Un coup de pouce génétique pour les cerveaux humains modernes (vidéo)

Les cerveaux humains et néandertaliens avaient à peu près la même taille. Crédit : adapté de Alamy

Une mutation présente chez l’homme moderne semble entraîner une croissance neuronale plus importante qu’une ancienne version d’hominine.

Il y a plus de 500 000 ans, les ancêtres des Néandertaliens et des humains modernes migraient autour du monde lorsqu’une mutation génétique fatale a provoqué une amélioration soudaine de certains de leurs cerveaux. 

Cette mutation, rapportent des chercheurs dans Science, a considérablement augmenté le nombre de cellules cérébrales chez les hominines qui ont précédé les humains modernes, leur donnant probablement un avantage cognitif sur leurs cousins ​​néandertaliens.

« Il s’agit d’un gène étonnamment important », déclare Arnold Kriegstein, neurologue à l’Université de Californie à San Francisco. Cependant, il s’attend à ce que ce soit l’un des nombreux ajustements génétiques qui ont donné aux humains un avantage évolutif sur les autres hominines. « Je pense que cela jette un tout nouvel éclairage sur l’évolution humaine. »

Lorsque les chercheurs ont entièrement séquencé pour la première fois un génome de Néandertal en 2014 , ils ont identifié 96 acides aminés – les éléments constitutifs des protéines – qui diffèrent entre les Néandertaliens et les humains modernes, en plus d’un certain nombre d’autres ajustements génétiques. 

Les scientifiques ont étudié cette liste pour savoir lesquels d’entre eux ont aidé les humains modernes à surpasser les Néandertaliens et les autres hominidés.

Avantage cognitif

Pour les neuroscientifiques Anneline Pinson et Wieland Huttner de l’Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique à Dresde, en Allemagne, un gène s’est démarqué. 

Le gène, TKTL1, code pour une protéine qui est fabriquée lorsque le cerveau du fœtus se développe pour la première fois. 

Une seule mutation génétique dans la version humaine de TKTL1 a changé un acide aminé, résultant en une protéine différente de celles trouvées chez les ancêtres des hominines, les Néandertaliens et les primates non humains.

L’équipe a soupçonné que cette protéine pourrait conduire les cellules progénitrices neurales – qui se développent en neurones – à proliférer au fur et à mesure que le cerveau se développe, en particulier dans une zone appelée néocortex, qui est impliquée dans la fonction cognitive. 

Cela, ont-ils estimé, pourrait contribuer à l’avantage cognitif des humains modernes sur les ancêtres humains.

Pour tester cela, Pinson et son équipe ont inséré la version humaine ou ancestrale de TKTL1 dans le cerveau d’embryons de souris et de furet. Les animaux porteurs du gène humain ont développé beaucoup plus de cellules progénitrices neurales. 

Lorsque les chercheurs ont conçu des cellules de néocortex à partir d’un fœtus humain pour produire la version ancestrale, ils ont découvert que le tissu fœtal produisait moins de cellules progénitrices et moins de neurones qu’il ne le ferait normalement. 

La même chose était vraie lorsqu’ils ont inséré la version ancestrale de TKTL1 dans des organoïdes cérébraux – des structures ressemblant à des mini-cerveau développées à partir de cellules souches humaines.

Taille du cerveau

Les archives fossiles suggèrent que les cerveaux humains et néandertaliens avaient à peu près la même taille, ce qui signifie que les néocortex des humains modernes sont soit plus denses, soit occupent une plus grande partie du cerveau. 

Huttner et Pinson disent qu’ils ont été surpris qu’un si petit changement génétique puisse affecter si radicalement le développement du néocortex. 

« C’était une mutation fortuite qui a eu d’énormes conséquences », dit Huttner.

La neuroscientifique Alysson Muotri de l’Université de Californie à San Diego est plus sceptique. Il souligne que différentes lignées cellulaires se comportent différemment lorsqu’elles sont transformées en organoïdes et aimerait voir la version ancestrale de TKTL1 testée dans davantage de cellules humaines. 

De plus, dit-il, le génome original de Néandertal a été comparé à celui d’un Européen moderne – les populations humaines d’autres parties du monde pourraient partager certaines variantes génétiques avec les Néandertaliens.

Pinson dit que la version néandertalienne de TKTL1 est très rare chez les humains modernes, ajoutant qu’on ne sait pas si elle provoque une maladie ou des différences cognitives. 

La seule façon de prouver qu’il a un rôle dans la fonction cognitive, dit Huttner, serait de modifier génétiquement des souris ou des furets qui ont toujours la forme humaine du gène et de tester leur comportement par rapport aux animaux qui ont la version ancestrale. 

Pinson dit qu’elle prévoit maintenant d’approfondir les mécanismes par lesquels TTKKL1 entraîne la naissance des cellules cérébrales.

doi : https://doi.org/10.1038/d41586-022-02895-2

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