Comment une mutation génétique conduit à une intelligence supérieure

Lorsque les gènes mutent, cela peut entraîner des maladies graves du système nerveux humain. Des chercheurs de l’Université de Leipzig et de l’Université de Würzburg ont maintenant utilisé des mouches des fruits pour démontrer comment, outre l’effet négatif, la mutation d’un gène neuronal peut avoir un effet positif, à savoir un QI plus élevé chez l’homme. Ils ont publié la découverte dans la revue Cerveau.

Les synapses sont les points de contact dans le cerveau par lesquels les cellules nerveuses « communiquent » entre elles. Les perturbations de cette communication entraînent des maladies du système nerveux, car des protéines synaptiques altérées, par exemple, peuvent altérer ce mécanisme moléculaire complexe. Cela peut entraîner des symptômes légers, mais aussi des handicaps très graves chez les personnes touchées.

L’intérêt des deux neurobiologistes, le professeur Tobias Langenhan et le professeur Manfred Heckmann, respectivement de Leipzig et de Würzburg, a été éveillé lorsqu’ils ont lu dans une publication scientifique une mutation qui endommage une protéine synaptique. Au début, les patients affectés ont attiré l’attention des scientifiques parce que la mutation les a rendus aveugles. Cependant, les médecins ont alors remarqué que les patients étaient également d’une intelligence supérieure à la moyenne. « Il est très rare qu’une mutation entraîne une amélioration plutôt qu’une perte de fonction », explique Langenhan, professeur et titulaire d’une chaire à l’Institut de biochimie Rudolf Schönheimer de la Faculté de médecine.

Les deux neurobiologistes de Leipzig et de Würzburg utilisent depuis de nombreuses années les mouches des fruits pour analyser les fonctions synaptiques. « Notre projet de recherche a été conçu pour insérer la mutation des patients dans le gène correspondant de la mouche et utiliser des techniques telles que l’électrophysiologie pour tester ce qui arrive ensuite aux synapses. Nous avons supposé que la mutation rend les patients si intelligents car elle améliore la communication entre eux. les neurones qui impliquent la protéine lésée », explique Langenhan. « Bien sûr, vous ne pouvez pas effectuer ces mesures sur les synapses du cerveau de patients humains. Vous devez utiliser des modèles animaux pour cela. »

Les trois quarts des gènes qui causent des maladies chez l’homme existent également chez les mouches des fruits

Tout d’abord, les scientifiques, en collaboration avec des chercheurs d’Oxford, ont montré que la protéine de mouche appelée RIM semble moléculairement identique à celle des humains. C’était essentiel pour pouvoir étudier les modifications du cerveau humain chez la mouche. Dans l’étape suivante, les neurobiologistes ont inséré des mutations dans le génome de la mouche qui ressemblaient exactement à celles des personnes malades. Ils ont ensuite procédé à des mesures électrophysiologiques de l’activité synaptique. « Nous avons effectivement observé que les animaux porteurs de la mutation montraient une transmission d’informations beaucoup plus importante au niveau des synapses. Cet effet étonnant sur les synapses de la mouche se retrouve probablement de la même manière ou d’une manière similaire chez les patients humains, et pourrait expliquer leurs performances cognitives accrues, mais aussi leur cécité », conclut le professeur Langenhan.

Les scientifiques ont également découvert comment se produit la transmission accrue au niveau des synapses : les composants moléculaires de la cellule nerveuse émettrice qui déclenchent les impulsions synaptiques se rapprochent en raison de l’effet de mutation et entraînent une libération accrue de neurotransmetteurs. Une nouvelle méthode, la microscopie à super-résolution, était l’une des techniques utilisées dans l’étude. « Cela nous donne un outil pour examiner et même compter les molécules individuelles et confirme que les molécules dans la cellule de déclenchement sont plus proches les unes des autres qu’elles ne le sont normalement », explique le professeur Langenhan, qui a également été assisté dans l’étude par le groupe de recherche du professeur Hartmut Schmidt de l’Institut Carl Ludwig de Leipzig.

« Le projet démontre magnifiquement comment un animal modèle extraordinaire comme la mouche des fruits peut être utilisé pour acquérir une compréhension très approfondie des maladies du cerveau humain. Les animaux sont génétiquement très similaires aux humains. On estime que 75 % des gènes impliqués dans la maladie chez l’homme se trouvent également dans la mouche des fruits », explique le professeur Langenhan, pointant vers d’autres recherches sur le sujet à la Faculté de médecine. « Nous avons lancé plusieurs projets communs avec des généticiens humains, des pathologistes et l’équipe du Centre intégré de recherche et de traitement (IFB) AdiposityDiseases ; basé à l’hôpital universitaire de Leipzig, ils étudient les troubles du développement cérébral, le développement de tumeurs malignes et l’obésité. Ici, nous allons également insérer des mutations pathogènes dans la mouche des fruits pour répliquer et mieux comprendre la maladie humaine. »