Les virus sont peut-être minuscules, mais l’un d’entre eux aurait pu influencer des différences majeures entre le cerveau humain et celui des chimpanzés.
Il y a des millions d'années, un virus a laissé de l'ADN dans le génome d'un singe africain, et le matériel génétique est resté chez les chimpanzés des temps modernes. Ces fantômes d'infections passées semblent influencer les gènes impliqués dans le développement des neurones, ce qui pourrait aider à expliquer pourquoi les cerveaux humains et chimpanzés sont devenus si différents, rapportent des chercheurs le 23 octobre dans Avancées scientifiques.
Comparé à celui des chimpanzés, le cerveau humain est trois fois plus grand et plus puissant sur le plan cognitif. Pourtant, « la plupart de leurs gènes producteurs de protéines sont très similaires », explique Johan Jakobsson, neuroscientifique à l'Université de Lund en Suède. En l’absence de grandes différences dans le code génétique, Jakobsson et ses collègues ont décidé d’examiner les parties du génome humain et du chimpanzé qui contrôlent quand et où les gènes sont activés ou désactivés.
Les changements dans la régulation génétique peuvent provenir de virus. Certains virus appelés rétrovirus insèrent leur propre ADN dans le génome de leurs hôtes pour ordonner aux cellules hôtes de produire davantage de virus. Mais ces morceaux d’ADN parasites peuvent persister longtemps après une infection. Si cela se produit dans les cellules reproductrices, l'ADN viral est transmis avec l'ADN de l'hôte.
Ces éléments restants, appelés rétrovirus endogènes, ne codent plus pour la production de virus infectieux, mais ils peuvent avoir un impact important sur la biologie de l'hôte, surtout s'ils se copient à travers le génome. Et ils l’ont fait. Ces restes viraux représentent au moins 8 pour cent du génome des humains et des chimpanzés. Plus généralement, ces restes d’ADN ont été associés à certains événements évolutifs majeurs, tels que l’évolution du placenta des mammifères.
Jakobsson et ses collègues se sont concentrés sur un vestige viral particulier chez les chimpanzés. Les vestiges proviennent d’une infection chez un singe africain ancestral il y a entre 5 et 7 millions d’années. Chez les chimpanzés, l’ADN viral s’est inséré dans le génome à 158 endroits différents. Or, il est curieusement absent chez l’homme. On ne sait toujours pas pourquoi.
Les chercheurs voulaient savoir comment cette empreinte pathogène exacte pourrait affecter le cerveau des chimpanzés par rapport à celui des humains. En travaillant avec des cellules souches de chimpanzés, ils ont éliminé l’ADN viral à l’aide de CRISPR, une technologie d’édition génétique qui permet des coupes précises et ciblées de l’ADN. Une fois l'ADN viral disparu, un gène voisin appelé LINC00662 – normalement réduit au silence chez les chimpanzés – s’est activé, produisant ainsi un ARN que l’équipe pouvait détecter. Cela correspond à l'état normal des cellules du cerveau humain, dans lequel LINC00662 est actif. L'équipe a également utilisé CRISPR pour arrêter LINC00662 dans les cellules humaines, correspondant à l'état de silence observé chez les chimpanzés.
Quand LINC00662 était actif dans les cellules de chimpanzé ou humaines, les chercheurs ont remarqué une augmentation de l'activité d'autres gènes qui peuvent être importants pour le développement du cerveau, tels que les gènes impliqués dans le développement et la maturation des neurones et dans l'établissement de nouvelles connexions neuronales. On ne sait pas encore exactement comment l’arrêt de ce réseau de gènes cérébraux par l’ADN viral a affecté la biologie du cerveau des chimpanzés. Cependant, cette différence génétique pourrait avoir contribué à une divergence dans la façon dont les cerveaux des humains et des chimpanzés ont évolué, explique Jakobsson. « Nos découvertes montrent une façon dont un ancien virus viral [DNA] « L'insertion pourrait créer une différence durable dans la façon dont un gène est régulé chez les humains et les chimpanzés », explique Jakobsson. D'autres changements génétiques et environnementaux pourraient également être impliqués dans le puzzle, dit-il.
Les chercheurs se sont déjà penchés sur les échanges d’une seule lettre dans l’ADN pour expliquer comment les cerveaux des humains et des chimpanzés se sont séparés au cours de leur évolution. Mais la nouvelle étude souligne que les créatures peuvent subir des modifications du génome d'autres manières, explique Giorgia Modenini, biologiste évolutionniste à l'Université de Padoue en Italie, qui n'a pas participé à cette recherche.
Les chercheurs font un travail convaincant en montrant que ces restes viraux particuliers influencent les différences de développement entre les neurones humains et ceux des chimpanzés, explique Ravinder Kanda, généticien évolutionniste à l'Université Oxford Brookes à Oxford, en Angleterre. « Ils l'ont prouvé de manière absolue. Jusqu'où cela va, je ne pense pas que nous puissions encore le dire. »
Il se pourrait que d'autres contrôles sur l'activité des gènes soient également impliqués ou que cet ancien levier particulier ne représente qu'un fragment des vestiges viraux qui ont façonné le développement du cerveau, dit Kanda. « Je pense qu'il reste encore beaucoup plus de rétrovirus à découvrir, et pour le moment, nous n'avons touché que la pointe de l'iceberg. »