Le cerveau humain diffère-t-il de celui des singes ? La réponse dans l'expression des gènes

[caption id="attachment_866" align="aligncenter" width="96"] Cliquez sur l'image[/caption]

C'est la semaine du cerveau ! "Du cerveau" vous pensez tout-de-suite au votre ou au mien à la limite, au cerveau humain. Mais tous les vertébrés ont un cerveau.

[caption id="" align="aligncenter" width="312"] Illustration Alain Prunier – http://alain-prunier.com/blog/[/caption]

Je suis toujours géné par les études qui visent à trouver ce qui nous rend unique, ce qui fait des humains des êtres tellement à part, parce que je ne suis pas convaincu que ça soit évidemment vrai. Avant de chercher à comprendre les causes d'un phénomène, j'aime bien m'assurer que le phénomène soit réel. Alors est-ce que les humains sont spéciaux, ou est-ce que cela nous semble seulement ainsi parce que nous sommes humains ? Je ne dis pas que je soit sur qu'il n'y ait rien de particulier à notre espèce, mais ne mettons pas la charrue avant les boeux. Par exemple il y a plein d'études qui comparent notre génome à d'autres génomes de mammifères pour trouver des gènes humain-spécifique, ou des changements génétiques tout petits humain-spécifique, et c'est publié avec des titres triomphants : on a trouvé les gènes ou les mutations qui font de nous des humains ! Mais qu'est-ce qui me dit qu'en comparant des génomes de rongeurs je n'aurais pas trouvé autant de différences qui font de la souris domestique Mus musculus ce qu'elle est, par rapport à la primitive souris des steppes Mus spicilegus ? Et les différences génétiques qui distinguent la mouche du vinaigre de la mouche des séchelles, hein ? Donc avant de me bassiner avec plein de petites différences, j'aimerais qu'on me montre en quoi elles sont intéressantes.

C'est pourquoi j'avais beaucoup aimé à l'époque un article novateur du groupe de Svante Pääbo, qui a aussi découvert le Denisova et plein d'autres trucs. Il faut d'abord se rappeler que les gènes pour être actifs doivent exprimer leur produit, qui fera le boulot (voir ce billet). Donc même s'il y a peu de différences en gènes entre deux cellules, il peut y avoir de grosses différences dues à l'expression différente de ces gènes. Par exemple, toutes les cellules de votre corps ont les mêmes gènes, mais ça fait du muscle ou du cerveau ou du gras selon l'expression des gènes (qui est aussi régulée selon votre activité et votre alimentation semble-t-il). De même on peut penser qu'une partie des différences entre espèces à génome très similaire, comme humain et chimpanzé ou souris domestique et souris des steppes, soit due à des différences d'expression des gènes. Ces différences elles-mêmes étant encodées dans le génome, dans les séquences régulatrices, voir discussion d'ENCODE en septembre.

Or donc, Enard et al en 2002 (article d'accès payant dans Science) ont comparé l'expression des gènes entre cerveaux d'humain, de chimpanzé et de gorille, pour voir s'il y avait de grosses différences qui expliqueraient notre cerveau de ouf. Des différences, y en a. Jusque-là, je ne serais pas impressioné, pour les raisons évoquées ci-dessus. Mais il ont aussi ajouté plein de contrôles :

• l'expression des gènes dans les cerveaux de gorille et de chimpanzé se ressemble plus que le chimpanzé ne ressemble à l'humain, bien que le chimpanzé soit plus proche parent de l'humain ; ceci implique que l'expression dans le cerveau ait évolué plus vite chez l'humain.


• en faisant la même expérience mais avec les globules blancs du sang, les expressions de gènes des trois espèces semblent avoir évolué à la même vitesse, donc l'accélération est au moins en partie cerveau-spécifique.


• en faisant les mêmes comparaisons entre trois rongeurs, on ne voit de différences ni pour le cerveau ni pour les globules blancs ; ergo, c'est bien humain-spécifique.

Alors cette étude ne date pas d'hier, donc pour écrire ce billet j'ai essayé de me mettre un peu à jour. En commençant par un article de revue (qui résume les autres articles de manière critique et synthétique) du labo de Yoav Gilad (ex postdoc de Pääbo, mais presque tout les bons dans ce domaine lui sont liés semble-t-il), de juillet 2012 (article payant dans Nature Reviews Genetics). Déjà il ne dit pas que Enard 2002 soit tout faux, mais il parle surtout de résultats plus récents.

Un premier résultat cool est que l'expression des gènes semble retardée dans le développement embryonnaire et de l'enfant humain par rapport aux autres primates. Ceci est une confirmation moléculaire de ce que l'on pensait depuis longtemps sur des bases morphologiques et développementales, à savoir que les humains soient néoténiques, signifiant que nos adultes ressemblent aux jeunes de nos ancêtres. Dans une autre étude, ils ont trouvé que les différences d'expression entre humains et autres primates concernaient surtout deux "modules" de gènes, l'un s'occupant de la gestion de l'énergie par le cerveau et l'autre du développement embryonnaire du cerveau. D'un autre coté, plusieurs études semblent avoir trouvé des variations importantes d'expression entre espèces pour d'autres organes et d'autres espèces que le cerveau humain.

Dans une grosse étude récente (dont notre co-bloggueur Philippe Julien est co-auteur, et fait par des collègues dans mon université), il a été trouvé que l'expression des gènes évolue généralement lentement dans le cerveau, sauf chez les primates, et que les modules de gènes à évolution spécifiquement accélérés le sont spécifiquement chez l'humain.

Donc il semble bien qu'il y ait des différences significatives et objectives entre cerveau humain et autres mammifères, même avec le chimpanzé notre frère.

Mais, il y a un mais, l'expression des gènes contrairement au génome varie avec notre environnement, notre état de santé, notre nourriture, l'heure du jour ou de la nuit, la cause de la mort si on vient de mourir (et on arrive rarement à prélever du cerveau sur des animaux ou des personnes vivantes). Or autant on peut bien controler tous ces paramètres pour les souris, autant pour les chimpanzés en cage c'est faisable mais un peu plus compliqué, autant pour les humains c'est n'importe quoi. On prend ce qu'on a comme cadavre ayant donné à la science et on espère qu'il n'était pas trop drogué. De plus, les humains à de très rares exceptions près (et même les chasseurs-ceuilleurs cuisent leur viande) vivent dans un environnement très différent de celui des autres primates. Quelle serait l'expression des gènes d'un chimpanzé vivant comme un humain, et réciproquement ? Il faut bien avouer qu'on n'en sait rien.

Donc des résultats très intéressants, qui confirment notre intuition qu'il y a quelque chose à voir dans cette direction générale des différences d'expression des gènes et des différences entre cerveaux de primates, mais pas encore de conclusion ferme. A suivre et bonne fin de semaine du cerveau.