13/09/2022. Une raison pouvant expliquer les différences entre Néandertaliens et Sapiens

L’Homme de Néandertal a vécu entre 250.000 et 28.000 ans avant notre ère. Omnivore, il a développé de nombreux outils pour la capture et le dépeçage du gibier. Pour sa part,lLe plus ancien Homo sapiens connu jusqu’à présent a été découvert dans le gisement d’Omo Kibish (Ethiopie) daté de  195 000 ans. Il aurait migré largement pour finalement occuper tous les continents. Son représentant européen le plus connu est l’Homme de Cro-Magnon. Même si quelques paléoanthropologues le contestent encore, il est aujourd’hui admis qu’Homo neanderthalensis était une espèce distincte d’Homo sapiens, mais aussi qu’elle était suffisamment proche de nous pour que ses représentants aient échangé leurs gènes avec certains des ancêtres.

Ainsi l’Homme de Néandertal et l’Homo sapiens ont coexisté plus de 100.000 ans. Les paléoanthropologues recherchent depuis longtemps la raison de la disparition du Néandertalien en tant qu’espèce distincte. Aujourd’hui l’homme moderne peut comporter dans son génome quelques gènes issus du néandertal, ce qui laisse penser que certains d’entre eux aient pu se métisser.

Qu’est-ce qui rend les humains modernes uniques ? La réponse se trouve en partie dans le lobe frontal du néocortex  d’après une étude parue dans Science et référencée ci-dessous. Certes, le volume endocrânien des humains modernes et des Néandertaliens n’était pas différent, ce qui suggère une taille similaire du cerveau et du néocortx . Mais on ignorait jusqu’à présent si une taille identique du néocortex entrainait des différences dans la séquence de leurs acides aminés C’est pourtant le cas de TKTL1, qui ne diffère que d’un seul acide aminé de la variante néandertalienne. Des chercheurs de l’Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique de Dresde (Allemagne) ont trouvé que cette protéine augmentait le nombre d’ un type de cellules du cerveau, appelées cellules gliales radiales basales, qui génèrent la majorité des neurones dans le néocortex en développement.

NB Les cellules glialesse situent dans le système nerveux. Elles entourent les neurones et participent au contrôle de l’environnement chimique et électrique en leur fournissant des nutriments et en éliminant leurs déchets.Les cellules neuroépithéliales, ou cellules neuroectodermiques, sont les cellules formant la paroi du tube neural fermé au début du développement embryonnaire. Les cellules neuroépithéliales s’étendent sur l’épaisseur de la paroi du tube, se connectant à la surface piale et à la surface ventriculaire ou luminale. Ils sont reliés à la lumière du tube par des complexes jonctionnels, où ils forment une couche d’ épithélium pseudostratifiée appelée neuroépithélium .

Les cellules neuroépithéliales sont les cellules souches neurales du système nerveux central. Elle génèrent des cellules progénitrices intermédiaires appelées cellules gliales radiales, qui se différencient à leur tour en neurones et en cellules gliales au cours de la neurogenèse

Davantage de neurones formés avec la variante humaine moderne de TKTL1

Ensuite, les auteurs de l’étude ont voulu connaître la signification de cette modification d’acide aminé pour le développement du néocortex. Ils ont introduit la variante humaine moderne ainsi que la variante néandertalienne de TKTL1 dans le néocortex d’embryons de souris. Il leur est apparu que les cellules gliales radiales basales augmentaient avec la variante humaine moderne de TKTL1, mais pas avec la variante de Néandertal Ainsi, le cerveau des embryons de souris présentant la variante humaine moderne de TKTL1 contenait davantage de neurones.

Afin de savoir si ces mêmes effets étaient retrouvés pour le développement du cerveau  humain, les chercheurs ont utilisé des organoïdes de cerveau humain – des structures miniatures imitant la structure et les fonctions principales du cerveau et cultivées en laboratoire à partir de cellules souches humaines. Ils ont ainsi remplacé l’arginine de la TKTL1 de l’Homme moderne par la lysine de la TKTL1 de Néandertal et ils ont trouvé qu’un nombre moindre de cellules gliales radiales basales étaient produites et, par conséquent, également moins de neurones.

En fait, la TKTL1 de l’humain moderne augmente la synthèse de certains lipides membranaires, lesquels sont nécessaires pour générer le long processus des cellules gliales radiales basales, et donc pour augmenter la production de neurones.

Si l’étude implique que la neurogenèse néocorticale chez les humains modernes est plus importante que chez les Néandertaliens (en particulier dans le lobe frontal), les auteurs estiment que cela a peut-être favorisé les capacités cognitive de l’Homme moderne associées au lobe frontal. Ainsi, l’évolution génétique de notre espèce a probablement contribué au développement du langage et de la coordination motrice volontaire.

La question habituelle reste posée. La mutation est-elle survenue au hasard chez les néandertaliens, ou a-t-elle résulté d’une pression sélective spécifique affectant certains d’entre eux ?

Référence

Human TKTL1 implies greater neurogenesis in frontal neocortex of modern humans than Neanderthals

SCIENCE

9 Sep 2022

Vol 377, Issue 6611

DOI: 10.1126/science.abl6422

3 811

Neanderthal brain development

Neanderthal brains were similar in size to those of modern humans but differed in shape. What we cannot tell from fossils is how Neanderthal brains might have differed in function or organization of brain layers such as the neocortex. Pinson et al. have now analyzed the effect of a single amino acid change in the transketolase-like 1 (TKTL1) protein on production of basal radial glia, the workhorses that generate much of the neocortex (see the Perspective by Malgrange and Nguyen). Modern humans differ from apes and Neanderthals by this single amino acid change. When placed in organoids or overexpressed in nonhuman brains, the human variant of TKTL1 drove more generation of neuroprogenitors than did the archaic variant. The authors suggest that the modern human has more neocortex to work with than the ancient Neanderthal did. —PJH

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