Les origines du langage humain restent mystérieuses. Sommes-nous les seuls animaux vraiment capables d'un discours complexe? Sont Homo sapiens Les seuls hominidés qui pourraient donner des instructions détaillées vers une source d'eau douce lointaine ou décrire les violets et les rouges nuancés d'un coucher de soleil dramatique?
Des parents proches de nos proches tels que les Néandertaliens avaient probablement des caractéristiques anatomiques dans la gorge et les oreilles qui auraient pu permettre la parole et la rédaction de la langue parlée, et ils partagent avec nous une variante d'un gène lié à la capacité de parler. Et pourtant, ce n'est que chez les humains modernes que nous trouvons des régions cérébrales élargies qui sont essentielles pour la production et la compréhension du langage.
Désormais, des chercheurs de l'Université Rockefeller ont découvert des preuves génétiques intrigantes: une variante protéique trouvée uniquement chez l'homme qui a peut-être contribué à façonner l'émergence de la langue parlée.
Dans une étude publiée dans Communications de la natureles chercheurs du laboratoire du chercheur de Rockefeller, Robert B. Darnell, ont découvert que lorsqu'ils mettaient cette variante exclusivement humaine de la protéine de liaison à l'ARN nova1-an dans le cerveau connu pour être crucial pour le développement neural-souris INTO, il a modifié leurs vocalisations comme ils l'appelaient les uns aux autres.
L'étude a également confirmé que la variante n'est pas trouvée dans les Néandertaliens ou les Denisovans, les humains archaïques avec lesquels nos ancêtres ont entièrement exercé, comme en témoignent leurs traces génétiques qui restent dans de nombreux génomes humains aujourd'hui.
Ce gène fait partie d'un changement évolutif radical chez les premiers humains modernes et fait allusion aux origines anciennes potentielles de la langue parlée. Nova1 Peut être un «gène de langue humain de bonne foi», bien que ce ne soit certainement qu'un des nombreux changements génétiques spécifiques à l'homme ».
Robert B. Darnell, chef du laboratoire de neuro-oncologie moléculaire
Sommaire
Trois décennies en préparation
Les adaptations anatomiques du tractus vocal et des réseaux de neurones complexes permettent à nos capacités linguistiques. Mais la génétique derrière eux n'est pas bien comprise.
Un conducteur de langage génétique théorisé est FOXP2qui codes pour un facteur de transcription impliqué dans le développement précoce du cerveau. Les personnes atteintes de mutations dans ce gène présentent de graves défauts de la parole, notamment l'incapacité de coordonner les mouvements des lèvres et de la bouche avec le son. Les humains ont deux substitutions d'acides aminés dans FOXP2 qui ne se trouvent pas chez d'autres primates ou mammifères, mais les Néandertaliens les ont également, suggérant que la variante est apparue chez un ancêtre des deux lignées humaines. Mais quelques résultats sur FOXP2 ont été contestés et son rôle dans le développement du langage humain reste incertain.
Maintenant Nova1 est apparu en tant que candidat. Le gène produit une clé de protéine de liaison à l'ARN spécifique au neurone au développement du cerveau et au contrôle neuromusculaire qui a d'abord été cloné et caractérisé par Darnell en 1993. humains. Au lieu de cela, nous avons notre propre forme unique caractérisée par un seul changement d'acide aminé, de l'isoleucine à la valine, en position 197 (I197V) dans la chaîne protéique.
I197V n'est pas la seule substitution d'acides aminés qui distingue les humains modernes des autres organismes, souligne le premier auteur Yoko Tajima, un associé postdoctoral dans le laboratoire de Darnell. Plusieurs d'entre eux peuvent faire partie intégrante du développement du cerveau. « De tels changements peuvent avoir joué un rôle important dans l'acquisition de caractéristiques qui ont contribué à l'émergence, à l'expansion et à la survie de Homo sapiens« dit-elle.
Spécialiste de la façon dont les protéines de liaison à l'ARN modulent l'expression des gènes, Darnell fait des recherches sur NOVA1 depuis le début des années 1990, lorsque lui et ses collègues l'ont identifié pour la première fois comme le déclencheur d'un trouble auto-immun neurologique appelé Poma qui peut provoquer une dysfonction motrice extrême. Récemment, ils ont commencé à identifier les cas dans lesquels Nova1 Les variantes génétiques sont associées à un langage de développement et à des difficultés motrices.
« Comprendre Nova1 a été un effort de toute carrière pour moi », dit-il.
La présente étude, dirigée par Tajima, a utilisé l'édition du gène CRISPR pour remplacer la protéine Nova1 commune trouvée chez les souris par la variante humaine I197V. Ils ont ensuite utilisé des techniques avancées telles que l'analyse d'immunoprécipitation (CLIP) de réticulation (CLIP), une méthode développée par Darnell, pour identifier les sites de liaison à l'ARN de NOVA1 dans le cerveau moyen de souris.
La grande révélation
La première découverte notable a été que la variante humaine n'avait aucun impact sur la liaison à l'ARN liée au développement neuronal ou au contrôle moteur. Il a fonctionné exactement comme celui qu'il avait remplacé.
Alors qu'est-ce que ça faisait? La deuxième découverte significative leur a donné un indice: les sites de liaison qui ont été considérablement affectés par la variante humaine étaient situés à des gènes qui codés pour les ARN liés à la vocalisation.
« De plus, bon nombre de ces gènes liés à la vocalisation se sont également révélés être des cibles de liaison de NOVA1, suggérant en outre l'implication de Nova1 dans la vocalisation », explique Tajima.
« Nous pensions, Ouah. Nous ne nous attendions pas à cela, « Darnell dit. » Ce fut l'un de ces moments vraiment surprenants de la science. «
Le laboratoire de Darnell s'est ensuite associé au Laboratoire de Neurogénétique de Rockefeller, dirigé par Erich D. Jarvis, qui étudie les mécanismes moléculaires et génétiques sous-jacents à l'apprentissage vocal.
Communications modifiées
Au cours des prochaines années, les collaborateurs ont étudié l'impact sur les vocalisations parmi les souris de divers âges dans différents contextes. Ils ont trouvé des modèles vocaux modifiés parmi les deux chiots des sexes et des mâles adultes.
« Toutes les souris pour bébés font des grincements ultrasoniques à leurs mamans, et les chercheurs en langage classent les grincements variables en quatre » lettres « -s, d, u et m », note Darnell. « Nous avons constaté que lorsque nous avons« translitté »les grincements fabriqués par des souris avec la variante I197V spécifique à l'homme, ils étaient différents de ceux des souris de type sauvage. Certaines« lettres »avaient changé.
Ils ont trouvé des schémas similaires lorsqu'ils ont étudié les appels d'accouplement pleins d'espoir des souris adultes mâles exposées à des souris adultes féminines en œstrus. « Ils ont« parlé »différemment des souris féminines», dit-il. « On peut imaginer comment de tels changements dans la vocalisation pourraient avoir un impact profond sur l'évolution. »
L'élément humain
L'influence potentielle de I197V sur l'évolution humaine est devenue leur prochaine objectif. Pour confirmer qu'il n'a pas été trouvé dans nos parents humains les plus proches, les Néandertaliens, qui vivaient en grande partie en Europe, et les Denisovans, du nom de la grotte d'Asie centrale où ils ont été découverts – les chercheurs ont comparé huit génomes humains avec trois néanderthaliens élevés génomes et un génome de Denisovan à couverture élevée.
Comme prévu, nos parents archaïques, à partir du fait que nous aurions divisé environ 250 000 à 300 000 ans, auraient la même protéine Nova1 que tous les animaux non humains.
Ils ont ensuite peigné 650 058 génomes humains modernes dans la base de données DBSNP, un catalogue de variations de séquence courtes tirées de personnes du monde entier. Si une alternative à i197v existait, elle serait trouvée ici.
Sur ces 650 058 personnes, toutes sauf six avaient la variante humaine. Ces six avaient la variante archaïque; Parce que les échantillons sont désidentis, les détails à leur sujet sont inconnus.
« Nos données montrent qu'une population ancestrale d'humains modernes en Afrique a évolué la variante humaine I197V, qui est ensuite devenue dominante, peut-être parce qu'elle conférait des avantages liés à la communication vocale », suggère-t-il. « Cette population a ensuite quitté l'Afrique et s'est propagée à travers le monde. »
Maladie et troubles
À l'avenir, le laboratoire de Darnell étudiera comment Nova1 régule la fonction linguistique en tenant compte des troubles du langage ou du développement.
« Nous pensons que la compréhension de ces problèmes fournira des informations importantes sur le fonctionnement du cerveau pendant les communications vocales et comment sa mauvaise régulation conduit à certains troubles », explique Tajima.
Ses voies neuronales peuvent entrer en jeu, par exemple, lorsque divers troubles rendent quelqu'un qui ne peut pas parler. Il influence peut-être le développement de l'autisme non verbal; NOVA1 est l'un des nombreux gènes liés au trouble du spectre autistique. Et en 2023, le laboratoire a rendu compte d'un patient atteint d'une haploinsuffisance HaploiSunsuffisoire NOVA1 dont les symptômes neurologiques comprenaient un retard de la parole.
Ajoute Darnell: « Notre découverte pourrait avoir une pertinence clinique à bien des égards, allant des troubles du développement aux maladies neurodégénératives. »
