Pourquoi le cerveau humain est-il si puissant ? Le Royaume-Uni et l’Université hébraïque s’associent pour le savoir

Jun 02, 2023

LEXINGTON, Kentucky (25 janvier 2023) – Des chercheurs de l’Université du Kentucky et de l’Université hébraïque de Jérusalem s’associent pour étudier la complexité du cerveau humain. Plus précisément, les chercheurs testeront si de nouvelles protéines jusqu’ici inconnues existent dans le cerveau.

Les laboratoires des deux institutions ont obtenu une subvention conjointe de la National Science Foundation (NSF) et de la United States-Israel Binational Science Foundation (BSF) pour étudier de nouveaux aspects de la biologie de l’ARN.

Les chercheurs s’efforcent de répondre à une question fondamentale : pourquoi les humains ont-ils un cerveau plus complexe que d’autres organismes avec à peu près le même nombre de gènes ?

Dans le cadre de la subvention de plus de 700 000 $, Stefan Stamm, Ph.D., professeur au département de biochimie moléculaire et cellulaire du UK College of Medicine, et son laboratoire étudient la caractérisation des protéines et examinent leurs implications biologiques.

Le laboratoire de Stamm s'associe à Ruth Sperling, Ph.D., professeure (émérite) au Département de génétique de l'Institut Alexander Silberman des sciences de la vie de l'Université hébraïque de Jérusalem. Elle est experte en traitement de l’ARN.

L'ARN est le médiateur qui transforme les instructions contenues dans votre ADN en protéines dans vos cellules. Au cours du processus, l’ARN est fortement modifié avec des morceaux découpés ou épissés et reconstitués dans une nouvelle lignée d’ARN. Parfois, ces morceaux forment des cercles, créant ainsi un ARN circulaire.

"Nous proposons qu'il existe un nouvel ensemble de protéines qui n'ont pas été identifiées ou examinées dans le cerveau humain, qui sont codées par les ARN circulaires et qui remplissent de nouvelles fonctions dans les cellules", a déclaré Stamm.

Les ARN circulaires se trouvent principalement dans le cerveau et leur formation est favorisée par des éléments génomiques spécifiques aux humains et aux autres primates, appelés éléments Alu. Le génome humain est constitué d'environ 11 % d'éléments Alu et leur expansion chez les primates est en corrélation avec la complexité du cerveau.

Les équipes de recherche testeront l’hypothèse selon laquelle les ARN circulaires spécifiques aux primates sont traduits en protéines après que les molécules de l’ARN circulaire subissent un changement épigénétique.

« Les ARN circulaires codent-ils pour des protéines ? Ces protéines sont-elles fonctionnelles ? Pouvez-vous les trouver dans le cerveau ? dit Stamm. « C'est ce que nous analysons. Cela n'a jamais été examiné.

Les chercheurs proposent que les nouvelles protéines fabriquées à partir de ces ARN circulaires spécifiques augmentent fortement la complexité moléculaire du cerveau, ce qui pourrait améliorer les fonctions cérébrales.

"Si nous avons de nouvelles protéines, nous avons un protéome complètement nouveau qui a de nouvelles fonctions et peut contribuer au cerveau humain", a déclaré Sperling. « Cela a de vastes implications. Par exemple, vous pouvez rechercher des modificateurs génétiques. Existe-t-il des modificateurs génétiques en corrélation avec la schizophrénie, l’épilepsie, l’autisme ou les maladies neurologiques ?

Le laboratoire de Sperling se concentrera sur la compréhension de la manière dont les ARN circulaires sont produits par la machinerie d'épissage dans les cellules. Avec Joseph Sperling, Ph.D., elle a découvert et caractérisé la machine d'épissage endogène dans les cellules de mammifères. Récemment, son équipe a identifié un ARN circulaire dans la machine d'épissage endogène. Son équipe utilisera ce système pour étudier si l'ARN est épissé ou rétroépissé, formant respectivement des ARN linéaires et circulaires, quand cela se produit et comment il est régulé dans le cerveau.

« Ces protéines ne sont pas très abondantes, mais elles pourraient former ou modifier des fonctions catalytiques chez d’autres protéines. Donc, si vous voulez comprendre le cerveau, vous devez examiner ces molécules », a déclaré Stamm.

Dans le cadre du projet de trois ans, des cours annuels de deux semaines sur la biologie de l'ARN auront lieu en été à l'Université hébraïque de Jérusalem, dirigés par Stamm et Sperling. Les étudiants des deux universités suivront des cours théoriques et réaliseront des expériences pratiques pendant le cours.

Les recherches rapportées dans cette publication ont été soutenues par la National Science Foundation sous le numéro de prix 2221921. Les opinions, résultats et conclusions ou recommandations exprimés sont ceux du ou des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les points de vue de la National Science Foundation.