chez l’un ou l’autre sexe. Sur 207 gènes déjà connus pour conférer un risque élevé de troubles du spectre autistique, quatre fois moreover fréquents chez les hommes que chez les femmes, les chercheurs en ont identifié 39 comme étant additionally actifs dans le cerveau de l’un ou l’autre sexe : 29 chez les hommes, 10 chez les femelles. Ils ont également identifié des gènes liés à la maladie d’Alzheimer et à la sclérose en plaques, qui ont tendance à affecter davantage les femmes que les hommes, comme étant as well as activés chez les souris femelles.

Les chercheurs supposent que les hommes ont besoin que certains gènes travaillent furthermore dur, et que les femmes ont besoin d’autres gènes pour travailler moreover dur – et qu’une mutation dans un gène qui a besoin d’une activation élevée peut faire as well as de dégâts qu’une mutation dans un gène qui ne fait que rester.

“La fréquence des migraines, des crises d’épilepsie et des difficulties psychiatriques peut varier au cours du cycle menstruel”, a déclaré Shah, “et nos découvertes sur les différences d’activation des gènes tout au lengthy du cycle suggèrent une foundation biologique pour cette variation.”

Comportements sociaux typiques du sexe

Des comportements sociaux typiques du sexe ont été intégrés dans le cerveau des animaux au cours de tens of millions d’années d’évolution.

Les souris mâles, par exemple, distinguent rapidement le sexe des étrangers qui empiètent sur ce qu’ils ont considéré comme leur territoire. Si l’intrus est un autre mâle, ils l’attaquent immédiatement. Si c’est une femelle, ils, pour le dire poliment, initient une parade nuptiale éclair.

Les souris femelles présentent une agression maternelle plutôt que territoriale, attaquant tout ce qui menace leurs petits. Ils sont beaucoup moreover enclins que les mâles à garder leurs petits et à récupérer ceux qui s’égarent. Leur volonté de s’accoupler varie puissamment en fonction du stade de leur cycle.

“Ces comportements primaires sont essentiels à la survie et à la reproduction”, a déclaré Shah, “et ils sont en grande partie instinctifs. Si vous avez besoin d’apprendre à vous accoupler ou à vous battre une fois que la predicament se présente, il est probablement déjà trop tard. La preuve est assez claire que le cerveau n’est pas purement une web page blanche qui n’attend que d’être façonné par les influences environnementales.”

Les tentatives précédentes pour trouver des différences d’activation des gènes entre les cellules cérébrales des rongeurs mâles et femelles n’en ont trouvé qu’une centaine – apparemment trop peu, selon le groupe de Shah, pour générer les nombreuses différences profondes dans le comportement instinctif connu.

“Nous avons fini par en trouver environ 10 fois as well as”, a déclaré Shah, “sans parler des 600 gènes dont les niveaux d’activité chez les femelles varient selon le stade du cycle. Au complete, ils représentent 6 % des gènes d’une souris. être régulé par le sexe ou le stade du cycle.”

Des aiguilles dans des aiguilles dans une botte de foin

Shah a comparé les méthodes utilisées par son équipe pour trouver des aiguilles dans des aiguilles dans une botte de foin.

“Les cellules que nous avons identifiées comme essentielles à la mission pour ces affichages comportementaux d’évaluation, de rencontres, d’accouplement ou de haine typiques du sexe représentent probablement moins de, 0005% de toutes les cellules du cerveau d’une souris”, a-t-il déclaré. Pour déterminer ce qui faisait vibrer ces cellules, il fallait les séparer des cellules environnantes et examiner leur contenu génétique, une cellule à la fois.

Les chercheurs ont considérablement amélioré leurs perspectives en se concentrant sur les cellules rares mais cruciales qui réagissent aux œstrogènes, c’est-à-dire les cellules qui ont des récepteurs pour cette hormone sexuelle féminine majeure. (L’œstrogène est également présent chez les hommes, bien qu’à des niveaux inférieurs.) Les niveaux d’œstrogène des femmes et ceux d’une autre hormone, la progestérone, augmentent et diminuent approximativement tous les mois, comme les phases de la lune – tout comme les comportements correspondants au sexe féminin. chez de nombreux mammifères. Chez la souris, l’ovulation et la réceptivité sexuelle maximale, connues sous le nom de stade de l’œstrus ou chaleur, sont marquées par des pics dans les niveaux des deux hormones  l’opposé polaire, ou stade diestrus, par des creux dans les niveaux d’hormones.

Shah a pu purifier les tissus de chacune des quatre constructions cérébrales clés d’une manière qui a enrichi la inhabitants de cellules cérébrales résultante pour les cellules sensibles aux œstrogènes – les “aiguilles”, dans l’analogie de Shah. En comparant les mâles, les femelles en œstrus et les femelles en dioestrus, les chercheurs ont discerné 1 415 gènes avec des niveaux d’activité qui variaient entre les groupes.

Les cellules sensibles aux œstrogènes étaient loin de se ressembler. Dans une framework cérébrale appelée le noyau du lit de la strie terminale, ils pourraient être classés en 36 types de cellules distincts distingués par les gènes de chaque sort de cellule qui étaient particulièrement actifs dans l’un ou l’autre des groupes de souris. (Le noyau du lit de la strie terminale, ou BNST, se trouve également dans le cerveau humain.)

Sur ces 36 styles de cellules sensibles aux œstrogènes chez la souris, les scientifiques ont montré qu’un seul était essentiel à la capacité des souris mâles à reconnaître rapidement le sexe d’une souris inconnue, puis à se comporter de manière caractéristique à son égard.

Une autre structure cérébrale, appelée hypothalamus ventromédian, ou VMH (également présente dans le cerveau humain), contenait 27 types de cellules sensibles aux œstrogènes qui se distinguaient par différents schémas d’activation des gènes. Éliminer les performances d’un seul de ces styles de cellules – mais pas des 26 autres – a transformé des femmes qui seraient normalement intéressées sexuellement en celles qui ont rejeté les avances sexuelles même lorsqu’elles étaient en chaleur.

Ces sorts de cellules BNST et VMH qui régulent la reconnaissance du sexe des hommes et la réceptivité sexuelle des femmes, respectivement, étaient les “aiguilles dans les aiguilles” dans la botte de foin qu’est le cerveau. Les tâches que chacun des 35 autres varieties de cellules sensibles aux hormones sexuelles dans le BNST et les 26 autres types de cellules équivalentes dans le VMH effectuent, qu’elles soient différenciées selon le sexe ou non, sont un mystère, a déclaré Shah.

‘Le sommet de l’iceberg’

“Ce n’est probablement que la pointe de l’iceberg”, a-t-il déclaré. “Il est probable qu’il y ait beaucoup furthermore de caractéristiques différenciées selon le sexe dans ces buildings cérébrales et dans d’autres, si vous savez remark les rechercher.”

L’Office of Technology Licensing de Stanford a déposé une demande de brevet sur la propriété intellectuelle associée à l’étude.

Shah est membre de Stanford Bio-X et du Wu Tsai Neurosciences Institute de Stanford et membre du corps professoral de Stanford ChEM-H.

Les autres co-auteurs de l’étude à Stanford sont les chercheurs Sayaka Inoue, PhD, et Taehong Yang, PhD les boursiers postdoctoraux Daniel Bayless, PhD, et Nicole Leung, PhD les étudiants diplômés Adarsh ​​Tantry et Chung-ha Davis l’étudiante de leading cycle Grace Wang le professionnel de la recherche en sciences de la vie Maricruz Alvarado  responsable du laboratoire Charu Ramakrishnan Lief Fenno, MD, PhD, professeur de psychiatrie et de sciences du comportement  et Karl Deisseroth, MD, PhD, professeur de bio-ingénierie et de psychiatrie et sciences du comportement et professeur D. H. Chen.

Des chercheurs d’Accent Therapeutics et de l’Université de Columbia ont contribué aux travaux.

L’étude a été parrainée par les Nationwide Institutes of Wellbeing (subventions R01NS049488, R01NS083872, R01NS091144, F32MH125593, U01DA052783, R01Hd104565 et R01MH123047), la Countrywide Science Foundation, la Paul and Daisy Soros Fellowship for New People Method, la AE Foundation, la Lucile Packard Foundation for Kid’s Health and fitness, l’Initiative Chan-Zuckerberg, le GG Present Fund, le Human Frontier Science Software, le Bio-X Undergraduate Summertime Study Application et le Stanford Vice Provost for Undergraduate Training.