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Le gène qui fait de nous des humains ?
Une petite partie de l'ADN qui a rapidement évolué chez l'homme pourrait jouer un rôle clé dans le développement et l'évolution du cerveau humain, selon une étude publiée en ligne hier dans la revue La nature . Bien que les scientifiques ne sachent pas encore exactement comment le gène fonctionne dans le cerveau, ils savent que la séquence est entièrement unique à l'homme et s'exprime dans le cortex - qui est responsable de la pensée complexe - au cours d'une étape clé du développement du cerveau.
C'est une découverte très excitante, dit Bruce Lahn , un généticien qui étudie l'évolution du cerveau à l'Université de Chicago. Cela nous rapproche un peu plus de l'objectif global de comprendre l'évolution du cerveau humain au niveau des gènes.
Au cours des cinq à sept derniers millions d'années, lorsque les humains et les chimpanzés se sont séparés sur l'arbre de l'évolution, notre cerveau est devenu trois fois plus gros que celui de nos plus proches parents primates. Cette croissance impressionnante était en grande partie due à l'expansion du cortex cérébral, la couche externe du cerveau responsable du raisonnement et d'autres types de pensées complexes. Depuis que les séquences du génome humain et d'autres animaux sont disponibles pour l'étude, les scientifiques ont parcouru des tonnes d'ADN à la recherche d'indices génétiques sur la poussée de croissance unique de notre cerveau - et sur les changements biologiques qui font de nous un être humain unique.
Dans le nouvel article, des chercheurs de l'Université de Californie à Santa Cruz ont comparé le génome humain aux génomes de chimpanzés, de chiens, de rats, de souris et de poulets, à la recherche de séquences génétiques hautement conservées au cours de l'évolution et donc fonctionnellement importantes. Ils ont ensuite recherché des séquences dans ces régions conservées qui avaient changé rapidement chez l'homme, indiquant que ces changements étaient importants pour l'évolution unique de l'homme.
Les chercheurs ont identifié plusieurs morceaux d'ADN en évolution rapide, mais le morceau le plus rapide était de loin une petite chaîne d'ADN qui fait partie d'un gène exprimé dans l'hippocampe, qui est impliqué dans l'apprentissage et la mémoire. Selon les résultats, la séquence était très similaire chez les poulets et les chimpanzés, avec seulement deux modifications du code génétique ; mais il avait remarquablement changé dans l'ADN humain, montrant 18 différences génétiques par rapport à la version chez les chimpanzés.
Cela a vraiment confirmé que cette [séquence] est spécifique à la lignée humaine, dit David Haussler , un expert en génomique à l'UCSC qui a dirigé les travaux. Nous avons également séquencé l'ADN humain de différentes personnes à travers le monde – tout le monde semble avoir ces mêmes 18 variations.
Les chercheurs ont alors découvert que le gène, connu sous le nom de HAR1F, a des propriétés encore plus séduisantes : il est exprimé dans un ensemble particulier de cellules du cerveau humain entre 9 et 19 semaines de gestation – lorsque le cortex connaît une période de développement rapide. C'est essentiellement la phase initiale du développement du cortex, la partie pensante du cerveau, explique Haussler. C'est la partie de notre cerveau qui s'est tellement agrandie au cours des derniers millions d'années d'évolution.
Comme les scientifiques ne connaissent pas encore la fonction du gène, il est difficile de prédire son rôle dans le développement du cerveau ou l'évolution humaine. La découverte de ces gènes en évolution rapide est un point de départ pour comprendre l'évolution génétique humaine, dit Lahn, mais cela ne nous dit pas comment les changements dans la séquence génétique conduisent à des changements dans la biologie humaine.
En effet, HAR1F est plutôt mystérieux. Il code uniquement pour un ARN, tandis que la plupart des gènes codent en fin de compte pour une protéine. Alors que d'autres gènes codant pour l'ARN ont été identifiés - les gènes d'ARN ont parfois une fonction régulatrice, modifiant la production d'une protéine - cette séquence ne ressemble à aucun des gènes d'ARN connus. Le gène semble être un gène dans son propre univers, dit Lahn.
Le gène est également distinct des gènes précédemment identifiés qui pourraient jouer un rôle dans l'évolution du cerveau. L'année dernière, le groupe de Lahn a identifié deux gènes du cerveau comme étant soumis à une récente pression évolutive. contrairement à HAR1F , ces gènes ont une fonction connue : ils sont tous deux impliqués dans le contrôle de la taille du cerveau. De plus, différentes variations de ces gènes se trouvent dans différentes régions du monde, alors que tout le monde testé jusqu'à présent semble porter les mêmes 18 variations dans la partie en évolution rapide de HAR1F .
Le groupe de Haussler a pu identifier le nouveau morceau d'ADN en raison de son approche unique de l'analyse du génome. Des études antérieures se sont concentrées sur les régions codantes du génome : la section d'ADN qui dirige la production de protéines. Le groupe de Haussler, d'autre part, a effectué une recherche à l'échelle du génome de séquences évoluant rapidement dans les régions conservées de l'ADN. Leur méthode semble être un moyen très élégant de capter les éléments régulateurs potentiels qui ont acquis des fonctions uniques dans la lignée humaine, dit Ganeshwaran Mochida , neuroscientifique et généticien à la Harvard Medical School de Boston.
Cependant, certains scientifiques sont sceptiques quant au fait que le morceau d'ADN s'avérera être la clé de l'évolution du cerveau humain. Il est un peu difficile de comprendre comment un morceau d'ARN de 118 paires de bases a pu être si froid sur le plan de l'évolution, avec deux changements au cours des 318 millions d'années, puis subir 18 substitutions indépendantes successives dans la lignée humaine depuis la scission avec le chimpanzé, dit Andrew Clark , généticien des populations à l'Université Cornell à Ithaca, NY. Il suggère que les changements récents peuvent être le produit d'un processus mutationnel inhabituel et pas encore compris, plutôt que d'une pression évolutive. Et il ajoute qu'aucune preuve n'existe encore pour l'une ou l'autre possibilité. En tout état de cause, le travail constitue une forte motivation pour comprendre la fonction biologique de ce gène, et cela a toujours été l'enthousiasme de ce genre de travail, dit-il.
Haussler et ses collaborateurs tentent maintenant de comprendre quel rôle HAR1F joue pendant le développement du cerveau. Entre autres expériences, ils prévoient de créer une souris qui exprime la forme humaine du gène. On ne sait pas si la souris va se mettre à écrire Shakespeare, dit Haussler. Il est peu probable qu'il fonctionne comme un gène humain car il est exprimé dans le cortex de la souris avec d'autres gènes de souris, mais c'est quelque chose à essayer.
Haussler prédit que les résultats déclencheront une vague de recherches sur le rôle de HAR1F . Par exemple, il espère que les scientifiques qui étudient la génétique de la schizophrénie et d'autres troubles rechercheront dans leurs populations de patients des mutations dans le gène, ce qui pourrait faire la lumière sur son rôle dans le développement du cerveau et la fonction cognitive.