Le cerveau, l’intestin et le système immunitaire ont été affinés après la séparation d’un ancêtre commun des chimpanzés

Nos cerveaux sont plus gros et nos tripes sont plus courtes que nos pairs singes.

“Beaucoup de traits que nous considérons comme uniquement humains et spécifiques à l’homme apparaissent probablement au cours de cette période”, au cours des 7,5 millions d’années qui se sont écoulées depuis la rupture avec l’ancêtre commun que nous partageons avec le chimpanzé, a déclaré Craig Lowe, Ph. .D., professeur adjoint de génétique moléculaire et de microbiologie à la Duke School of Medicine.

Concrètement, les séquences d’ADN en question, que les chercheurs ont baptisées Human Ancestor Quickly Evolved Regions (HAQERS), prononcées comme des hackers, régulent les gènes. Ce sont les interrupteurs qui indiquent aux gènes à proximité quand s’allumer et s’éteindre. Les résultats paraissent le 23 novembre dans le journal Cellule.

L’évolution rapide de ces régions du génome semble avoir servi de réglage fin du contrôle réglementaire, a déclaré Lowe. Plus de commutateurs ont été ajoutés au système d’exploitation humain au fur et à mesure que les séquences se développaient dans les régions régulatrices, et ils étaient plus finement réglés pour s’adapter aux signaux environnementaux ou développementaux. Dans l’ensemble, ces changements étaient avantageux pour notre espèce.

“Ils semblent particulièrement spécifiques pour provoquer l’activation des gènes, nous pensons uniquement à certains types de cellules à certains moments du développement, ou même à des gènes qui s’activent lorsque l’environnement change d’une manière ou d’une autre”, a déclaré Lowe.

Une grande partie de cette innovation génomique a été trouvée dans le développement du cerveau et du tractus gastro-intestinal. “Nous voyons beaucoup d’éléments régulateurs qui s’activent dans ces tissus”, a déclaré Lowe. “Ce sont les tissus où les humains raffinent quels gènes sont exprimés et à quel niveau.”

Aujourd’hui, notre cerveau est plus gros que celui des autres singes et nos tripes sont plus courtes. “Les gens ont émis l’hypothèse que ces deux éléments sont même liés, car ce sont deux tissus métaboliques très coûteux à avoir”, a déclaré Lowe. “Je pense que ce que nous voyons, c’est qu’il n’y a pas vraiment eu une mutation qui vous a donné un gros cerveau et une mutation qui a vraiment frappé l’intestin, c’était probablement beaucoup de ces petits changements au fil du temps.”

Pour produire les nouvelles découvertes, le laboratoire de Lowe a collaboré avec ses collègues de Duke Tim Reddy, professeur agrégé de biostatistique et de bioinformatique, et Debra Silver, professeur agrégé de génétique moléculaire et de microbiologie pour exploiter leur expertise. Le laboratoire de Reddy est capable d’examiner des millions de commutateurs génétiques à la fois et Silver observe les commutateurs en action dans le développement de cerveaux de souris.

“Notre contribution était que si nous pouvions réunir ces deux technologies, nous pourrions alors examiner des centaines de commutateurs dans ce type de tissu en développement complexe, que vous ne pouvez pas vraiment obtenir à partir d’une lignée cellulaire”, a déclaré Lowe.

“Nous voulions identifier les commutateurs qui étaient totalement nouveaux chez l’homme”, a déclaré Lowe. Par calcul, ils ont pu déduire à quoi aurait ressemblé l’ADN de l’ancêtre humain-chimpanzé, ainsi que les lignées éteintes de Néandertal et de Denisovan. Les chercheurs ont pu comparer les séquences génomiques de ces autres parents post-chimpanzés grâce à des bases de données créées à partir des travaux pionniers du lauréat du prix Nobel 2022 Svante Pääbo.

“Donc, nous connaissons la séquence de Néandertal, mais testons cette séquence de Néandertal et voyons si elle peut vraiment activer les gènes ou non”, ce qu’ils ont fait des dizaines de fois.

“Et nous avons montré que, whoa, c’est vraiment un interrupteur qui active et désactive les gènes”, a déclaré Lowe. “C’était vraiment amusant de voir que la nouvelle régulation des gènes provenait de commutateurs totalement nouveaux, plutôt que d’une sorte de commutateurs de recâblage qui existaient déjà.”

Outre les traits positifs que les HAQER ont donnés aux humains, ils peuvent également être impliqués dans certaines maladies.

La plupart d’entre nous ont des séquences HAQER remarquablement similaires, mais il y a quelques écarts, “et nous avons pu montrer que ces variantes ont tendance à être corrélées à certaines maladies”, a déclaré Lowe, à savoir l’hypertension, le neuroblastome, la dépression unipolaire, la dépression bipolaire et la schizophrénie. Les mécanismes d’action ne sont pas encore connus et des recherches supplémentaires devront être menées dans ces domaines, a déclaré Lowe.

“Peut-être que les maladies spécifiques à l’homme ou les susceptibilités spécifiques à l’homme à ces maladies vont être préférentiellement cartographiées vers ces nouveaux commutateurs génétiques qui n’existent que chez l’homme”, a déclaré Lowe.

Le soutien à la recherche est venu du National Human Genome Research Institute — NIH (R35-HG011332), du North Carolina Biotechnology Center (2016-IDG-1013, 2020-IIG-2109), de Sigma Xi, du Triangle Center for Evolutionary Medicine et du Duke Bourse Whitehead.