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Des chercheurs ont implanté un gène humain sur des singes pour augmenter la taille de leur cerveau

Des chercheurs ont implanté un gène humain sur des singes pour augmenter la taille de leur cerveau

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Nous ne sommes pas dans la Planète des Singes, mais presque. Des scientifiques viennent en effet d’implanter un gène spécifique à l’homme qui serait responsable de la taille de notre cerveau et de nos capacités cognitives dites évoluées. Le résultat est tellement spectaculaire que les recherches ont été immédiatement arrêtées pour des raisons éthiques. En effet, les singes implantés se retrouvent dotés d’un cerveau beaucoup plus gros avec des capacités cognitives potentielles situées dans des zones que l’éthique nous interdit de franchir. Pour l’instant.

L’expansion du cerveau humain au cours de l’évolution, et en particulier le néocortex, est liée à nos capacités cognitives telles que le raisonnement et le langage. Un certain gène appelé ARHGAP11B, que l’on ne trouve que chez l’homme, déclenche la formation de cellules souches cérébrales supplémentaires, condition préalable à l’obtention d’un cerveau plus grand.

Des études antérieures ont montré que ARHGAP11B, lorsqu’il est exprimé chez les souris et les furets à des niveaux physiologiquement élevés, provoque une expansion du néocortex, mais sa pertinence pour l’évolution des primates n’était pas encore claire. Les chercheurs de l’Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique (MPI-CBG) de Dresde, ainsi que leurs collègues de l’Institut central pour les animaux d’expérimentation (CIEA) de Kawasaki et de l’Université Keio de Tokyo, tous deux situés au Japon, montrent maintenant que ce gène spécifique à l’homme, lorsqu’il est exprimé à des niveaux physiologiques, provoque un élargissement du néocortex chez un singe, le ouistiti commun. Cela suggère que le gène ARHGAP11B pourrait bien avoir causé l’expansion du néocortex au cours de l’évolution humaine. Les chercheurs ont publié leurs conclusions dans la revue Science.

Un gros cerveau

Le néocortex humain, la partie la plus jeune du cortex cérébral, est environ trois fois plus grand que celui de nos plus proches parents, les chimpanzés, et son pliage en circonvolutions a augmenté au cours de l’évolution pour s’adapter à l’espace restreint du crâne. Une question clé pour les scientifiques est de savoir comment le néocortex humain est devenu si grand. Dans une étude réalisée en 2015, le groupe de recherche de Wieland Huttner, un des directeurs fondateurs du MPI-CBG, a découvert que sous l’influence du gène spécifique à l’homme ARHGAP11B, les embryons de souris produisaient beaucoup plus de cellules progénitrices neurales et pouvaient même subir le pliage de leur néocortex normalement déplié. Les résultats publiés dans Science ce 18 juin ont suggéré que le gène ARHGAP11B joue un rôle clé dans l’expansion évolutive du néocortex humain.

La montée du gène spécifique à l’homme

Le gène spécifique à l’homme ARHGAP11B est né d’une duplication partielle du gène omniprésent ARHGAP11A il y a environ cinq millions d’années, le long de la lignée évolutive qui a conduit aux Néandertaliens, aux Denisoviens et aux humains actuels, et après que cette lignée se soit séparée de celle qui a conduit au chimpanzé.

Dans une étude de suivi en 2016, le groupe de recherche de Wieland Huttner a découvert une raison surprenante pour laquelle la protéine ARHGAP11B contient une séquence de 47 acides aminés spécifique à l’homme, qui ne se trouve pas dans la protéine ARHGAP11A, et qui est essentielle pour la capacité d’ARHGAP11B à augmenter les cellules souches du cerveau. Plus précisément, une seule substitution de base C à G trouvée dans le gène ARHGAP11B entraîne la perte de 55 nucléotides de l’ARN messager ARHGAP11B, ce qui provoque un décalage dans le cadre de lecture résultant en une séquence de 47 acides aminés spécifique à l’homme et fonctionnellement critique. Cette substitution de base s’est probablement produite beaucoup plus tard que lorsque ce gène est apparu il y a environ 5 millions d’années, à n’importe quel moment entre 1,5 million et 500 000 ans. De telles mutations ponctuelles ne sont pas rares, mais dans le cas de ARHGAP11B, les avantages qu’il présente en formant un cerveau plus grand semblent avoir immédiatement influencé l’évolution humaine.

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L’effet du gène chez le singe

Cependant, on ne savait pas encore si le gène ARHGAP11B spécifique à l’homme provoquerait également un élargissement du néocortex chez les primates non humains. Pour l’étudier, les chercheurs du groupe de Wieland Huttner se sont associés à Erika Sasaki, de l’Institut central des animaux d’expérimentation (CIEA) de Kawasaki, et à Hideyuki Okano, de l’université Keio de Tokyo, tous deux situés au Japon, qui ont été les premiers à mettre au point une technologie permettant de générer des primates non humains transgéniques.

Le premier auteur de l’étude, Michael Heide, s’est rendu au Japon pour travailler avec ses collègues directement sur place. Ils ont généré des ouistitis communs transgéniques, dotés du gène spécifique à l’homme ARHGAP11B, que ces singes n’ont normalement pas, dans le néocortex en développement. Les cerveaux de fœtus ouistitis communs âgés de 101 jours (50 jours avant la date de naissance normale) ont été obtenus au Japon et exportés au MPI-CBG de Dresde pour y être analysés en détail.

Michael Heide explique : « Nous avons en effet constaté que le néocortex du cerveau du ouistiti commun était élargi et la surface du cerveau pliée. Sa plaque corticale était également plus épaisse que la normale. De plus, nous avons pu observer un nombre accru de progéniteurs de la glie basale radiale dans la zone sous-ventriculaire externe et un nombre accru de neurones de la couche supérieure, le type de neurones qui augmente dans l’évolution des primates ». Les chercheurs avaient ainsi des preuves fonctionnelles que l’ARHGAP11B provoque une expansion du néocortex des primates.

Question éthique

Wieland Huttner, qui a dirigé l’étude, ajoute : « Nous avons limité nos analyses aux fœtus de ouistiti, car nous avons anticipé que l’expression de ce gène spécifique à l’homme affecterait le développement du néocortex chez le ouistiti. À la lumière des conséquences imprévisibles potentielles sur les fonctions cérébrales postnatales, nous avons considéré qu’il était indispensable – et obligatoire d’un point de vue éthique – de déterminer d’abord les effets de l’ARHGAP11B sur le développement du néocortex du ouistiti ».

Les chercheurs ont en effet redoublé de prudence. L’expérience a été menée sur des ouistitis et non sur des primates plus proches de l’homme comme le chimpanzé ou le macaque. Ils ont aussi interrompu l’expérience au 101e jour de gestation pour ne pas aller jusqu’à la naissance et éviter de se retrouver dans une zone de grande incertitude : celle des changements comportementaux liés à des modifications du néocortex. Ils n’ont pas voulu dépasser cette frontière mais ils ont ouvert une voie. Restera-t-elle interdite longtemps ?

Source : Science, Science Daily

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