Les chercheurs de Dresde et de Leipzig ont découvert que les cellules souches du cerveau en développement des humains modernes mettent plus de temps à se diviser et font moins d’erreurs lors de la distribution de leurs chromosomes à leurs cellules filles, par rapport à celles des Néandertaliens.
Les Néandertaliens sont les parents les plus proches des humains modernes. Les comparaisons avec eux peuvent donc fournir des informations fascinantes sur ce qui rend les humains d’aujourd’hui uniques, par exemple en ce qui concerne le développement du cerveau. Le néocortex, la plus grande partie de la couche externe du cerveau, est unique aux mammifères et crucial pour de nombreuses capacités cognitives. Il s’est considérablement développé au cours de l’évolution humaine chez les espèces ancestrales des Néandertaliens et des humains modernes, ce qui a donné aux Néandertaliens et aux humains modernes des cerveaux de tailles similaires. Cependant, on ne sait presque rien sur la manière dont les cerveaux humains et néandertaliens modernes ont pu différer en termes de développement et de fonctionnement. Des chercheurs de l’Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique (MPI-CBG) à Dresde et de l’Institut Max Planck d’anthropologie évolutive (MPI-EVA) à Leipzig ont maintenant découvert que les cellules souches neurales – les cellules à partir desquelles les neurones en développement dérive du néocortex – passent plus de temps à préparer leurs chromosomes pour la division chez les humains modernes que chez les Néandertaliens. Cela entraîne moins d’erreurs lorsque les chromosomes sont distribués aux cellules filles chez l’homme moderne que chez l’homme de Néandertal ou le chimpanzé, et pourrait avoir des conséquences sur le développement et le fonctionnement du cerveau. Cette étude montre des différences cellulaires dans le développement du cerveau entre les humains modernes et les Néandertaliens.
Après que les ancêtres des humains modernes se soient séparés de ceux des Néandertaliens et des Denisoviens, leurs parents asiatiques, une centaine d’acides aminés, les éléments constitutifs des protéines dans les cellules et les tissus, ont changé chez les humains modernes et se sont propagés à presque tous les humains modernes. La signification biologique de ces changements est largement inconnue. Cependant, six de ces changements d’acides aminés se sont produits dans trois protéines qui jouent un rôle clé dans la distribution des chromosomes, les porteurs de l’information génétique, aux deux cellules filles lors de la division cellulaire.
Les effets des variantes humaines modernes sur le développement du cerveau
Pour étudier l’importance de ces six changements pour le développement du néocortex, les scientifiques ont d’abord introduit les variantes humaines modernes chez la souris. Les souris sont identiques aux Néandertaliens à ces six positions d’acides aminés, de sorte que ces changements en ont fait un modèle pour le développement du cerveau humain moderne.
Nous avons constaté que trois acides aminés humains modernes dans deux des protéines provoquent une métaphase plus longue, une phase où les chromosomes sont préparés pour la division cellulaire, ce qui entraîne moins d’erreurs lorsque les chromosomes sont distribués aux cellules filles des cellules souches neurales, juste comme chez les humains modernes. »
Felipe Mora-Bermúdez, auteur principal de l’étude
Pour vérifier si l’ensemble d’acides aminés de Néandertal a l’effet inverse, les chercheurs ont ensuite introduit les acides aminés ancestraux dans les organoïdes du cerveau humain – des structures miniatures ressemblant à des organes qui peuvent être cultivées à partir de cellules souches humaines dans des boîtes de culture cellulaire en laboratoire et qui imitent aspects du développement précoce du cerveau humain. « Dans ce cas, la métaphase est devenue plus courte et nous avons trouvé plus d’erreurs de distribution chromosomique. » Selon Mora-Bermúdez, cela montre que ces trois changements d’acides aminés humains modernes dans les protéines connues sous le nom de KIF18a et KNL1 sont responsables du moins d’erreurs de distribution chromosomique observées chez l’homme moderne par rapport aux modèles de Néandertal et aux chimpanzés. Il ajoute que « avoir des erreurs dans le nombre de chromosomes n’est généralement pas une bonne idée pour les cellules, comme on peut le voir dans des troubles comme les trisomies et le cancer ».
« Notre étude implique que certains aspects de l’évolution et de la fonction du cerveau humain moderne peuvent être indépendants de la taille du cerveau puisque les Néandertaliens et les humains modernes ont des cerveaux de taille similaire. Les résultats suggèrent également que la fonction cérébrale chez les Néandertaliens pourrait avoir été plus affectée par les erreurs chromosomiques que cela. de l’homme moderne », résume Wieland Huttner, qui a co-dirigé l’étude. Svante Pääbo, qui a également co-supervisé l’étude, ajoute que « de futures études sont nécessaires pour déterminer si la diminution du taux d’erreur affecte les traits humains modernes liés au fonctionnement du cerveau ».
