Une équipe interdisciplinaire de chercheurs dirigée par des biologistes de l’Université du Massachusetts à Amherst a récemment publié les résultats d’une étude unique en son genre examinant les liens entre l’expression des gènes et l’évolution du cerveau chez 18 espèces de primates.
L’équipe a collecté des échantillons de tissus cérébraux provenant de zoos dont les animaux étaient morts naturellement, ainsi que de personnes ayant fait don de leur corps à la science, puis a séquencé les transcriptions d’ARN de chaque échantillon pour générer une carte de chacun des 17 000 gènes exprimés. dans le cerveau de chaque primate.
L’équipe a ensuite comparé les transcriptomes d’ARN entièrement séquencés de chaque espèce pour mieux comprendre les liens entre la génomique et l’évolution et éventuellement fournir un aperçu des nuances de l’activité cérébrale ainsi que des maladies neurodégénératives.
« Nous étudions l’évolution du cerveau des primates », déclare Katie Rickelton, auteur principal de l’article. publié dans eLifeet doctorant en biologie moléculaire et cellulaire à l’UMass Amherst.
« Les primates, et en particulier les humains, se définissent par un très gros cerveau par rapport à la taille de leur corps. Pourtant, les humains, les chimpanzés et les lémuriens sont tous très différents, bien qu’ils aient des séquences d’ADN similaires. Nous pensons que cette différence peut s’expliquer en partie par les gènes. sont exprimés à des niveaux supérieurs ou inférieurs.
D’autres chercheurs ont séquencé l’ARN dans le cerveau des primates, mais dans une portée beaucoup plus limitée. « Si nous voulons comprendre ce qui rend les humains uniques parmi les primates », déclare l’auteur principal Courtney Babbitt, professeur agrégé de biologie à l’UMass Amherst, « nous allons devoir étudier une sélection plus large de primates, et personne n’a cherché sur un si grand échantillon auparavant.
Pour mener leurs recherches, Rickelton, Babbitt et leurs collègues ont travaillé avec la banque de cerveaux et de tissus pour les troubles du développement de l’Institut national pour la santé infantile et le développement humain de l’Université du Maryland, la National Chimpanzee Brain Resource et près d’une douzaine d’autres institutions. largement respecté pour son approvisionnement éthique en tissus cérébraux.
L’équipe a obtenu des échantillons de quatre régions cérébrales différentes, dont le cortex préfrontal, le cortex visuel primaire, l’hippocampe et le cervelet, chez chacune des 18 espèces étudiées et a utilisé le noyau génomique de l’Institut des sciences de la vie appliquées de l’UMass Amherst pour effectuer le séquençage de l’ARN. .
L’ARN est l’étape intermédiaire entre l’ADN (le plan directeur de chaque espèce) et les protéines qui construisent réellement un corps individuel.
Le nombre et les types de protéines pouvant être produites sont déterminés par la quantité d’ARN, qui est cartographiée avec les transcriptomes générés par Rickelton, Babbitt et leurs collègues. Et c’est une tâche immense.
« Nous avons séquencé chacun des 17 000 gènes exprimés dans chacune des quatre régions des 18 espèces », explique Babbitt. « Et nous avons pu les échantillonner à très haute résolution », ajoute Rickelton. « Il s’agit de la meilleure série de transcriptomes dont nous disposons pour les cerveaux de ces 18 espèces. »
L’équipe recherchait des différences liées à une multitude de fonctions cérébrales liées à la fois à la cognition et au métabolisme, car les cerveaux volumineux et complexes que nous, les humains, partageons avec nos parents primates nécessitent beaucoup d’énergie. Ils ont trouvé un degré remarquable de variation à travers l’aire de répartition des espèces, du loris lent humain au loris lent pygmée.
Par exemple, les humains et les chimpanzés présentent un niveau de variation remarquable par rapport aux 16 autres espèces, même si les humains et les chimpanzés se sont éloignés du reste des grands singes relativement récemment, laissant peu de temps à la sélection naturelle pour agir. Et bien qu’il existe des différences dans les quatre régions du cerveau échantillonnées par l’équipe, la majorité de la variation semble s’expliquer principalement par l’évolution des espèces.
L’exception, souligne Rickelton, est le cervelet. « C’est la partie la plus ancienne du cerveau sur le plan de l’évolution », explique Rickelton, « et c’est donc celle qui a eu le plus de temps pour évoluer de différentes manières pour chacune des espèces. »
Enfin, les découvertes de l’équipe identifient des gènes particuliers devant faire l’objet d’études plus approfondies, susceptibles d’aider à expliquer l’évolution du cerveau de certains primates. Ces gènes peuvent aider à mieux comprendre les nuances de l’activité cérébrale dans chacune des quatre régions, ainsi qu’à donner un aperçu de divers troubles neurodégénératifs humains, tels que la maladie d’Alzheimer.
« C’est l’un des grands paradoxes de l’évolution : les humains et les chimpanzés ont à peu près les mêmes gènes, et pourtant nous sommes si différents », explique Babbitt. « Pour comprendre ce qui fait de nous des humains, nous allons devoir examiner l’expression génétique d’un large éventail de nos cousins évolutionnaires, et c’est exactement ce que nous avons commencé à faire avec cette étude. »
Plus d’information:
Katherine Rickelton et al, Tempo et mode d’évolution de l’expression génique dans le cerveau des primates, eLife (2024). DOI : 10.7554/eLife.70276