Comment une mutation génétique provoque une intelligence supérieure

Résumé: Une mutation génétique rare qui cause la cécité semble également être associée à une intelligence supérieure à la moyenne, rapporte une nouvelle étude.

La source: Université de Leipzig

Les synapses sont les points de contact dans le cerveau par lesquels les cellules nerveuses « communiquent » entre elles. Les perturbations de cette communication entraînent des maladies du système nerveux, car des protéines synaptiques altérées, par exemple, peuvent altérer 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.

Au début, les patients affectés ont attiré l’attention des scientifiques parce que la mutation les a rendus aveugles. Cependant, les médecins ont alors 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 Langenhan, professeur et titulaire d’une chaire à l’Institut de biochimie Rudolf Schönheimer de la Faculté de médecine.

Les deux neurobiologistes de Leipzig et de Würzburg utilisent depuis de nombreuses années les mouches des fruits pour analyser les fonctions synaptiques.

« Notre projet de recherche a été conçu pour insérer la mutation des patients dans le gène correspondant chez la mouche et utiliser des techniques telles que l’électrophysiologie pour tester ce qui arrive ensuite aux synapses. Nous pensions que la mutation rend les patients si intelligents car elle améliore la communication entre les neurones qui impliquent la protéine lésée », explique Langenhan.

« Bien sûr, vous ne pouvez pas effectuer ces mesures sur les synapses du cerveau des patients humains. Vous devez utiliser des modèles animaux pour cela.

“75 % des gènes qui causent des maladies chez l’homme existent également chez les mouches des fruits”

Tout d’abord, les scientifiques, en collaboration avec des chercheurs d’Oxford, ont montré que la protéine de mouche appelée RIM semble moléculairement identique à celle des humains. C’était essentiel pour pouvoir étudier les modifications du cerveau humain chez la mouche. Dans l’étape suivante, les neurobiologistes ont inséré des mutations dans le génome de la mouche qui ressemblaient exactement à celles des personnes malades. Ils ont ensuite procédé à des mesures électrophysiologiques de l’activité synaptique.

« Nous avons effectivement observé que les animaux porteurs de la mutation montraient une transmission d’informations beaucoup plus importante au niveau des synapses. Cet effet étonnant sur les synapses de la mouche se retrouve probablement de la même manière ou de manière similaire chez les patients humains, et pourrait expliquer leurs performances cognitives accrues, mais aussi leur cécité », conclut le professeur Langenhan.

Les scientifiques ont également découvert comment se produit l’augmentation de la transmission au niveau des synapses : les composants moléculaires de la cellule nerveuse émettrice qui déclenchent les impulsions synaptiques se rapprochent en raison de l’effet de mutation et entraînent une libération accrue de neurotransmetteurs. Une nouvelle méthode, la microscopie à super-résolution, était l’une des techniques utilisées dans l’étude.

Les scientifiques ont également découvert comment se produit l’augmentation de la transmission au niveau des synapses : les composants moléculaires de la cellule nerveuse émettrice qui déclenchent les impulsions synaptiques se rapprochent en raison de l’effet de mutation et entraînent une libération accrue de neurotransmetteurs. L’image est dans le domaine public

“Cela nous donne un outil pour regarder et même compter les molécules individuelles et confirme que les molécules dans la cellule de tir sont plus proches les unes des autres qu’elles ne le sont normalement”, explique le professeur Langenhan, qui a également été assisté dans l’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 des fruits peut être utilisé pour acquérir une compréhension très approfondie des maladies du cerveau humain. Les animaux sont génétiquement très similaires aux humains. On estime que 75 % des gènes impliqués dans la maladie chez l’homme se trouvent également dans la mouche des fruits », explique le professeur Langenhan, soulignant d’autres recherches sur le sujet à la Faculté de médecine :

« Nous avons démarré plusieurs projets communs avec des généticiens humains, des pathologistes et l’équipe du Centre Intégré de Recherche et de Traitement (IFB) AdiposityDiseases ; basés à l’hôpital universitaire de Leipzig, ils étudient les troubles du développement cérébral, le développement de tumeurs malignes et l’obésité. Ici aussi, nous allons insérer des mutations pathogènes dans la mouche des fruits pour reproduire et mieux comprendre la maladie humaine.

À propos de cette actualité sur la recherche en génétique et en intelligence

Auteur: Susan Huster
La source: Université de Leipzig
Contacter: Susann Huster – Université de Leipzig
Image: L’image est dans le domaine public

Recherche originale : Accès fermé.
“La mutation CORD7 améliorant la cognition humaine augmente le nombre de zones actives et la libération synaptique” par Tobias Langenhan et al. Cerveau


Abstrait

La mutation CORD7 améliorant la cognition humaine augmente le nombre de zones actives et la libération synaptique

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Cela montre le contour d'une tête

Les humains porteurs de la mutation CORD7 (cone-rod dystrophy 7) possèdent un QI verbal et une mémoire de travail accrus. Ce syndrome autosomique dominant est causé par l’échange d’un seul acide aminé R844H (numérotation humaine) situé dans le 3dix hélice du C2Un domaine de RIMS1/RIM1 (molécule 1 interagissant avec Rab3).

RIM est une protéine multi-domaine conservée au cours de l’évolution et un composant essentiel des zones actives présynaptiques, qui joue un rôle central dans le Ca rapide2+– libération déclenchée de neurotransmetteurs. La manière dont la mutation CORD7 affecte la fonction synaptique n’est pas claire jusqu’à présent.

Ici, nous avons établi Drosophile melanogaster comme modèle de maladie pour clarifier les effets de la mutation CORD7 sur la fonction RIM et la libération des vésicules synaptiques.

À cette fin, en utilisant l’expression des protéines et la cristallographie aux rayons X, nous avons résolu la structure moléculaire de la Drosophile C2Un domaine à une résolution de 1,92 Å et par comparaison avec son homologue de mammifère a établi que l’emplacement de la mutation CORD7 est structurellement conservé chez la mouche RIM.

De plus, l’ingénierie génomique assistée par CRISPR / Cas9 a été utilisée pour la génération de jante allèles codant l’échange R915H CORD7 ou les substitutions R915E, R916E (numérotation des mouches) pour effectuer une inversion de charge locale au 3dix hélix.

Grâce à la caractérisation électrophysiologique par pince de tension à deux électrodes et enregistrements focaux, nous avons déterminé que la mutation CORD7 exerce un effet semi-dominant plutôt que dominant sur la transmission synaptique, ce qui entraîne une libération synaptique plus rapide et plus efficace et une taille accrue du pool facilement libérable mais une sensibilité réduite pour le chélateur rapide de calcium BAPTA.

De plus, le jante L’allèle CORD7 a augmenté le nombre de zones actives présynaptiques mais a laissé leur organisation nanoscopique inchangée, comme l’a révélé la microscopie à super-résolution de la protéine d’échafaudage présynaptique Bruchpilot/ELKS/CAST.

Nous concluons que la mutation CORD7 conduit à un couplage de libération plus étroit, à une augmentation de la taille du pool facilement libérable et à davantage de sites de libération, favorisant ainsi une libération plus efficace du transmetteur synaptique.

Ces résultats suggèrent fortement que des mécanismes similaires peuvent sous-tendre le phénotype de la maladie CORD7 chez les patients et qu’une transmission synaptique améliorée peut contribuer à l’augmentation de leurs capacités cognitives.

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