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Jusqu’à présent, les chercheurs voulant comprendre le cerveau de Néandertal et comment il était différent du nôtre. Les meilleurs aperçus de la neurologie de nos lointains parents et éteints depuis longtemps, provenaient de l’analyse de la forme et du volume des espaces à l’intérieur de leurs crânes fossilisés.

Créer des «mini cerveaux»

Mais un récent mariage de trois champs d’études – l’ADN ancien, l’éditeur de génome CRISPR et «les organoïdes» construits à partir de cellules souches – offre une nouvelle option étonnante, bien que très préliminaire. Au moins deux équipes de recherche ont conçu des cellules souches pour inclure des gènes néandertaliens et les faire pousser dans des «mini cerveaux» qui reflètent l’influence de cet ADN ancien.

Alysson Muotri, généticien à l’École de médecine de l’Université de Californie à San Diego (UCSD), a décrit pour la première fois ce mois-ci les organoïdes néandertaliens de son groupe lors d’une conférence à l’UCSD intitulée « Imagination and Human Evolution ». Son équipe a utilisé des cellules souches dotées d’ADN néandertalien de la taille d’un pois qui imitent le cortex, la couche externe du vrai cerveau. Comparés aux mini cerveaux corticaux fabriqués avec des cellules humaines, les organoïdes néandertaliens ont une forme différente et des différences dans leurs réseaux neuronaux, y compris certains qui peuvent avoir influencé la capacité de l’espèce à socialiser. « Nous essayons de recréer l’esprit de Neandertal », explique Muotri.

Muotri s’est concentré sur l’un des quelque 200 gènes codants pour des protéines qui diffèrent entre les Néandertaliens et les humains modernes. Connu sous le nom de NOVA1, il joue un rôle dans le développement précoce du cerveau chez l’homme moderne, et est également lié à l’autisme et à la schizophrénie. Parce qu’il contrôle l’épissage de l’ARN à partir d’autres gènes, il a probablement aidé à produire plus de 100 nouvelles protéines cérébrales chez les Néandertaliens. Étonnement, une seule paire de bases d’ADN diffère entre le gène néandertalien et le gène humain moderne.

Avec l’aide de l’éditeur de gènes CRISPR

Muotri et ses collègues ont débuté avec des cellules cutanées d’une « personne neurotypique » – quelqu’un sans défauts génétiques connus liés à des troubles neurologiques – et ont manipulé leurs génomes pour les transformer en cellules souches pluripotentes. À l’aide de l’éditeur de gènes CRISPR, l’équipe a ciblé ensuite le NOVA1 et échangé les paires de bases néandertaliennes pour remplacer la base humaine moderne. Pour éviter d’être induits en erreur par ces changements d’ADN «hors cible» effectués par CRISPR ainsi que les erreurs génétiques qui peuvent survenir lors de la production des cellules souches, ils ont séquencé les cellules résultantes et ont rejeté celles qui avaient muté.

Il a fallu plusieurs mois pour faire pousser les cellules souches contenant l’ADN néandertalien dans des organoïdes – « Nous les appelons Neanderoids », explique Muotri. En les comparant à des organoïdes modernes du cerveau humain fabriqués dans des conditions identiques, son équipe a découvert que les cellules neuronales avec le NOVA1 néanderthalisé migrent plus rapidement à l’intérieur d’un organoïde quand elles forment des structures. « Nous pensons que c’est lié à la forme de l’organoïde, mais nous n’avons aucune idée de ce que cela signifie », explique Muotri, notant que les Néandroïdes ont une forme de « popcorn », alors que les organoïdes corticaux modernes sont sphériques. Les neurones néandéroïdes font également moins de connexions synaptiques, créant ce qui ressemble à un réseau neuronal anormal.

Des différences ressemblant à des personnes atteintes d’autisme

Plusieurs de ces différences reflètent ce que Muotri a trouvé en étudiant le développement neuronal dans le cerveau des enfants atteints d’autisme. «Je ne veux pas que les familles concluent que je compare les enfants autistes aux Néandertaliens, mais c’est une observation importante», explique Muotri, qui a un beau-fils atteint d’autisme. « Chez les humains modernes, ces types de changements sont liés à des défauts de développement du cerveau qui sont nécessaires pour la socialisation. Si nous pensons que c’est l’un de nos avantages par rapport aux hommes de Neandertal, c’est pertinent de le savoir. »

Muotri a développé les organoïdes modernes du cerveau humain au stade où son équipe peut détecter des signaux électriques oscillants dans les boules de tissu. Maintenant ils sont en train de câbler les organoïdes à des robots qui ressemblent à des crabes, espérant que les organites apprendront à contrôler les mouvements des robots. En fin de compte, Muotri veut les opposer aux robots dirigés par les Neanderoids du cerveau.

« C’est un peu sauvage », explique Simon Fisher, un généticien qui dirige l’Institut Max Planck de psycholinguistique à Nijmegen, aux Pays-Bas, qui a conçu des souris pour avoir un gène humain muté lié à des troubles neuronaux. « C’est une science créative. » Grâce à l’équipe, les scientifiques pourront dans les prochaines années effectuer des analyses plus poussées, afin de mieux comprendre ce qui nous différencie de nos lointains parents, lesquels sont disparus il y a environ 35 000 ans. Cette recherche fascinante n’est que le début d’une longue démarche d’investigations scientifiques.

Source : Science