Chez les humains, cerveau et testicules ont beaucoup en commun

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Tubes séminifères vus au microscope électronique. | Steve Gschmeissner

Chaque organe du corps humain est constitué d’un tissu cellulaire spécialisé remplissant les fonctions physiologiques nécessaires. Ces tissus ont majoritairement des compositions différentes du fait de la spécialisation des cellules qui s’y trouvent. Cependant, certains organes qui, à première vue, n’ont absolument rien en commun, s’avèrent partager contre toute attente un grand nombre de leurs protéines. C’est notamment le cas du cerveau et des testicules, dont les cellules fonctionnent de manière similaire.

La nouvelle recherche montre des similitudes étonnantes entre le cerveau et les testicules chez les humains. « Le cerveau et les testicules ont le plus grand nombre de protéines communes, par rapport aux autres tissus du corps humain », écrit l’équipe dirigée par la chercheuse en biomédecine Bárbara Matos de l’université d’Aveiro au Portugal. Alors que le cerveau a un rôle très complexe, les testicules humains n’ont que deux fonctions principales : la production de sperme et d’hormones.

Des études antérieures ont suggéré qu’il existe des liens entre la dysfonction sexuelle et les troubles cérébraux, et même entre l’intelligence et la qualité du sperme. Bien sûr, de tels liens ne signifient pas grand-chose ainsi, mais l’équipe de chercheurs du Portugal et du Royaume-Uni a trouvé une explication à leur existence.

Ils ont comparé les protéines de 33 types de tissus, dont le cœur, l’intestin, le col de l’utérus, les ovaires et le placenta, et ont découvert que les testicules et le cerveau partagent 13 442 protéines en commun. Ceci est corroboré par des études d’expression génique montrant que ces deux organes situés à distance partagent le plus grand nombre de gènes parmi tous les organes du corps.

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Des cellules aux fonctions relativement similaires

En examinant de plus près les protéines partagées les plus fortement exprimées dans ces tissus, Matos et ses collègues ont découvert qu’elles sont principalement impliquées dans le développement des tissus et la communication cellulaire. Ces protéines partagées sont logiques si l’on considère à quel point les deux tissus sont similaires, explique l’équipe.

Le cerveau et les testicules consomment tous deux beaucoup d’énergie pour alimenter des processus très exigeants comme la pensée et la production de plusieurs millions de spermatozoïdes par jour. Ainsi, les deux organes ont des cellules spécialisées pour soutenir les neurones du cerveau et les cellules germinales des testicules ; elles contribuent à leur apport en énergie et offrent un support structural.

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Diagramme montrant le nombre de protéines spécifiques au cerveau (bleu), aux testicules (vert clair) et communes aux deux (vert foncé). © Bárbara Matos et al. 2021

De plus, bien qu’il s’agisse de cellules à des fins très différentes, les neurones fonctionnent de plusieurs manières, comme pour les spermatozoïdes. Les deux cellules ont des tâches importantes consistant à déplacer des éléments de l’intérieur d’elles-mêmes vers leur environnement extérieur — un processus appelé exocytose.

C’est ainsi que les cellules du cerveau se transmettent les neurotransmetteurs entre elles. Dans le sperme, le même processus est utilisé pour libérer des facteurs de fécondation importants. Dans les neurones, l’exocytose est également impliquée dans la croissance des extensions ramifiées atteignant collectivement les neurites (dendrites et axones), tandis que dans le spermatozoïde, ce processus permet la fusion totale avec un ovule.

Le potentiel rôle de la pression de sélection

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« C’est un sujet sous-exploré, et le lien entre ces tissus doit être clarifié, ce qui pourrait aider à comprendre les dysfonctionnements affectant le cerveau et les testicules », écrit l’équipe. Ces découvertes soulèvent de nombreuses questions, la plus évidente étant comment deux organes aussi disparates ont-ils fini par partager autant de points communs ? Les chercheurs soupçonnent que c’est parce qu’ils sont tous deux fortement influencés par le processus de spéciation.

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Tout comme les animaux séparés par des millions d’années d’évolution peuvent développer les mêmes traits, il en va de même pour différents groupes de tissus au sein du corps humain. Par exemple, contrairement à la plupart des autres animaux, les koalas ont des empreintes digitales confusément similaires aux nôtres — grâce à la pression de sélection évidente exercée par le besoin de saisir les arbres — malgré 70 millions d’années d’évolution nous séparant. Ce processus est appelé évolution convergente.

Dans ce cas, les chercheurs proposent que les mêmes pressions de sélection impliquées dans le maintien des espèces distinctes les unes des autres puissent être imposées aux deux organes, les faisant évoluer de manière convergente. Ils indiquent 60 gènes codant pour des protéines, uniques aux humains, dont beaucoup se trouvent dans le cerveau et les testicules. « Les niveaux d’expression les plus élevés dans le cortex cérébral et les testicules suggèrent que ces gènes peuvent contribuer à des caractéristiques phénotypiques exclusives aux humains, telles que l’amélioration des capacités cognitives », concluent les chercheurs.

Sources : Royal Society Open Biology

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