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Différences hormonales : Le chromosome X

Dossier - Voyage dans le cerveau
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Le cerveau est l'organe de notre corps chargé de la perception et de l'interprétation du monde extérieur. Il est composé d'une myriade de cellules nerveuses, appelées neurones, qui forment un réseau de connexions extrêmement efficace.

  
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On possède aujourd'hui un nombre considérable d'informations sur les différences dans certaines caractéristiques du cerveau des mammifères qui sont liées au sexe et qui, pour la plupart, sont dues à l'action d'hormones sexuelles produites par les gonades.

Ces différences viennent de la présence d'un chromosome Y contenant le gène qui détermine le sexe et à partir duquel va se développer le testicule. C'est de là que tout découle ; les différences entre les phénotypes mâle et femelle, y compris certains aspects de l'anatomie du cerveau, sont déterminées par la présence ou l'absence d'androgènes produits par le testicule.

Le fait que l'homme possède un chromosome Y et un seul chromosome X a pour corollaire que, chez la femme, qui possède deux chromosomes X, ce jeu supplémentaire de gènes X est compensé par l'inactivation, dans tous les tissus de l'organisme, de l'un des deux chromosomes X.

Théoriquement, une femme qui perd un chromosome X (XO) ne devrait donc pas être différente d'une femme XX ayant un chromosome X inactivé. Comme le montre le syndrome de Turner, elles sont, en réalité, très différentes l'une de l'autre, et cette différence est encore amplifiée selon que son chromosome X est d'origine maternelle ou paternelle. Les filles qui souffrent de ce syndrome sont de petite taille, elles ont un QI normal et présentent des retards de puberté dus à une insuffisance ovarienne.

Il semblerait donc que certains gènes du chromosome X échappent au mécanisme chargé de les inactiver et que le fait qu'ils soient ou non exprimés dépende du parent dont ils proviennent. Cette expression des gènes selon l'origine parentale existe également pour d'autres chromosomes. C'est ce qu'on appelle l'empreinte génomique.

Pour déterminer quels sont les gènes contrôlés par l'empreinte génomique qui ont ce mode d'expression et étudier leur effet sur le cerveau, les chercheurs ont construit des chimères embryonnaires de souris contenant soit des cellules androgénétiques normales, soit des cellules gynogénétiques normales. Les cellules gynogénétiques (Gg) et androgénétiques (Ag) ont le complément normal des chromosomes, mais issu de chromosomes exclusivement maternels (Gg) ou exclusivement paternels (Ag). Ces techniques permettent de se faire une idée précise de la façon dont les cellules gynogénétiques et androgénétiques se répartissent aux différents stades du développement cérébral.

A la naissance, celles qui ont hérité le génome du père fournissent une contribution tissulaire importante aux régions du cerveau commandant les fonctions instinctives et émotionnelles (p. ex. l'hypothalamus et certaines parties du système limbique), mais ne participent pas au développement du néocortex et du striatum. Aux tout premiers stades du développement du cerveau de la souris (jours 9 et 10), on trouve des cellules androgénétiques dans tous les tissus neuraux. Au fur et à mesure de la gestation, ces cellules ont une prolifération abondante dans les structures profondes du cerveau.

A la naissance, en revanche, elles sont pratiquement absentes des zones centrales et antérieures de celui-ci. Inversement, les cellules gynogénétiques (c.-à-d. les deux allèles d'origine maternelle) sont absentes des structures profondes du cerveau et confinées aux territoires cérébraux dont les cellules androgénétiques sont exclues, et spécialement dans le néocortex et le striatum. Ce dosage, où les gènes d'expression maternelle l'emportent sur ceux d'expression paternelle, se traduit en outre, chez les chimères gynogénétiques, par un excès de croissance cérébrale, alors que les chimères androgénétiques ont, au contraire, un cerveau plus petit que les animaux normaux, et ce non seulement en termes absolus, mais également par rapport à leur poids corporel.

Il est étonnant de voir les cellules gynogénétiques proliférer, à ce qu'il semble, au détriment des cellules normales et engendrer chez les chimères un télencéphale
plus volumineux, qui semble toutefois être anatomiquement et fonctionnellement normal.

Etonnant, parce qu'un grand nombre de gènes de ces cellules ont été inactivés (c.-à-d. tous les gènes contrôlés par l'empreinte génomique qui sont d'expression paternelle) et que d'autres, qui sont d'expression maternelle, ont été dupliqués. Cela semblerait vouloir dire que les allèles d'expression maternelle sont très importants pour le développement du télencéphale et que ceux d'expression paternelle ne le sont pas. La répartition distincte des cellules gynogénétiques et androgénétiques dans les tissus et leur effet différencié sur le développement du cerveau sembleraient indiquer que l'empreinte génomique ait joué un rôle important dans l'évolution du cerveau antérieur. La comparaison de ces structures, au développement desquelles contribuent de façon différenciée les gènes sous contrôle génomique maternel et paternel, montre que l'évolution des mammifères s'est accompagnée d'un remodelage du cerveau.

Au fur et à mesure que l'ordre des mammifères évoluait des spécimens insectivores vers les primates, c'est-à-dire les singes et l'homme, le néocortex et le striatum ont pris beaucoup de volume par rapport au reste du cerveau et au corps, tandis que l'hypothalamus, ainsi que des régions plus profondes du cerveau, par exemple le système limbique, régressaient. L'empreinte génomique pourrait donc avoir concouru, sur une très longue échelle de temps, à une expansion rapide et non linéaire du cerveau (et spécialement du néocortex et du striatum) par rapport à la taille des individus.