C’est la grande nouvelle de la semaine : deux papiers paraissant simultanément dans Nature et Science contiennent les premiers résultats sur un séquençage (partiel pour l’instant) de Néandertal - voir références en fin de billet.

Avant de disserter sur les résultats du séquençage, soulignons tout d’abord la performance technique. Séquencer un ancien génome n’est pas un exercice très facile. Les cas de “contamination” sont fréquents, l’exemple le plus fameux étant le supposé ADN des insectes pris dans l’ambre qui s’est par la suite révélé être tout à fait moderne (ce qui ne nous a pas empêchés de fantasmer sur Jurassic Park). Le recueil de prélèvements ressemble maintenant à une opération chirurgicale, avec gants et combinaisons étanches. C’est d’autant plus difficile dans le cas présent qu’on s’attend légitimement à trouver beaucoup de points communs entre les ADN de sapiens et de Néandertal, donc il est difficile d’exclure des faux a posteriori. Les chercheurs ont notamment utilisé une nouvelle technique au nom barbare de “pyroséquençage” pour séquencer rapidement en parallèle afin d’avoir un maximum d’information pour vérifier les données.

Les résultats sont intéressants. L’équipe de Rubin (Noonan et al.) a séquencé 65000 bases, a trouvé 502 bases mutées à la fois chez sapiens et Néandertal (en comparant au chimpanzé comme outgroup), dont 27 sont spécifiques à sapiens. Green et al. ont analysé près d’un million de bases, ont trouvé 10167 bases différentes par rapport aux chimpanzés, dont 434 uniques à Sapiens. Sapiens et Néandertal partagent en fait 99.5% de leur génome.

Que nous dit maintenant ce séquençage sur une possible hybridation entre les deux espèces homo ? L’équipe de Green/Pääbo a comparé une bibliothèque d’allèles de sapiens (des SNPs, i.e. Single Nucleotide Polymorphism) à ceux de Néandertal. 30% de ces SNPs sont présents dans Néanderthal mais absents chez le chimpanzé. C’est beaucoup trop pour des espèces séparées par 500 000 ans d’évolution, et, même si on est encore loin d’avoir une preuve absolue, cela suggère effectivement que Sapiens et Néanderthal ont pu s’hybrider. Comme les chromosomes X des Néandertal ont l’air particulièrement divergents, l’hypothèse serait que des mâles sapiens ont pu avoir des enfants avec des femelles Néandertal. Qui sait, peut-être Eve (la dernière femelle dont nous descendons tous) était-elle une Néandertale …

PS : l’article de Lahn dont j’avais parlé dans un billet précédent à propos du gène microcephalin de sapiens pouvant venir de l’hybridation avec Néandertal et ayant été spécifiquement sélectionné vient de paraître sur le site web de PNAS.

Références :

Green et al., Nature 444, 330-336 (16 November 2006)
Noonan, J. P. et al. Science 314, 1113–1118 (2006).
Evans et al., PNAS, 2006 Nov 7; [Epub ahead of print]

Matthieu évoquait récemment sur son blog la fameuse théorie du gène égoïste de Dawkins. Alors, des gènes qui se servent de nous pour se reproduire, cela existe-t-il vraiment ?

Il se trouve que la nature a effectivement enfanté certains monstres, qui squattent sans vergogne notre génome. L’une de ces séquences génétiques s’appelle Alu. Cette séquence est un transposon, i.e. qu’il s’agit de séquences pouvant “sauter” et se reproduire d’une partie de l’ADN à l’autre (voir aussi ce billet). Alu lui-même est représenté plus d’un million de fois dans le génome humain, constituant plus de 10% de notre génome !!! Dans le genre parasite, on fait difficilement mieux à première vue…

A seconde vue, Alu présente des propriétés assez intéressante. Alu est tout d’abord spécifique aux primates. Ensuite, il se trouve qu’Alu est surreprésenté dans les séquences soumises à un épissage alternatif. Kesaco ? Le “dogme central de la biologie” stipule que l’information génétique sous forme d’ADN est d’abord transcrite sous forme d’ARN, puis traduite pour donner des protéines. L’ARN subit cependant un processus de maturation appelé “épissage”. En gros, certaines sous-séquences de l’ARN (appelées introns) sont proprement excisées de l’ARN messagers, et seuls les exons sont traduits pour donner la protéine. L’épissage alternatif est un processus qui permet de “sélectionner” les exons qui seront traduits. A partir d’une même séquence ARN, certains exons seront conservés dans certains ARN, d’autres rejetés, ce qui fait qu’un même gène donnera plusieurs protéines différentes à partir d’un seul pool d’ARN messagers (voir la jolie animation flash ici).

Alu donc est surreprésenté dans ces exons epissés alternativement. Il se trouve que quelques mutations ponctuelles et Alu est traduit ou exclu systématiquement. Du coup, il est très facile grâce à ce procédé de créer des nouvelles protéines en toute sécurité, à partir d’un même ARN messager. Typiquement, une partie des ARN seront traduits sans Alu (protéines lambda fonctionnelles), d’autres avec Alu (nouvelles protéines, avec de nouvelles séquences). Si les protéines avec Alu ne sont pas fonctionnelles, les protéines initiales sont là, donc pas de problème. En revanche, si les protéines avec Alu ont une fonction intéressante, la sélection naturelle agira pour conserver cette fonction et rendre l’épissage systématique. Ces séquences Alu permettent donc de créer de la variabilité génétique à coût nul, et sont potentiellement des outils très efficaces pour l’évolution, ce qui explique certainement pourquoi Alu est si présent dans notre génome. Alu est peut-être un gène égoïste, mais il semble avoir réussi à se rendre utile .

Références

Lev-Maor et al., Science.2003 May 23;300(5623):1288-91
Un article sur genome new network

Dans un billet précédent, j’avais évoqué certaines analyses génétiques montrant que l’homme moderne s’était peut-être hybridé avec une autre espèce humaine il y a environ 40 000 ans en Eurasie. Différents travaux récents laissent maintenant à penser que Néandertal et sapiens ont coexisté plus longtemps que prévu.

Finlayson et al. ont analysé dans un article de Nature les traces d’occupation humaine dans une grotte à Gibraltar. Ils ont en particulier retrouvé des outils moustériens, typiques de l’homme de Néandertal. Or, la datation des couches géologiques montre que ces outils ont été déposés il y a 28 000 ans, voire peut-être même 24 000 ans. Cela signifierait que Néandertal aurait pu survivre plus longtemps qu’on ne le pensait, et aurait pu par conséquent interagir davantage avec sapiens.

Cette date beaucoup plus récente éclaire d’un jour nouveau des découvertes précédentes. Il se trouve qu’un squelette d’enfant étrange avait été retrouvé à Lagar Velho au Portugal. Ce squelette avait des caractéristiques à la fois moderne et néandertalienne, si bien qu’il avait été proposé qu’il s’agissait en fait d’un hybride sapiens/néandertal. Le seul problème est que ce squelette date d’il y a 24 500 ans, et ne collait donc pas avec l’idée que Néandertal avait disparu il y a 40 000 ans. Si la datation de Finlayson et al. était confirmée, cela renforcerait donc considérablement l’hypothèse de l’hybridation entre les deux espèces humaines !

Références :

Finlayson, C. et al. Nature 443, 850–853 (2006).
L’article décrivant le squelette hybride : Duarte, C. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 96, 7604–7609 (1999).

L’évolution de l’homme est un sujet fascinant et très chaud actuellement. Bruce Lahn et son équipe à l’université de Chicago ont choisi de s’attaquer à la comparaison de l’homme avec les autres espèces en se focalisant sur l’organe le plus spécifiquement humain : notre cerveau.

L’idée de base est assez simple : on connaît beaucoup de gènes impliqués soit dans le développement du cerveau, soit dans les processus neurologiques. Peut-on étudier spécifiquement l’évolution de ces gènes dans la lignée humaine en comparaison des autres lignées ? Les méthodes d’études sont relativement standards : on compare les séquences génétiques de ces gènes bien connus entre l’homme, le macaque, les souris, les rats, les oiseaux, les félins… et on regarde comment les séquences divergent en comparaison de séquences témoins, les “house-keeping” genes (i.e. les gènes standards communs à toutes les espèces veillant au bon fonctionnement cellulaire).

Premièr résultat : les gènes impliqués dans le développement du système nerveux ont évolué beaucoup plus vite dans la lignée humaine que dans les autres lignées animales. L’évolution ne concerne pas seulement les régulations génétiques : elle concerne aussi les séquences mêmes. Autrement dit, les protéines sont plus complexes chez l’homme que chez les autres animaux, ce qui est assez surprenant quand on sait que les gènes du développement sont en général plutôt conservés.

Lahn et son équipe ont alors regardé plus spécifiquement l’évolution de gènes ayant assez fortement divergé. Microcephalin en particulier est un gène qui régule la taille du cerveau. L’étude de ce gène est tout à fait fascinante : non seulement les allèles humains sont très différents des allèles des autres animaux, mais à l’intérieur de la population humaine même, les humains n’ont pas tous le même allèle. Un haplotype particulier domine dans la population mondiale, à 70 %. A l’image du chromosome Y de Genghis Khan, les données concernant cet haplotype suggèrent qu’il a été spécifiquement sélectionné. Le plus étonnant, est que toute la population humaine ne possède pas encore cet haplotype : cela signifie que pour cet allèle, le processus de sélection naturelle est encore en cours. Autrement dit, le cerveau humain est en ce moment même en train d’évoluer.

Autre fait très surprenant : les données montrent que cet haplotype est apparu dans la population humaine il y a 40 000 ans. Pourtant, quand on regarde les arbres phylogénétiques, on s’aperçoit que l’haplotype sélectionné est assez différent des haplotypes similaires dans la lignée humaine : il a divergé il y a un million d’années. Comment donc cet haplotype a pu apparaître chez homo sapiens après avoir évolué indépendamment pendant 1 million d’années ? La seule explication est que sapiens a dû alors se reproduire avec une autre espèce (humaine), possédant cet haplotype particulier, ce qui a ensuite donné un avantage sélectif décisif aux individus hybrides si bien que nous descendons tous aujourd’hui de ceux-ci. Il y a justement 40 000 ans disparaissait Néanderthal, et ces données suggèrent donc que celui-ci aurait pu nous léguer avant son extinction un héritage inestimable : un cerveau plus adapté…

Références :

Microcephalin, a Gene Regulating Brain Size, Continues to Evolve Adaptively in Humans, Evans et al., Science 9 September 2005, Vol. 309. no. 5741

Un article du New York Times où Lahn évoque (très brièvement) cette hypothèse novatrice, l’article scientifique est sous presse…

Nature publie dans son numéro daté du 21 Septembre un article intéressant suggérant des liens entre deux “épidémies” des temps modernes : le manque de sommeil et l’obésité.

Quelques chiffres pour commencer. Le constat est connu et a été relayé par les médias ces derniers temps : un milliard d’êtres humains (dont deux tiers des américains) présentent un sur-poids (i.e. un indice de masse corporel supérieur à 25 kg.m^(-2) - pour calculer votre indice personnel, prenez votre poids et divisez-le par votre taille en mètre au carré.). Côté dodo, un américain moyen dormait entre huit et neuf heures dans les années soixante, contre moins de sept aujourd’hui. Or, très récemment, on s’est aperçu qu’il y a corrélation entre manque de sommeil et obésité : une étude montre que dormir seulement cinq heures par nuit augmente vos chances de devenir obèse de 60 % !

Cependant, corrélation n’implique pas relation de cause à effet. On peut en effet arguer du fait que les personnes obèses dorment moins bien du fait de leur surpoids par exemple. D’où la nécessité de faire des études plus précises, notamment sur des modèles animaux. En fait, dans un premier temps, certaines études non concluantes ont été effectuées sur les souris. Celles-ci étaient maintenues éveillées artificiellement, mais ne présentaient pas de surpoids évident. Les chercheurs ont alors réalisé que leurs méthodes de réveil des souris étaient un peu trop violentes (certaines souris étaient plongées dans l’eau par exemple) : les animaux, trop stressés, ne grossissaient pas !
Heureusement (pour les biologistes) existent des mutants animaux tout à fait adaptés à cette étude, ayant naturellement un rythme circadien perturbé. L’horloge circadienne est un cycle naturel qui vous donne votre rythme biologique interne, celui qui vous donne faim à midi, vous donne un bon coup de barre le soir et vous réveille naturellement le matin si vous oubliez de brancher le réveil. Ce rythme est “codé” par l’intermédiaire d’un oscillateur génétique, présent dans toutes nos cellules, et coordonné au niveau d’un groupe de neurones (le noyau suprachiasmatique) situé dans votre cerveau. Les horloges circadiennes des mammifères sont bien connues : plusieurs mutations génétiques sont répertoriées et il existe même des animaux arythmiques. Chez de tels animaux, rien ne va plus : incapables d’acquérir un rythme de sommeil régulier, les souris atteintes deviennent alors effectivement obèses en quelques semaines, avec toutes les pathologies associées (diabète, cholestérol…).

Qu’en est-il chez l’homme ? Dans une autre étude, on a demandé à de jeunes “cobayes” de ne dormir que quatre heures par nuit pendant deux nuits, puis on a mesuré les niveaux d’hormones dans le sang de ces patients. Les résultats sont édifiants : la leptine, hormone de la satiété, chute de près de 20 % tandis que la ghreline, hormone de la faim, grimpe de près de 30 %. Du coup, les patients avaient très faims à l’issue de ces expériences et confiaient vouloir se jeter sur des aliments riches en sucres !

Le lien entre sommeil et appétit semble donc se confirmer, et des études sont en cours pour regarder l’impact de cures de sommeil sur le poids. La moralité de tout cela, c’est que la prochaine fois que vous voudrez faire un régime, commencez déjà par faire une bonne cure de sommeil : c’est sûrement moins désagréable que de se serrer la ceinture !