Génomique

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Le monde scientifique développe nos connaissances sur le fonctionnement de la biologie à des niveaux très infimes, ce qui nécessite une compréhension approfondie de la façon dont l'ADN se traduit en action cellulaire.

L'ADN comporte les codes chimiques qui fournissent les instructions pour chaque fonction cellulaire. En examinant quels gènes sont activés ou désactivés selon différents problèmes de santé, les chercheurs peuvent déterminer la façon dont l'expression génétique change entre les chiens et les chats en bonne santé et ceux atteints de maladie, puis évaluer l'impact des nutriments sur l'activité des gènes.

Purina a été l'une des premières entreprises d'aliments pour animaux de compagnie à utiliser les approches omiques pour mieux comprendre les liens entre nutrition et génétique. Les recherches au niveau moléculaire révèlent continuellement de nouveaux mécanismes par lesquels les nutriments peuvent améliorer la santé des animaux.

La recherche chez Purina

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En 1999, Purina s'est associée à la Cornell University pour lancer le Canine Reference Family DNA Distribution Center (centre de distribution d'ADN canin de référence), une plate-forme commune dédiée à l'échange de données génétiques à l'échelle mondiale. Cet ADN de référence canin a aidé les chercheurs à placer des centaines de marqueurs près de gènes et de chromosomes spécifiques, permettant ainsi d'approfondir les études sur la manière dont les maladies, comme les cancers héréditaires, se développent chez les chiens et chez l'homme1 . Purina soutient également la recherche sur le séquençage de l'ADN, qui a contribué à l'aboutissement de la collaboration internationale et multi-institutionnelle qui a réalisé le premier séquençage intégral du génome canin. Une connaissance plus précise du génome canin permet aux scientifiques de mieux comparer l'ADN des chiens et d'autres espèces pour comprendre comment les changements génétiques peuvent avoir des effets sur la santé2,3 . Les études de Purina ont montré, par exemple, comment la nutrition peut influencer l'expression génétique chez les chiens atteints d'arthrose4,5.

En 2004, pour la première fois, le génome canin a été intégralement séquencé avec l'ADN d'un chien de race boxer.

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Le premier séquençage intégral du génome de référence félin a été publié en 20076. Depuis, les chercheurs de Purina ont collaboré avec d'autres scientifiques afin de créer une carte à plus haute résolution des chromosomes félins. Celle-ci a ensuite été utilisée afin de générer un cadre plus détaillé pour le séquençage de l'ADN du génome félin existant7. Avec l'aide d'autres généticiens, les scientifiques de Purina ont également analysé les séquençages génomiques de trois chats de race de Purina. Ces chats, descendant de générations connues de « parents », constituent une ressource importante dans l'étude des maladies spécifiques à chaque race. Lorsque les chats descendent de longues lignées de la même race, l'impact des gènes qui confèrent un risque plus élevé de maladie, comme la polykystose rénale (PKR) chez les chats persans, peut être amplifié. L'étude de l'ADN de ces chats permet d'identifier ces gènes, d'évaluer leur impact et de développer de nouvelles solutions pour mieux protéger la santé de tous les chats8.

L'ADN du premier séquençage intégral du génome félin provient de Cinnamon, un chat abyssin.

Recherche sur l'arthrose chez les chiens

Purina a également utilisé l'expertise omique pour étudier l'arthrite chez les chiens. L'arthrose ou ostéoarthrite touche 1 chien sur 59. Cette pathologie douloureuse ralentit les mouvements des animaux dans les activités qu'ils partagent avec leurs maîtres.

génomique

Afin de trouver une nouvelle solution à ce problème connu, les scientifiques de Purina ont analysé l'impact du régime alimentaire sur l'expression génétique et ont découvert que les acides gras oméga-3 peuvent améliorer la santé des cellules cartilagineuses.

Lorsque les chercheurs de Purina ont comparé l'expression génétique dans les cellules cartilagineuses des chiens en bonne santé avec celles de chiens atteints d'arthrose, les gènes dans les cellules affectées par l'arthrose ont montré une régulation positive des enzymes responsables de la dégradation du cartilage, appelées métalloprotéases. Les enzymes qui inhibaient la dégradation montraient à l'inverse une régulation négative. 3-4

Des études antérieures ont montré que les acides gras oméga-3 permettent de réduire l'inflammation, un déclencheur de la cascade biochimique qui conduit à la rupture du cartilage articulaire.

Lors d'un essai clinique de 9 semaines sur 24 chiens de clients qui devaient subir une opération des ligaments croisés (TPLO) sur un grasset, les chiens qui bénéficiaient d'un régime alimentaire enrichi en acides gras oméga-3 présentaient des niveaux plasmatiques moins élevés des marqueurs inflammatoires ainsi que de l'enzyme MMP-9 responsable de la dégradation cartilage. Dans la jambe non opérée, les chercheurs ont également constaté une augmentation des concentrations synoviales de l'acide eicosapenténoïque (EPA) et d'une enzyme inhibitrice pour les métalloprotéases responsables de la dégradation du cartilage5.

Dans une étude différente, les analyses sur la plate-forme de force ont montré que la mobilité des chiens souffrant d'arthrite naturelle s'améliorait grâce au régime riche en oméga-3 d'huile de poisson10.

Des études plus approfondies ont montré que l'alimentation en oméga-3 et un régime riche en protéines pourrait entraîner une concentration inférieure en liquide synovial PGE2 (facteur pro-inflammatoire) et permettrait de réduire la progression de l'arthrose dans les 6 mois suivant la TPLO11. Dans une autre étude, comparés aux chiens suivant un régime d'entretien (contrôle), les chiens bénéficiant d'un régime riche en oméga-3 et en protéines présentaient une amélioration de leur force et de leurs impulsions verticales les plus élevées (qui correspondent aux mesures de l'appui et à l'analyse de la marche pour repérer la claudication) après l'opération12.

Points clés à retenir

  • La longue collaboration de Purina avec d'autres scientifiques a contribué au progrès de la cartographie génomique et du séquençage de l'ADN pour les chiens et les chats.

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  • Les études de la génomique au niveau moléculaire ont permis de révéler de nouveaux mécanismes par lesquels les nutriments peuvent influencer l'expression génétique pour améliorer la santé des animaux.

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  • Les études de Purina ont montré comment la nutrition peut contribuer à l'amélioration de la santé articulaire et de la mobilité des chiens atteints d'arthrite.

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  • Les chiens bénéficiant d'un régime enrichi en acides gras oméga-3 présentaient des niveaux plasmatiques moins élevés de marqueurs inflammatoires ainsi que de l'enzyme MMP-9 responsable de la dégradation du cartilage.

En savoir plus

  1. Breen, M., Jouquand, S., Renier, C., Mellersh, C.S., Hitte, C., Holmes, N.G., & Galibert, F. (2001). Chromosome-specific single-locus FISH probes allow anchorage of an 1800-marker integrated radiation-hybrid/linkage map of the domestic dog genome to all chromosomes.Genome Research, 11(10), 1784–1795. doi: 10.1101/gr.189401
  2. Lindblad-Toh, K., Wade, C.M., Mikkelsen, T.S., Karlsson, E.K., Jaffe, D.B., Kamal, M., & Lander, E.S. (2005). Genome sequence, comparative analysis and haplotype structure of the domestic dog. Nature, 438(7069), 803–819. doi:10.1038/nature04338
  3. Hannenhalli, S.S., Middleton, R.P., Levy, S., Perroud, B., Holzwarth, J.A., McDonald, K., & Hannah, S.S. (2006). Identification and cross-species comparison of canine osteoarthritic gene regulatory cis-elements. Osteoarthritis and Cartilage, 14(8), 830–838.
  4. Middleton, R.P., Hannah, S.S., Perroud, B.N., & McDonald, K.K. (2003). Gene expression profiling of osteoarthritis from canine chondrocytes. The development of a canine OA microarray chip. Poster session presented at the 49th meeting of the Orthopaedic Research Society, New Orleans, LA.
  5. Hansen, R.A., Harris, M.A., Pluhar, G.E., Motta, T., Brevard, S., Ogilivie, G.K., & Allen, K.G.D. (2008). Fish oil decreases matrix metalloproteinases in knee synovia of dogs with inflammatory joint disease. Journal of Nutrition, 19, 101–108. doi:10.1016/j.jnutbio.2007.01.008
  6. Pontius, J.U., Mullikin, J.C., Smith, D.R., Agencourt Sequencing Team, Lindblad-Toh, K., Gnerre, S., & O'Brien, S. J. (2007). Initial sequence and comparative analysis of the cat genome. Genome Research, 17(11), 1675–1689.
  7. Li, G., Hillier, L.W., Grahn, R.A., Zimin, A.V., David, V.A., Menotti-Raymond, M., & Murphy, W.J. (2016). A high-resolution SNP array-based linkage map anchors a new domestic cat draft genome assembly and provides detailed patterns of recombination.G3: Genes|Genomes|Genetics, 6(6), 1607–1616.
  8. Farias, F.H.G., Tomlinson, C., Labuda, J., Perez-Camargo, G., Middleton, R., & Warren, W.C. (2017). The practical use of genome sequencing data in the management of a feline colony pedigree. BMC Veterinary Research, 13, 225.
  9. Tirgari, M., & Vaughan, L. (1975). Arthritis of the canine stifle joint. Veterinary Record, 96(18), 394-399.
  10. Moreau, M., Troncy, E., del Castillo, J.R., Bédard, C., Gauvin, D., & Lussier, B. (2013). Effects of feeding a high omega-3 fatty acids diet in dogs with naturally occurring osteoarthritis. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 97, 830–837.
  11. Verpaalen, V.D., Baltzer, W.I., Smith-Ostrin, S., Warnocki, J.J., Stang, B., & Ruaux, C.G. (2018). Assessment of the effects of diet and physical rehabilitation on radiographic findings and markers of synovial inflammation in dogs following tibial plateau leveling osteotomy. Journal of the American Veterinary Association, 252(6), 701–709.
  12. Baltzer, W.I., Smith-Ostrin, S., Warnock, J.J., & Ruaux, C.G. (2018). Evaluation of the clinical effects of diet and physical rehabilitation in dogs following tibial plateau leveling osteotomy. Journal of the American Veterinary Association, 252(6), 686-700. doi: 10.2460/javma.252.6.686.