Les `` furets mutants '' éclairent l'évolution du cerveau humain
Tout en explorant le développement du cerveau humain à l'aide d'un modèle de furet mutant, les scientifiques sont tombés accidentellement sur des indices sur l'évolution de nos cerveaux surdimensionnés.
Les humains ont la chance d'avoir un cerveau relativement gros. Et, au cours des 7 derniers millions d'années - un court laps de temps en termes d'évolution - la taille de notre cerveau a triplé.
Le cortex cérébral, la couche externe alambiquée et repliée, l'est particulièrement chez l'homme. Exactement pourquoi et comment nos cerveaux sont devenus si fantaisistes font l'objet de nombreux débats et les preuves sont actuellement rares.
Trouver des indices sur les changements génétiques et biologiques survenus il y a des millions d'années revient à chercher une aiguille dans une botte de foin de l'autre côté de l'univers. De temps en temps, cependant, Lady Serendipity sourit aux scientifiques.
Récemment, des chercheurs d’un certain nombre d’institutions, dont le Howard Hughes Medical Institute à Chevy Chase, MD, l’Université Yale à New Haven, au Connecticut, et le Boston Children’s Hospital dans le Massachusetts, ont mené une série d’études sur la microcéphalie.
Leurs études ont été fructueuses et ont approfondi notre compréhension de la microcéphalie, mais elles nous ont également rapprochés de cette aiguille dans la botte de foin éloignée. Leurs résultats ont été récemment publiés dans la revue La nature.
«J'ai une formation de neurologue et j'étudie les enfants atteints de maladies du cerveau en développement», explique le Dr Christopher Walsh, du Boston Children’s Hospital. «Je n’ai jamais pensé que j’interrogerais sur l’histoire évolutive de l’humanité.»
Comment rechercher la microcéphalie
Les bébés atteints de microcéphalie ont une tête beaucoup plus petite que la normale et leur cortex cérébral n'est pas formé correctement. Cette condition est souvent génétique, même si récemment, elle a également été liée au virus Zika.
Comment et pourquoi le cortex ne se forme pas correctement n'est pas entièrement compris. L'une des raisons pour lesquelles l'exploration de ce sujet est si délicate est l'absence d'un bon modèle; un modèle de souris est le plus souvent utilisé, mais il ne convient pas.
Les cerveaux de souris sont, comme vous vous en doutez, minuscules. De plus, les souris ne bénéficient pas de la même sélection diversifiée de cellules cérébrales que les humains et leur cortex est beaucoup plus lisse.
Le gène le plus couramment impliqué dans la microcéphalie est celui qui code pour une protéine appelée Aspm. Lorsque ce gène est muté, le cerveau d’un humain aura environ la moitié de sa taille normale.
Cependant, chez les souris sans gène - appelées souris KO Aspm - leur cerveau rétrécit d'un dixième seulement. Ce changement à peine détectable est de peu d'utilité pour les scientifiques.
À la recherche d'un meilleur modèle de microcéphalie, les chercheurs - qui étaient dirigés par le Dr Walsh et Byoung-Il Bae, de l'Université de Yale - se sont tournés vers les furets.
Cela peut, au premier abord, sembler être un étrange choix d'animal, mais cela a du bon sens; les furets sont plus gros et ont un cortex complexe avec la même gamme de types de cellules que les humains. De plus, comme les souris, ils se reproduisent rapidement et librement.
Comme l'explique le Dr Walsh, «À première vue, les furets peuvent sembler un choix amusant, mais ils sont un modèle important pour le développement du cerveau depuis 30 ans.»
Bien que les furets se soient avérés utiles auparavant, on en sait peu sur la génétique des furets, donc créer une version KO Aspm de l'animal serait un défi. Le Dr Walsh, cependant, n'a pas été découragé; il a obtenu un financement et s'est mis au travail.
Le furet KO Aspm n'est que le deuxième furet KO que l'humanité ait jamais créé.
Comme prévu, le cerveau des furets KO Aspm était jusqu'à 40% plus petit que la normale, ce qui le rapproche beaucoup plus de la version humaine de la microcéphalie. Et, comme pour la microcéphalie humaine, l'épaisseur corticale était inchangée.
Un indice sur l'évolution du cerveau
En plus de concevoir un nouveau modèle utile pour la microcéphalie humaine, les scientifiques ont également plongé leurs orteils dans un problème beaucoup plus insoluble: comment avons-nous fait évoluer de si gros cerveaux?
Ils ont étudié l'impact de la perte d'Apsm sur le cerveau des furets. Les défauts ont été attribués à des changements dans la façon dont les cellules gliales radiales se comportaient.
Les cellules gliales radiales se développent à partir de cellules neuroépithéliales, qui sont les cellules souches du système nerveux. Celles-ci sont capables de se développer en un certain nombre de types de cellules différents dans le cortex.
En commençant près des ventricules cérébraux en développement, les cellules gliales radiales se déplacent vers le cortex en formation. Au fur et à mesure que ces cellules s'éloignent de leur point de départ, elles perdent lentement leur capacité à se développer en différents types de cellules cérébrales.
L'équipe a constaté qu'un manque d'Apsm provoquait un détachement plus rapide des cellules gliales radiales des ventricules et a commencé leur migration tôt.
Une fois le moment choisi, le rapport entre les cellules gliales radiales et les autres types de cellules est devenu asymétrique, ce qui a entraîné une diminution du nombre de cellules nerveuses dans le cortex. Apsm agit comme un régulateur, augmentant ou diminuant le nombre total de neurones corticaux. Et c'est là que réside l'indice de l'évolution du cerveau humain.
«La nature a dû résoudre le problème de la modification de la taille du cerveau humain sans avoir à tout repenser.»
Byoung-Il Bae
Apsm modifie ainsi le développement du cerveau en influençant la fonction des centrioles, ou des structures cellulaires impliquées dans la division cellulaire. Sans Apsm, les centrioles ne font pas leur travail correctement.
Récemment, quelques gènes impliqués dans la régulation des protéines des centrioles, dont l'Apsm, ont subi des changements évolutifs. Le Dr Walsh pense que ce sont peut-être ces gènes qui nous distinguent des chimpanzés ou de nos lointains cousins les Néandertaliens.
«Rétrospectivement, cela a du sens», déclare le Dr Walsh. «Les gènes qui associent nos cerveaux au cours du développement doivent avoir été les gènes que l'évolution a modifiés pour rendre nos cerveaux plus gros.»
En modifiant ce gène, la migration des cellules gliales radiales peut être modifiée et le cortex peut grossir. Ces études fournissent un nouveau modèle de microcéphalie et un nouvel aperçu de l'origine de notre cerveau bombé.
