Une étude révèle des gènes qui distinguent les humains des autres primates en termes de capacités cognitives

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l’Université de Toronto a découvert plus de 100 gènes communs au cerveau des primates, mais qui ont subi une divergence évolutive uniquement chez les humains – et qui pourraient être à l’origine de notre capacité cognitive unique.

Les chercheurs, dirigés par le professeur agrégé Jesse Gillis du Centre Donnelly de recherche cellulaire et biomoléculaire et du département de physiologie de la faculté de médecine Temerty de l'Université de Toronto, ont découvert que les gènes sont exprimés différemment dans le cerveau des humains par rapport à celui de quatre de nos proches. chimpanzés, gorilles, macaques et ouistitis.

Les résultats, publiés dans Écologie et évolution de la nature, suggèrent qu'une pression sélective réduite, ou une tolérance aux mutations avec perte de fonction, aurait pu permettre aux gènes d'acquérir une capacité cognitive de niveau supérieur. L'étude fait partie de l'Atlas des cellules humaines, une initiative mondiale visant à cartographier toutes les cellules humaines afin de mieux comprendre la santé et la maladie.

“Cette recherche contribue à notre compréhension des différences dans le cerveau entre les humains et les autres primates au niveau cellulaire, mais elle a également abouti à une base de données qui peut être utilisée pour caractériser davantage les similitudes et les différences génétiques entre les primates”, a déclaré Gillis.

L'équipe, qui comprend des chercheurs du Cold Spring Harbor Laboratory et de l'Allen Institute for Brain Science aux États-Unis, a créé une carte cérébrale pour chaque espèce de primate basée sur une analyse unicellulaire, une technique relativement nouvelle qui permet un séquençage génétique plus spécifique que les méthodes standard. . Ils ont utilisé un ensemble de données BRAIN Initiative Cell Census Network (BICCN) créé à partir d’échantillons prélevés dans le gyrus temporal moyen du cerveau.

Au total, l’équipe a découvert 139 gènes communs à tous les groupes de primates, mais très divergents dans leur expression dans le cerveau humain. Ces gènes ont montré une plus grande capacité à résister aux mutations sans affecter leur fonction, ce qui suggère qu'ils pourraient avoir évolué sous une pression sélective plus relâchée.

“Les gènes qui ont divergé chez l'homme doivent être tolérants au changement”, a déclaré Hamsini Suresh, premier auteur de l'étude et associé de recherche au Donnelly Center. “Cela se manifeste par une tolérance aux mutations avec perte de fonction et semble permettre un changement évolutif rapide dans le cerveau humain.”

Notre fonction cognitive supérieure pourrait résulter de l’évolution adaptative des cellules du cerveau humain vers une multitude de mutations moins menaçantes au fil du temps. Il convient également de noter qu’environ un quart des gènes humains divergents identifiés dans l’étude sont associés à divers troubles cérébraux.

Les gènes divergents identifiés par les chercheurs se trouvent dans 57 types de cellules cérébrales, regroupés par neurones inhibiteurs, neurones excitateurs et non-neurones. Un quart des gènes n’étaient exprimés différemment que dans les cellules neuronales, également appelées matière grise, et la moitié n’étaient exprimés différemment que dans les cellules gliales, qui sont la substance blanche.

La matière grise du cerveau est constituée de neurones, tandis que la substance blanche est constituée d'autres types de cellules, notamment celles responsables du système vasculaire et de la fonction immunitaire.

Cette étude fait partie de l'initiative BICCN visant à identifier et cataloguer les divers types de cellules présentes dans le cerveau des humains et d'autres espèces. En 2021, le consortium a publié un recensement complet des types de cellules du cortex moteur primaire de la souris, du singe et de l'humain dans la revue Nature. L’initiative met en lumière l’évolution du cerveau en étudiant la neurotransmission et la communication à la résolution la plus fine.

“Il y a environ 570 000 cellules dans l'atlas unicellulaire croisé des primates du gyrus temporal moyen”, a déclaré Suresh. “La définition d'un catalogue de types de cellules partagées dans cette zone du cerveau fournit un cadre pour explorer la conservation et la divergence de l'architecture cellulaire au cours de l'évolution des primates. Nous pouvons utiliser les informations résultantes pour étudier l'évolution et la maladie de manière plus ciblée.”