Comprendre nos 'cousins' les chimpanzés. La génétique des chimpanzés pourrait faire la lumière sur les maladies humaines

Photo credit: Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology Full size image available through contact

Une équipe de recherche internationale démontre l'existence de différences sensibles entre la structure de l'expression génique du cerveau humain et celle du cerveau du chimpanzé, une distinction qui n'apparaît pas dans les autres parties du corps telles que le foie et les globules blancs.

L'étude qui a paru dans le numéro du 11 avril de la revue Science publiée par l'American Association for the Advancement of Science, pourrait tirer au clair la raison pour laquelle le chimpanzé et l'être humain se ressemblent tant sur le plan génétique-ces deux espèces partageant 98,7 % de leur séquence d'ADN-alors qu'ils sont si différents du point de vue mental et physique.

La clarification de ces différences pourrait également aider les scientifiques à mieux comprendre les bases génétiques de certains traits médicaux tels que la prédisposition au SIDA, au paludisme et à la maladie d'Alzheimer, déclarent les chercheurs de Science, dirigés par Svante Pääbo du Max-Planck-Institute of Evolutionary Anthropology à Leipzig, en Allemagne.

Selon le rapport publié, les différences entre l'être humain et son plus proche parent sont d'ordre quantitatif plutôt que qualitatif. En effet, les deux espèces se distinguent l'une de l'autre par des écarts dans le nombre de gènes et l'expression génique, plutôt que dans la structure des gènes ou les protéines proprement dites. Le modèle général suggère que le cerveau humain aurait connu des changements évolutifs précipités.

Pääbo et ces collègues ont découvert ces différences en utilisant des fragments géniques porteurs d'ADN humain en quantité infime, représentant environ 18.000 gènes. L'interaction entre les fragments d'ADN et le matériau génétique purifié provenant de tissus cérébraux et hépatiques prélevés chez des êtres humains, des chimpanzés et des macaques a permis aux chercheurs de mesurer les niveaux d'expression génique dans chacune des espèces.

Il s'est avéré que l'expression génique est un mécanisme qui est très dépendant de l'individu, et que certains êtres humains sont plus proches des chimpanzés que d'autres sur le plan des modèles d'expression globale. Cependant, lorsque les chercheurs ont essayé d'interpréter les données pour chaque espèce, ils ont découvert un modèle intriguant.

Pour les tissus sanguins et hépatiques, les niveaux d'expression génique de l'homme ressemblaient plus à ceux du chimpanzé qu'à ceux du macaque. Les différences relevées dans le modèle d'expression génique du macaque semblent être apparues environ à la même vitesse chez les humains et les chimpanzés, ce à quoi on pouvait s'attendre compte tenu des similarités dans l'évolution de ces deux espèces.

Mais les tissus cérébraux révèlent autre chose : cette fois-ci, les modèles d'expression génique du chimpanzé et du macaque se ressemblaient beaucoup plus entre eux que comparé au modèle humain. Les données suggèrent que les humains auraient accéléré la vitesse des changements de l'expression génique de leur cerveau et accumulé des écarts à une vitesse au moins cinq fois plus rapide que les chimpanzés, ce qui leur a permis de devancer leur plus proche cousin, expliquent les chercheurs de Science.

Les scientifiques ont observé une tendance similaire lorsqu'ils sont allés au-delà des gènes pour examiner les différences des niveaux de protéines dans le cerveau. Une fois de plus, Pääbo et ses collègues ont découvert une différence importante dans les niveaux d'expression protidique entre l'homme et le chimpanzé, renforçant l'idée que le cerveau humain a subi un changement évolutif accéléré.

Pour déterminer si les différences entre l'être humain et le chimpanzé étaient communes chez les espèces voisines, les chercheurs ont analysé l'expression génique et protidique chez deux espèces de souris génétiquement semblables au même titre que les humains ressemblent aux chimpanzés. Ils ont trouvé moins de différences dans les niveaux d'expression chez la souris, ce qui renforce l'idée selon laquelle la différence entre l'homme et le chimpanzé marque un événement évolutif particulier.

Mais si cette transformation est notoire, quels sont les gènes ou les protéines spécifiques qui en sont responsables ? Les chercheurs ne savent pas si les niveaux d'expression amplifiés du cerveau humain sont également présents dans d'autres gènes ou si les changements de quelques gènes ou de quelques familles de gènes sont responsables de l'énorme différence entre l'homme et le chimpanzé. L'équipe tente aujourd'hui de recueillir des données supplémentaires pour voir si certains gènes ont été modifiés "d'une manière particulièrement suivie et prépondérante au cours de l'évolution humaine récente", explique Pääbo.

Les auteurs de l'étude de Science tentent également de trouver les raisons fondamentales pouvant expliquer les différences d'expression génique et protidique dans le cerveau humain. Selon Pääbo, la duplication et la suppression des gènes, les changements dans les protéines qui déclenchent l'expression génique et les différences dans la structure cellulaire des tissus cérébraux peuvent tous porter une part de responsabilité.

« Je pense que les duplications et les suppressions de gènes sont susceptibles de nous aider beaucoup dans nos recherches », déclare Pääbo, en ajoutant que les comparaisons entre le génome humain et le génome du chimpanzé une fois complétées pourraient faciliter la résolution du problème.

Les autres membres de l'équipe de recherche comprennent : Wolfgang Enard, Sebastian Zöllner, Florian Heissig et Philipp Khaitovich du Max-Planck-Institute for Evolutionary Anthropology à Leipzig, Joachim Klose de l'Institut fuer Humangenetik Charité à Berlin, en Allemagne, Patrick Giavalisco du Max-Planck-Institute for Molecular Genetics à Berlin, Kay Nieselt-Struwe du Max-Planck-Institute of Biophysical Chemistry, à Göttingen, en Allemagne, Elaine Muchmore et Ajit Varki de l'University of California San Diego à La Jolla, Rivka Ravid du The Netherlands Brain Bank à Amsterdam, et Gaby M. Doxiadis et Ronald E. Bontrop du Biomedical Primate Researcher Centre de Rijswijkm, aux Pays-Bas.

Ce chercheur a été subventionné en partie par le Bundesministerium für Bildung und Forschung et le Max Planck Gesellschaft.