Comment le cerveau humain est-il devenu aussi grand?

La découverte d’un nouveau gène actif dans le cerveau uniquement chez l’humain fait le lien entre l’évolution du cerveau et des signaux vitaux de croissance des cellules.

Le cerveau humain est un organe remarquable, mais comment a-t-il évolué jusqu’à nous donner ces capacités intellectuelles hors du commun ? 

Une équipe menée par Roxane Van Heurck, Jérôme Bonnefont, et Pierre Vanderhaeghen (Faculté de Médecine ULB et VIB-KULeuven), a découvert un gène qui pourrait avoir été essentiel à l'expansion de la taille du cerveau humain au cours de l'évolution. Le gène CROCCP2, que l'on croyait inactif, est en fait fortement exprimé dans le cerveau humain et pourrait être responsable de la diversité des cellules souches du cerveau foetal humain. Cette découverte peut avoir des implications importantes pour l'évolution humaine et certaines maladies auxquelles notre espèce est particulièrement sensible.

• Auparavant considéré comme inactif, le gène CROCCP2 est essentiel à la diversité des cellules du cerveau humain.
• Les humains sont la seule espèce chez laquelle CROCCP2 est actif dans le cerveau, ce qui suggère que le gène joue un rôle importantt dans l'évolution du cerveau humain.
• CROCCP2 agit via une voie importante de signaux de croissance cellulaire appelée mTOR, qui est affectée dans plusieurs maladies du cerveau.
• L'étude suggère comment notre cerveau a développé une sensibilité à certaines maladies en devenant plus gros et plus complexe.

Évolution du cerveau

Le cerveau humain a parcouru un long chemin. Tout au long de l'évolution humaine, il est devenu un organe incroyablement complexe avec des régions spécialisées qui ont des caractéristiques et des fonctions distinctives. Les nombreux types différents de cellules cérébrales sont à la base de la complexité du cerveau, ce qui a considérablement contribué à notre succès en tant qu'espèce.

La façon dont le cerveau humain s'est différencié des autres grands singes est encore largement inconnue, mais les chercheurs pensent que certains gènes «spécifiques aux hominidés» ont joué un rôle essentiel dans la formation du cerveau humain. Ces gènes ont émergé par des duplications génétiques, un mécanisme de copier-coller qui a provoqué l'apparition rapide de nouveaux gènes dans notre évolution récente. Le gène spécifique aux hominidés CROCCP2 résulte d'une duplication de gène et on pensait qu’il était inactif dans notre espèce. Mais une équipe belge a découvert qu’il n’en est rien : en fait CROCCP2 est spécifiquement actif dans notre cerveau en développement.

Découverte de gènes

Même si le génome humain a déjà été entièrement séquencé en 2003, les chercheurs analysent toujours les informations fonctionnelles cachées dans notre ADN. Les Drs Roxane Van Heurck et le Dr Jérôme Bonnefont ont découvert que le gène CROCCP2 est très actif dans le cerveau du fœtus humain.

Leurs travaux, publiés dans la prestigieuse revue Neuron, montrent que CROCCP2 est nécessaire et suffisant pour la quantité et la diversité des cellules souches et des cellules nerveuses dans le cerveau humain. Cette expansion est considérée comme critique pour le cortex cérébral, la région du cerveau responsable de la cognition supérieure qui caractérise notre espèce. Les chercheurs ont également découvert que le gène est fortement exprimé dans le cerveau du fœtus humain, mais pas chez les autres primates. Cela suggère que le gène a joué un rôle important dans l'augmentation de la taille et de la complexité du cerveau humain dans l'évolution.

Les scientifiques ont utilisé un éventail de technologies innovantes dans leurs recherches.

Roxane Van Heurck : "Nous avons découvert la fonction cruciale de CROCCP2 en étudiant le cerveau de souris en développement". Jérôme Bonnefont : "Grâce à la technologie des organoïdes, nous avons ensuite pu évaluer directement l'impact de CROCCP2 dans les cellules humaines. Cela a révélé un effet que nous n'aurions pas pu prédire ou observer autrement."

Lien avec les maladies neurologiques

L'équipe a en outre montré que le gène CROCCP2 agit en stiumulant une voie de signalisation majeure - la voie mTOR - essentielle à la croissance cellulaire et affectée dans les troubles humains tels que les troubles du spectre autistique et certaines tumeurs cérébrales. Cela suggère comment notre cerveau a développé une sensibilité à certaines maladies tout en devenant plus performant et plus complexe.

Pierre Vanderhaeghen : "Cette découverte explique certains des mystères entourant le développement et l'évolution du cerveau, avec des liens intéressants avec les maladies du cerveau humain. Nous avons lié CROCCP2 à la voie mTOR, qui est augmentée de manière unique dans les cellules souches du cerveau humain et étroitement liée aux troubles du spectre autistique et des tumeurs cérébrales spécifiques qui frappent principalement notre espèce. Notre travail contribue ainsi à une meilleure compréhension de ce qui rend le cerveau humain si distinct des autres espèces, y compris sa sensibilité potentielle à certaines maladies".