Des chercheurs ont découvert que la mutation d’un gène neuronal peut avoir un effet positif : un QI plus élevé chez l’homme.
Lorsque les gènes mutent, cela peut entraîner de graves maladies du système nerveux humain. Des neuroscientifiques de l’université de Leipzig et de l’université de Würzburg ont maintenant utilisé des mouches à fruits pour démontrer comment, outre l’effet négatif, la mutation d’un gène neuronal peut avoir un effet positif – à savoir un QI plus élevé chez l’homme. Ils ont publié leurs résultats dans la prestigieuse revue Brain.
Les synapses sont les points de contact dans le cerveau par lesquels les cellules nerveuses “parlent” entre elles. Les perturbations de cette communication entraînent des maladies du système nerveux, car des protéines synaptiques altérées, par exemple, peuvent compromettre ce mécanisme moléculaire complexe. Cela peut entraîner des symptômes légers, mais aussi des handicaps très graves chez les personnes touchées.
L’intérêt des deux neurobiologistes, le professeur Tobias Langenhan et le professeur Manfred Heckmann, respectivement de Leipzig et de Würzburg, a été éveillé lorsqu’ils ont lu dans une publication scientifique une mutation qui endommage une protéine synaptique. Dans un premier temps, les patients concernés ont attiré l’attention des scientifiques parce que la mutation les rendait aveugles. Cependant, les médecins ont ensuite remarqué que les patients étaient également d’une intelligence supérieure à la moyenne. “Il est très rare qu’une mutation entraîne une amélioration plutôt qu’une perte de fonction”, explique M. Langenhan, professeur et titulaire d’une chaire à l’Institut de biochimie Rudolf Schönheimer de la Faculté de médecine.
La recherche sur les mouches à fruits permet de mieux comprendre les maladies du système nerveux humain. Crédit : Swen Reichhold/Université de Leipzig
Les deux neurobiologistes de Leipzig et de Würzburg utilisent depuis de nombreuses années des mouches à fruits pour analyser les fonctions synaptiques. “Notre projet de recherche visait à insérer la mutation du patient dans le gène correspondant de la mouche et à utiliser des techniques telles que l’électrophysiologie pour tester ce qui se passe ensuite au niveau des synapses. Notre hypothèse était que la mutation rend les patients si intelligents parce qu’elle améliore la communication entre les neurones qui impliquent la protéine lésée”, explique M. Langenhan. “Bien sûr, il est impossible d’effectuer ces mesures sur les synapses dans le cerveau des patients humains. Il faut utiliser des modèles animaux pour cela”.
“75 % des gènes qui causent des maladies chez l’homme existent aussi chez la mouche à fruits”
Tout d’abord, les scientifiques, en collaboration avec des chercheurs d’Oxford, ont montré que la protéine de la mouche appelée RIM semble moléculairement identique à celle de l’homme. C’était essentiel pour pouvoir étudier les modifications du cerveau humain chez la mouche. Dans l’étape suivante, les neurobiologistes ont inséré dans le génome de la mouche des mutations qui ressemblaient exactement à celles observées chez les personnes malades. Ils ont ensuite effectué des mesures électrophysiologiques de l’activité synaptique. “Nous avons effectivement observé que les animaux porteurs de la mutation présentaient une transmission d’informations beaucoup plus importante au niveau des synapses. Cet effet étonnant sur les synapses des mouches se retrouve probablement de la même manière ou d’une manière similaire chez les patients humains, et pourrait expliquer leurs performances cognitives accrues, mais aussi leur cécité”, conclut le professeur Langenhan.
Le professeur Tobias Langenhan dans son laboratoire à l’Institut de biochimie Rudolf Schönheimer. Crédit : Swen Reichhold
Les scientifiques ont également découvert comment se produit l’augmentation de la transmission au niveau des synapses : les composants moléculaires de la cellule nerveuse de transmission qui déclenchent les impulsions synaptiques se rapprochent les uns des autres en raison de l’effet de la mutation et entraînent une libération accrue de neurotransmetteurs. Une nouvelle méthode, la microscopie à super-résolution, est l’une des techniques utilisées dans l’étude. “Cela nous donne un outil pour regarder et même compter les molécules individuelles et confirme que les molécules dans la cellule d’allumage sont plus proches les unes des autres qu’elles ne le sont normalement”, déclare le professeur Langenhan, qui a également été aidé dans cette étude par le groupe de recherche du professeur Hartmut Schmidt de l’Institut Carl Ludwig de Leipzig.
“Le projet démontre magnifiquement comment un animal modèle extraordinaire comme la mouche à fruits peut être utilisé pour acquérir une compréhension très approfondie des maladies du cerveau humain. Ces animaux sont génétiquement très semblables aux humains. On estime que 75 % des gènes impliqués dans des maladies chez l’homme se retrouvent également chez la mouche à fruits”, explique le professeur Langenhan, en indiquant que la Faculté de médecine poursuivra ses recherches sur le sujet : “Nous avons lancé plusieurs projets conjoints avec des généticiens humains, des pathologistes et l’équipe de l’Institut de génétique intégrée.Centre de recherche et de traitement (IFB) AdiposityDiseases ; basés à l’hôpital universitaire de Leipzig, ils étudient les troubles du développement du cerveau, le développement des tumeurs malignes et l’obésité. Ici aussi, nous allons insérer des mutations pathogènes dans la mouche du vinaigre pour reproduire et mieux comprendre les maladies humaines.”
Référence : “La mutation CORD7, qui améliore la cognition humaine, augmente le nombre de zones actives et la libération synaptique” par Mila M. Paul, Sven Dannhäuser, Lydia Morris, Achmed Mrestani, Martha Hübsch, Jennifer Gehring, Georgios N. Hatzopoulos, Martin Pauli, Genevieve M. Auger, Grit Bornschein, Nicole Scholz, Dmitrij Ljaschenko, Martin Müller, Markus Sauer, Hartmut Schmidt, Robert J. Kittel, Aaron DiAntonio, Ioannis Vakonakis, Manfred Heckmann et Tobias Langenhan, 12 janvier 2022, Cerveau.
DOI : 10.1093/brain/awac011
