Peu de chercheurs sur l'autisme tiennent compte de l'effet  de portée

Toute personne qui utilise plusieurs animaux provenant d'un petit nombre de portées de souris iu de rats pour augmenter la taille de l'échantillon commet une grave erreur. Les similitudes au sein des portées individuelles fausseront fortement les résultats.

Spectrum News. Traduction de : " Few autism researchers control for the ‘litter effect’ — this needs to change "

Peu de chercheurs sur l'autisme tiennent compte de l'effet  de portée - cela doit changer
PAR JESSICA JIMÉNEZ, MARK ZYLKA / 27 AVRIL 2021

Jessica Jiménez - Étudiante diplômée, Université de Caroline du Nord à Chapel Hill
Mark Zylka - Professeur, Université de Caroline du Nord à Chapel Hill

 © Bansky © Bansky
Les souris et les rats donnent généralement naissance à 6 à 12 animaux par portée. Certains scientifiques considèrent cela comme un avantage, car un grand nombre d'animaux peut être produit avec un petit nombre d'accouplements. En réalité, ce n'est pas du tout un avantage, surtout si l'on considère un fait bien connu dans le domaine de la toxicologie : les animaux d'une même portée sont plus semblables les uns aux autres que les animaux d'une portée à l'autre.

C'est ce que l'on appelle "l'effet de portée". Toute personne qui utilise plusieurs animaux provenant d'un petit nombre de portées pour augmenter la taille de l'échantillon commet une grave erreur. Les similitudes au sein des portées individuelles fausseront fortement les résultats.

En rédigeant cet article, ainsi qu'un document d'accompagnement revu par des pairs sur le même sujet, nous souhaitons sensibiliser le public à l'effet de portée et encourager les chercheurs qui étudient les troubles du développement neurologique à en tenir compte dans leurs travaux futurs.

Comme de nombreux scientifiques qui utilisent des rongeurs pour étudier l'autisme et les troubles connexes, nous n'étions pas conscients de l'effet de portée et de son impact sur la recherche. Cependant, nous reconnaissons aujourd'hui qu'il est essentiel de contrôler l'effet de portée chaque fois qu'un modèle d'autisme chez les rongeurs est étudié, qu'il s'agisse d'une souris présentant une mutation génétique ou une exposition environnementale.

C'est essentiel car l'effet de portée peut conduire à des conclusions erronées qui influencent négativement la rigueur et la reproductibilité de la recherche scientifique. En effet, les faux positifs, c'est-à-dire l'identification incorrecte d'un effet significatif, augmentent avec le petit nombre de portées échantillonnées. Inversement, la variation d'une portée à l'autre ajoute du " bruit " aux données, ce qui peut masquer les véritables effets du traitement ou de la génétique. Ceci est préoccupant car la plupart des phénotypes associés aux modèles d'autisme chez les rongeurs sont remarquablement petits et souvent difficiles à reproduire d'un laboratoire à l'autre.

Études sur les rongeurs 

Inspirés par des publications antérieures qui visaient à sensibiliser les scientifiques à cette question, nous avons étudié l'impact de l'effet de portée sur les phénotypes couramment étudiés dans nos propres recherches sur les rongeurs. Nos résultats ont été surprenants : L'effet de portée représentait 30 à 60 % de la variabilité observée dans le cerveau, le placenta et le poids corporel. De plus, cette variabilité pouvait masquer des différences significatives entre les souris de type sauvage et les souris porteuses d'une mutation du gène CHD8, un gène de l'autisme dont la probabilité est élevée.

L'effet de portée contribuerait également à 23 à 61 % de la variabilité des traits comportementaux entre les souris, notamment leur activité locomotrice et leur tendance à enterrer des billes et à se toiletter.

Ces résultats ont renforcé notre inquiétude quant à l'impact de l'effet de portée sur la reproductibilité des recherches impliquant des modèles de rongeurs pour les troubles du développement neurologique et, plus largement, des études sur les rongeurs en général.

Presque personne dans le domaine de la recherche sur l'autisme ne contrôle l'effet de portée. Sur 99 études de recherche publiées de 2015 à 2020 portant sur les facteurs génétiques contribuant aux conditions neurodéveloppementales, nous avons constaté que seulement 2 % tenaient compte de l'effet de portée. Les études sur les facteurs environnementaux ont montré une faible prise en compte de l'effet de portée, mais bien plus importante, avec 20 % des 117 études qui en tiennent compte correctement.

Nous supposons que les chercheurs en santé environnementale sont plus conscients de ce problème parce que les revues sur ce sujet sont destinées à ce public. Il est compréhensible que ces articles de haute qualité, axés sur l'exposition à l'environnement, aient été négligés par les scientifiques qui étudient les facteurs génétiques.

Les chercheurs qui étudient les influences génétiques de l'autisme à l'aide de modèles de rongeurs pensent peut-être que l'effet de portée ne doit être contrôlé que lorsque les animaux embryonnaires sont exposés à des facteurs environnementaux. Or, les expositions pré et postnatales et les mutations génétiques sont des manipulations expérimentales auxquelles sont soumis les animaux au sein des portées, et ces deux types de manipulations expérimentales peuvent influencer le développement du cerveau. Les scientifiques qui étudient les expositions environnementales ou les mutations génétiques doivent donc contrôler l'effet de la portée dans toutes leurs expériences futures.

Minimiser l'influence

Nous présentons trois méthodes permettant de contrôler la variabilité d'une portée à l'autre. Pour chaque approche, la portée est l'unité statistique d'analyse et plusieurs portées doivent être utilisées pour augmenter la taille de l'échantillon. Par conséquent, si une analyse de puissance indique que 10 animaux par groupe sont nécessaires, alors 10 portées seront nécessaires.

La première option consiste à utiliser un seul animal sélectionné au hasard par portée pour chaque groupe expérimental. Cette méthode permet aux chercheurs d'utiliser des méthodes statistiques standard, telles que les tests t et ANOVA, dans leur analyse. D'autres animaux de la même portée peuvent être utilisés pour évaluer d'autres paramètres, ce qui facilite une utilisation efficace des animaux.

Les chercheurs peuvent également utiliser plus d'un animal par portée pour chaque groupe expérimental et faire la moyenne de leurs valeurs pour obtenir un point de données. Ils auront tout de même besoin de plusieurs portées pour augmenter la taille de l'échantillon. Les méthodes statistiques standard peuvent également être appliquées avec cette approche ; cependant, la précision de la variabilité estimée au sein d'une portée sera perdue par le calcul de la moyenne.

La troisième option consiste à appliquer un modèle à effets mixtes pour l'analyse. Cette approche implique d'évaluer plusieurs portées et plusieurs animaux par portée, ce qui permet aux chercheurs de quantifier l'ampleur de l'effet de portée, ou la variabilité au sein de chaque portée. Ils peuvent ensuite obtenir une valeur ajustée pour chaque paramètre en éliminant la variation inexpliquée des données.

L'application du modèle à effets mixtes est finalement le seul moyen de quantifier l'effet de portée et de réduire son influence sur les données. Cependant, nous reconnaissons que tester chaque animal d'une portée pour un groupe expérimental est coûteux, prend du temps et n'est pas toujours réalisable. Au lieu de cela, les chercheurs peuvent augmenter le nombre de portées et ne tester qu'un seul animal par portée pour chaque groupe expérimental, ce qui permet d'obtenir une puissance statistique bien plus grande que celle obtenue en augmentant le nombre d'animaux par portée, et d'éviter de gonfler faussement la taille de l'échantillon.

Nous comprenons maintenant que la prise en compte de l'effet de portée est essentielle pour l'étude des modèles d'autisme et de troubles connexes chez les rongeurs. Il est difficile de croire que cette question importante a été négligée par de nombreuses parties prenantes, y compris celles qui étudient les troubles du développement neurologique, ainsi que par les organismes de financement et les revues, en particulier compte tenu de la volonté d'améliorer la rigueur et la reproductibilité de la recherche.

Nous cherchons tous à faire des découvertes importantes qui soient reproductibles et qui nous permettent de mieux comprendre l'autisme et les autres troubles du développement neurologique. Nous espérons que notre article sensibilisera davantage à l'effet de portée et aidera les scientifiques à concevoir de façon appropriée les études futures afin de minimiser l'impact de la variation d'une portée à l'autre dans les modèles d'autisme chez les rongeurs.

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Jessica Jiménez est une étudiante diplômée du programme d'études en toxicologie et en médecine environnementale de l'université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
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Mark Zylka est directeur du centre des neurosciences de l'UNC à l'université de Caroline du Nord à Chapel Hill.

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