Les gênes qui évoluent le plus rapidement sont liés au « Big Bang » évolutif du cerveau

Une nouvelle recherche se penche sur le mystère du développement évolutif rapide et sans précédent du cerveau humain


Des recherches publiées dans la revue  Neuron  confirment que près de la moitié des plus de 3 000 régions du génome humain qui sont décidément différentes de tous les autres mammifères ont joué un rôle vital dans l’évolution rapide du cerveau humain. 

Manquant de griffes imposantes, de rangées de dents acérées comme des rasoirs ou d’ailes pour voler, le cerveau humain volumineux et complexe est le seul facteur décisif qui a fait de l’humanité l’espèce incontestée du sommet de la planète Terre. En fait, actuellement dépourvus de toute preuve de vie dans la vaste étendue de l’espace, nos cerveaux nous ont offert le titre proverbial de Maître de l’Univers. 

Les scientifiques ont déterminé qu’il y a environ 800 000 à 200 000 ans, les premiers humains ont subi une période dramatique de changement évolutif, culminant dans la puissance cérébrale inégalée dont nous disposons aujourd’hui. En plus de l’augmentation de la taille globale du cerveau, au cours de cette période de croissance rapide, le cerveau humain a évolué pour développer de nouvelles régions cérébrales, à savoir le néocortex, qui offre aux humains un fonctionnement et des capacités cognitives de haut niveau inégalés. 

Par rapport au processus de sélection naturelle observé chez d’autres animaux, la quantité intense d’évolution dans le cerveau humain dans un laps de temps relativement court pourrait être comparée à la théorie cosmologique de la façon dont l’univers est soudainement apparu ou le « Big Bang ».  » 

Pourtant, malgré toute notre intelligence, notre ingéniosité et notre créativité, le « comment » et le « pourquoi » exactement – ​​ou la base sous-jacente menant à ces changements remarquables dans le cerveau humain – est resté un mystère. 

« L’une des questions les plus intéressantes en neurosciences est probablement : « Qu’est-ce qui fait de nous des humains ? « Plus précisément, qu’est-ce qui différencie le cerveau humain de ceux d’autres espèces étroitement apparentées ? L’examen des régions humaines accélérées nous a fourni un moyen très ciblé d’étudier cette question d’un point de vue génétique. »

Travaillant pour s’attaquer au mystère persistant du cerveau humain, une équipe de scientifiques a examiné 3 171 régions du génome humain, précédemment identifiées comme étant nettement différentes de tous les autres mammifères. La science génétique appelle ces régions uniquement humaines du code génétique « régions humaines accélérées » ou « HAR ». 

 « Notre objectif était de combler ces lacunes dans les connaissances sur les RAR qui jouaient un rôle important dans le cerveau et comment, afin que nous et d’autres chercheurs puissions prendre les « HAR cérébraux » les plus importants et effectuer des tests plus approfondis de leur fonction évolutive », a rapporté le co-auteur de cette recherche, le Dr Ellen DeGennaro.

Les chercheurs ont développé une approche appliquée appelée CaptureMPRA pour tirer parti des sondes d’inversion moléculaire à code-barres pour capturer des éléments HAR entiers et leur ADN environnant. Surmontant certaines des limites des méthodes antérieures, les scientifiques ont examiné les différences critiques dans la fonction d’amplificateur HAR entre les humains et les chimpanzés grâce à cette nouvelle technique. 

Les scientifiques ont examiné les données recueillies grâce à la technique CaptureMPRA avec des données épigénétiques dans les cellules neurales fœtales humaines pour identifier les HAR qui semblaient jouer un rôle essentiel dans le développement du cerveau. 

En examinant les résultats, les scientifiques disent avoir découvert une activité des HAR spécifiques au cerveau et d’autres activités limitées au développement de types de cellules spécifiques dans le cerveau du fœtus, par opposition au cerveau des adultes. 

En particulier, les chercheurs ont découvert qu’un gène régulé par HAR, appelé PPP1R17, s’est avéré avoir subi des changements rapides dans les modèles d’expression du type cellulaire et du développement des primates non humains et des humains. Ces mêmes changements ont également été notés entre les non-primates et les primates. 

Le gène régulé par HAR PPP1R17 s’est également avéré ralentir la progression des cellules progénitrices neurales à travers le cycle cellulaire. Les chercheurs disent que cela est remarquable car l’allongement du cycle cellulaire et le ralentissement du développement neurologique sont une caractéristique cruciale du cerveau humain.

Les chercheurs affirment que les résultats montrent que de nombreux HAR agissent en effet comme des activateurs du développement neurologique. Comme ces séquences humaines divergeaient d’autres mammifères, les scientifiques affirment que les régions génétiques ont considérablement accru leur rôle d’amplificateurs neuronaux. 

En plus de publier leurs découvertes dans la revue  Neuron , les chercheurs ont créé une base de données en ligne facilement consultable appelée HARHub, donnant accès aux nouveaux ensembles de données des variations de séquences HAR humaines communes et rares. Servant de ressource ouverte aux collègues scientifiques, les chercheurs affirment que la base de données a déjà fourni des informations «intrigantes». 

Les découvertes récentes soutiennent également  des recherches antérieures , qui ont révélé que les humains occupent une position tout à fait unique sur l’arbre de la vie grâce à un nombre sans précédent de mutations génétiques et à des processus de sélection intenses dans un laps de temps concis. 

« Notre travail constitue une avancée importante dans l’étude de nombreuses régions génomiques à la fois pour nous aider à reconstituer l’image très compliquée mais convaincante de l’évolution du cerveau humain », a déclaré le Dr Walsh. « Nos données suggèrent que l’évolution du cerveau humain a impliqué des changements dans des dizaines, voire des centaines de sites du génome, plutôt que dans un seul gène clé. »

En fin de compte, les découvertes récentes aident à résoudre la question du «comment» entourant le «big bang» déroutant du cerveau humain. Le « pourquoi » reste encore insaisissable. 

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