Un nouveau pas a été franchi dans la compréhension de la sélection naturelle. Des chercheurs du CNRS, travaillant à l’Institut de biologie de l’Ecole normale supérieure (CNRS/ENS/Inserm), viennent de montrer que l’homme et certains de ses cousins primates partagent une « boîte à outil » génétique commune, c’est-à-dire un jeu de gènes sur lesquels la sélection naturelle a eu souvent tendance à agir au cours des derniers 200 000 ans. Cette étude permet aussi d’isoler un groupe de gènes qui nous distingue de nos cousins les grands singes. Elle est publiée dans la revue PloS Genetics (édition du 26 février 2010).

© Inserm, B. Jordan L’ADN est une longue suite de 3 milliards de « lettres », qui sont quatre petites molécules : l’adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C). Nos gènes sont l’équivalent de mots, écrits, dans toutes les espèces vivantes, à partir de ces quatre lettres.

Les chercheurs de l’équipe Dynamique et organisation des génomes, à l’Institut de biologie de l’Ecole normale supérieure (CNRS/ENS/Inserm) ont étudié le génome de l’homme et de trois autres primates (chimpanzé, orang-outan et le macaque) grâce à des outils bioinformatiques. Leur travail a consisté à comparer ces génomes entiers pour identifier les gènes sélectionnés au cours des derniers 200 000 ans dans chaque espèce. Résultat : quelques centaines de gènes ont été récemment sélectionnés chez chacune de ces espèces. Parmi eux, environ 100 gènes détectés chez l’homme sont partagés par deux des trois autres espèces, soit deux fois plus qu’attendu du simple fait du hasard (1).

Ainsi, une proportion non négligeable de gènes impliqués dans l’adaptation chez l’homme l’a aussi été chez le chimpanzé, l’orang¬outan ou le macaque, et parfois dans plusieurs lignées à la fois. La sélection naturelle n’agit pas seulement en éloignant les différentes espèces les unes des autres à mesure que de nouveaux caractères apparaissent. Elle peut aussi faire apparaître un même caractère chez des espèces ayant déjà divergé les unes des autres (2), mais ayant un génome encore assez proche, en agissant sur le même gène.

Cette étude permet aussi de mieux cerner le groupe de gènes spécifiquement mis en jeu au cours de l’évolution chez l’homme (pendant les derniers 200 000 ans), puisque l’on sait maintenant lesquels n’ont été sélectionnés dans aucune autre lignée de primates. C’est le cas déjà bien connu, et que cette étude confirme, du gène de la lactase, qui permet de métaboliser le lactose du lait à l’âge adulte (avantage certain avec l’apparition de l’agriculture et de l’élevage). Les chercheurs ont également identifié un groupe de gènes impliqués dans certaines fonctions neurologiques et dans le développement des muscles et du squelette.

Le niveau de variabilité comme indicateur de la sélection

Jusqu’à présent, l’identification des gènes sélectionnés nécessitait de travailler sur les génomes de plusieurs dizaines d’individus suivant des méthodes statistiques. Elle n’avait été réalisée que chez l’homme. Les chercheurs ont mis au point une méthode ne nécessitant de disposer du génome que d’un seul individu. Elle est fondée sur la recherche des régions du génome très pauvres en polymorphisme allélique. Explications : chaque gène est présent dans le génome en deux exemplaires, que l’on appelle allèles (un sur chaque chromosome) et qui ne sont pas parfaitement identiques : il existe un certain polymorphisme. Lorsqu’une mutation avantageuse se produit et qu’elle se répand dans toute la population, le génome de chaque individu devient identique dans la région entourant le gène concerné. Le polymorphisme est alors très faible (3): une mutation avantageuse a été sélectionnée au détriment de la variabilité locale du génome.

Reste à déterminer, à l’aide d’un plus grand nombre de génomes de primates, l’étendue de ce phénomène en termes de gènes et de fonctions biologiques. En incluant d’autres espèces de vertébrés dans l’étude, il sera également possible de déterminer si nous partageons des événements adaptatifs avec les rongeurs, les oiseaux ou les poissons, comme semblent déjà le suggérer quelques observations isolées.

(1) Ce résultat est même probablement sous-évalué, du fait du « bruit de fond » que génère la méthode employée.
(2) Par exemple, la résistance à certains virus chez les primates.
(3) Les chercheurs travaillent sur le rapport entre polymorphisme (nombre de bases différentes entre les 2 allèles) et divergence avec une espèce voisine (nombre de bases différentes avec cette espèce), ce afin de s’assurer que le faible polymorphisme n’est pas dû à une autre cause qu’une mutation avantageuse.

Certains de nos organes, comme le foie ou le coeur, sont latéralisés. Notre corps, lui, se développe en respectant une symétrie axiale, visible au niveau de la colonne vertébrale. Une nouvelle cascade moléculaire qui intervient dans cette symétrie chez les vertébrés vient d’être découverte par l’équipe franco-américaine dirigée par Olivier Pourquié au Stowers Institute for Medical research, depuis peu installée à l’Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS / Inserm / Université de Strasbourg). Ces travaux sont publiés aujourd’hui dans la revue Nature.

La symétrie vertébrale apparaît tôt au cours du développement embryonnaire, au moment de la formation des somites, structures de forme cubique dont sont notamment dérivées les vertèbres et les muscles. Sous l’influence d’une horloge interne, des paires de somites se développent périodiquement à partir des couches cellulaires internes de l’embryon. L’acide rétinoïque, un dérivé de la vitamine A, semble jouer un rôle important dans le contrôle de la symétrie des somites. On sait par ailleurs que les souris déficientes en acide rétinoïque voient leur somitogenèse se désynchroniser.

Dans une étude conduite sur des embryons de souris, les chercheurs se sont intéressés à la protéine Rere, aussi appelée atrophine 2. Ils ont démontré que cette molécule participe à l’activation de la voie de signalisation de l’acide rétinoïque, en formant un complexe avec deux autres protéines (Nr2f2 et p300) et un récepteur de l’acide rétinoïque. Les souris mutantes pour le gène Rere présentent le même retard de formation des somites que les souris déficientes en acide rétinoïque.

Leurs travaux montrent également que les protéines Nr2f2 et Rere contrôlent l’asymétrie de la voie de signalisation de l’acide rétinoïque. Cette asymétrie est nécessaire pour corriger les interférences avec les signaux déterminant la latéralisation des organes. 

Cette étude permet ainsi de mieux comprendre comment la symétrie générale du corps peut se concilier avec la latéralisation de certains organes.

Chez l’homme, des anomalies du développement symétrique des somites pourraient être responsables de troubles de la statique vertébrale, comme les scolioses. Une défaillance des fonctions de régulation exercées par Rere ou Nr2f2 sur la voie de signalisation de l’acide rétinoïque pourrait être impliquée dans la survenue de ces pathologies fréquentes et, parfois, graves.