Vitesse d’évolution des gènes du cerveau : surprise !

Posté par Timothée le 2 Jan 2007 dans , , 9 commentaires

De manière générale, on peut relier l’évolution d’un phénotype (le caractère présenté) à celle du génotype. Cette correspondance s’applique aussi pour la vitessed’évolution. Chez l’homme, l’organe qui a évolué le plus rapidement est le cerveau. On s’attend donc à ce que les gènes exprimés dans le cerveau aient eu une évolution aussi rapide. Une étude de Wang et coll., qui paraîtra dans le PLoS de février, apporte des nuances à nos belles certitudes.

En comparant l’évolution des gènes exprimés dans le cerveau à celle des housekeeping genes[1], l’équipe de Wang a mis en évidence que leur évolution était très lente chez les mammifères. Ce qui est en contradiction apparente avec notre idée de départ.

L’équipe de Wang a donc mis en place des tests entre différentes espèces (Souris vs. Singe africain vs. Homme, et Singe africain vs. Chimpanzé vs. Homme), pour affiner la compréhension du phénomène. Ce qui ressort de ces tests est assez surprenant (que dis-je, émerveillant!). L’évolution est de plus en plus rapide au cours de l’évolution, sur l’ensemble du génome. En clair, notre évolution, au niveau moléculaire, est plus rapide que celle de la souris.

En revanche, pour les gènes exprimés dans le cerveau, cette vitesse d’évolution est au mieux égale, souvent inférieure à la moyenne génomique. Et même dans les gènes exprimés dans le cerveau, il y a des différences. Tout d’abord, les gènes cerveau-spécifiques ont une évolution plus lente que les gènes exprimés dans le cerveau, et dans d’autres tissus (comme le rein, par exemple). Mais les gènes dont le produit est impliqué dans le transport des électrons ont eu une évolution inhabituellement rapide.

Autre trouvaille : à l’intérieur du gène, les éléments n’évoluent pas à la même vitesse. Alors que les séquences codantes évoluent lentement, les séquences régulatrices (c’est à dire celles qui vont déterminer quel gène sera exprimé, ou et quand, en présence ou en absence de quoi, etc…) ont eu une évolution rapide. Alors, notre cerveau, une super machine de guerre pleine de choses compliquées, ou des éléments simples agencés de manière élégante (je vous laisse deviner ma solution préférée…)

Et pour finir, puisque nous en sommes rendus à parler de cerveau, pourquoi ne pas lire le billet de Matthieu sur le libre-arbitre?

S’il vous reste un peu de temps, consacrez le sans hésiter à la lecture de l’essai Balancing Robustness and Evolvability, de Lenski, Barrik et Ofria. Trois petites pages, et c’est bien écrit, vous auriez tort de vous en priver!

PS: Mon inactivité bloguesque du moment a été corrélée de manière significative à deux choses : (1) la proximité temporelle de partiels et (2) la hauteur de la pile (virtuelle) d’articles dans mon disque dur. Ah, et tant que j’y suis… Bonne année à tous!

 

Notes

[1] Les gènes dits de ménage sont ceux qui tiennent la maison, et qui sont exprimés dans toutes les cellules, indépendamment des conditions. Par exemple, les composants du cytosquelette

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9 commentaires

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  1. Intéressant… Mais quelle différence fais-tu entre les “gènes cerveau-spécifiques” et les “gènes exprimés dans le cerveau” (4e paragraphe) ?

  2. Les gènes cerveau-spécifiques ne sont exprimés que dans le cerveau, alors que les autres sont exprimés dans le cerveau et ailleurs (dans les tissus nerveux principalement).

  3. rvsm test equipment

    J’ai un peu de mal à y voir clair, j’aurais bien aimé que tu précises un peu les interprétations que l’on peut, avec les pincettes de rigueur, en tirer. déjà, le fait que l’évolution accélère me semble un peu contradictoire avec ce que l’on pourrait supposer de l’amélioration des gènes chargés de la régulation. y’a-t-il un paradoxe ? Ensuite, si le cerveau est compris comme un avantage évolutif énorme, il n’est pas étonnant que les gènes impliqués dans le transport d’électrons aient vite muté, l’avantage étant sensible.par contre, comment expliquer le ralentissement pour les autres gènes ? ils sont trop sensibles et les mutations sont plus souvent défavorables ? Et là ou je suis encore plus perdu, c’est sur les différences entre types de séquence : comment interpreter ca ? j’ai du mal à le relier à ta question “Alors, notre cerveau, une super machine de guerre pleine de choses compliquées, ou des éléments simples agencés de manière élégante (je vous laisse deviner ma solution préférée…)”

  4. J’ai un peu de mal à y voir clair, j’aurais bien aimé que tu précises un peu les interprétations que l’on peut, avec les pincettes de rigueur, en tirer. déjà, le fait que l’évolution accélère me semble un peu contradictoire avec ce que l’on pourrait supposer de l’amélioration des gènes chargés de la régulation. y’a-t-il un paradoxe ? Ensuite, si le cerveau est compris comme un avantage évolutif énorme, il n’est pas étonnant que les gènes impliqués dans le transport d’électrons aient vite muté, l’avantage étant sensible.par contre, comment expliquer le ralentissement pour les autres gènes ? ils sont trop sensibles et les mutations sont plus souvent défavorables ? Et là ou je suis encore plus perdu, c’est sur les différences entre types de séquence : comment interpreter ca ? j’ai du mal à le relier à ta question “Alors, notre cerveau, une super machine de guerre pleine de choses compliquées, ou des éléments simples agencés de manière élégante (je vous laisse deviner ma solution préférée…)”

  5. Le Doc’ > OK, merci, c’est bien ce que je m’étais dit…

  6. Bien d’accord, cet article est en effet passionnant… Il y a un truc que je n’ai pas lu (mais peut-être ai-je mal lu), c’est ce qui concerne les régions non codantes: je crois que les auteurs n’ont étudié que (et c’est déjà énorme) des régions codantes du génome. Et leur hypothèse pour expliquer l’évolution phénotypique rapide, alors que les régions codantes évolueraient lentement est celle d’une évolution rapide des séquences non codantes ou régulatrices. Un “contenu” à peu près identique, mais des relations entre ses éléments plus complexes. Ils ne l’ont pas démontrée, je crois. L’évolution lente des gènes exprimés dans le cerveau serait dû au fait qu’ étant donnée la complexité du système, la moindre modification protéïque pourrait être très délétère. Quoi qu’il en soit, on entend en effet de plus en plus parler de ces séquences non codantes, c’est sûr.

  7. @Matthieu, seven a deja largement répondu a tes doutes je pense. Mon opinion, d’un point de vue évolutif, est qu’une mutation dans la séquence du gène est potentiellement délétère, vu la complexité de l’organe et son rôle primordial. Par contre, de petites modifications dans les séquences régulatrices permettent d’affiner l’efficacité du système, sans trop modifier les pièces principales (c’est assez flagrant avec les sous-unités des récepteurs et des canaux, qui ont des motifs d’expression très intéressants).

    Il n’y a peut-être, finalement, pas de ralentissement de l’évolution, mais plutôt une désélection plus importante des µ° touchant la séquence protéique. D’ou ma question : plutôt que de créer de nouvelles séquences, et de rajouter des éléments, l’évolution a favorisé les mutations qui aidaient à mieux rentabiliser des éléments deja existants (comme souvent, la solution la plus simple!).

    Une phrase des résultats qui m’incite a favoriser encore cette hypothèse : In summary, calibrated against the genomic average, brain-expressed genes in humans have evolved somewhat more slowly than those in other primates. This difference appears to be more pronounced among the more conservative genes. Comme si, au cours du temps, on avait progressivement désélectionné les µ° touchant les séquences protéiques, et favorisé celles des séquences régulatrices. C’est un peu finaliste, mais le mécanisme ne doit pas être loin.

    Comme le disait Seven, cette augmentation de la vitesse d’évolution est une hypothèse (j’ai fait une lecture un peu rapide de l’article, mea culpa). Mais je suis persuadé que les séquences régulatrices peuvent nous apprendre des choses sur l’évolution.

    Dans ma hâte a rédiger l’article, j’ai oublié de mettre les références…
    Rate of Evolution in Brain-Expressed Genes in Humans and Other Primates
    Wang et al.
    PLoS Biol 5(2)

  8. Ok, vos explications rejoignent ce que je m’imaginais…

  9. […] Le travail du génomiste consiste alors à déterminer « qui » sont ces 22% de gènes. Et de ce point de vue, les résultats de Prachumwat et Li sont particulièrement intéressants. La majorité de ces gènes (plus de 50%) sont des singletons, autrement dit des gènes qui la jouent solo, sans appartenir à une famille ; ces singletons représentent à peine 25% des gènes communs. Et les protéines codées par nos gènes propres ont tendance à évoluer plus vite que celles codées par celles que nous partageons avec les invertébrés (de telles différences dans la vitesse d’évolution existent aussi entre les gènes chez les vertébrés, j’en avais déjà parlé pour les gènes “cerveau-spécifique”). […]

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