Qu'est-ce qui rend l'homme moderne unique ? Les comparaisons avec nos plus proches parents, les Néandertaliens, donnent donc des aperçus fascinants. On pense que l'une des principales explications de l'évolution de la cognition humaine a été l'augmentation de la taille du cerveau et de la production de neurones tout au long du développement du cerveau.
Les cerveaux de Néandertal avaient une taille similaire à celle des humains modernes, mais différaient par leur forme. Ce que nous ne pouvons pas dire à partir des fossiles, c'est comment les cerveaux de Néandertal auraient pu différer dans la fonction ou l'organisation des couches cérébrales, comme le néocortex.
Les scientifiques de Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) à Dresde ont maintenant analysé l'effet d'un seul changement d'acide aminé dans la protéine transketolase-like 1 (TKTL1) sur la production de glie radiale basale, les bêtes de somme qui génèrent une grande partie du néocortex . Ils ont découvert que la variante humaine moderne de la protéine TKTL1, qui ne diffère que par un seul acide aminé de la variante néandertalienne, augmente un type de cellules progénitrices du cerveau, appelée glie radiale basale, dans l'ère moderne. cerveau humain.
La majeure partie des neurones du néocortex en croissance, une zone du cerveau essentielle à de nombreuses fonctions cognitives, est produite par les cellules gliales radiales basales. Les scientifiques concluent que cette seule substitution d'acides aminés spécifique à l'homme dans TKTL1 sous-tend une production de neurones plus élevée dans le lobe frontal en développement du néocortex chez l'homme moderne que chez l'homme de Néandertal, car l'activité de TKTL1 est particulièrement élevée dans le lobe frontal du cerveau humain fœtal.
La dernière étude du groupe de recherche de Wieland Huttner, l'un des directeurs fondateurs de l'Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique (MPI-CBG) à Dresde, a été réalisée en collaboration avec Svante Pääbo, directeur de l'Institut Max Planck pour l'anthropologie évolutive à Leipzig, et Pauline Wimberger de l'hôpital universitaire de Dresde et leurs collègues.
Les scientifiques se sont principalement concentrés sur : la protéine transketolase-like 1 (TKTL1). Chez l'homme moderne, TKTL1 contient une arginine à la position de séquence en question, alors que Neandertal TKTL1 contient l'acide aminé apparenté lysine. Dans le néocortex humain fœtal, TKTL1 se trouve dans les cellules progénitrices néocorticales, les cellules dont dérivent tous les neurones corticaux. Notamment, le niveau de TKTL1 est le plus élevé dans les cellules progénitrices du lobe frontal.
Les scientifiques ont exploré l'importance de ce changement d'acide aminé pour le développement du néocortex. Ils ont introduit soit l'humain moderne, soit la variante néandertalienne de TKTL1 dans le néocortex d'embryons de souris.
Ils ont observé que les cellules gliales radiales basales, le type de progéniteurs néocorticaux considérés comme la force motrice d'un cerveau plus gros, augmentaient avec la variante humaine moderne de TKTL1 mais pas avec la variante néandertalienne. Par conséquent, les cerveaux des embryons de souris avec le TKTL1 humain moderne contenaient plus de neurones.
Les chercheurs ont ensuite examiné l'importance de ces effets pour le croissance du cerveau humain. Pour y parvenir, ils ont utilisé 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 les aspects du développement précoce du cerveau humain - pour remplacer l'arginine dans le TKTL1 humain moderne par la lysine caractéristique du Neandertal TKTL1.
Anneline Pinson a dit, «Nous avons constaté qu'avec le type d'acide aminé de Néandertal dans TKTL1, moins de cellules gliales radiales basales étaient produites qu'avec le type humain moderne et, par conséquent, également moins de neurones. Cela nous montre que même si nous ne savons pas combien de neurones le cerveau de Néandertal avait, nous pouvons supposer que les humains modernes ont plus de neurones dans le lobe frontal du cerveau, où l'activité TKTL1 est la plus élevée que les Néandertaliens.
Les scientifiques ont également découvert que le TKTL1 humain moderne agit par des changements métaboliques, stimulant spécifiquement la voie des pentoses phosphates suivie d'une synthèse accrue des acides gras. De cette manière, on pense que le TKTL1 humain moderne augmente la synthèse de lipides membranaires spécifiques nécessaires pour générer le long processus de cellules gliales radiales basales qui stimule leur prolifération et, par conséquent, augmente la production de neurones.
Wieland Huttner, qui a supervisé l'étude, a déclaré : « Cette étude implique que la production de neurones dans le néocortex au cours du développement fœtal est plus importante chez l'homme moderne qu'elle ne l'était chez l'homme de Néandertal, en particulier dans le lobe frontal. Il est tentant de supposer que cela a favorisé les capacités cognitives humaines modernes associées au lobe frontal.
Journal de référence:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et al. Le TKTL1 humain implique une plus grande neurogenèse dans le néocortex frontal des humains modernes que les Néandertaliens », Sciences. 09. Septembre 2022 DOI : 10.1126/science.abl6422
