Weizmann, Technion, UHJ : l’évolution serait-elle responsable des problèmes articulaires ?
Pourquoi les humains souffrent-ils de maladies articulaires alors que les autres grands singes conservent leur agilité jusqu’à un âge avancé ? Les mêmes changements évolutifs qui nous ont rendus humains pourraient aussi être à l’origine de nos articulations fragiles. L’une des différences entre les humains et les autres grands singes réside dans le fait que nous sommes fréquemment sujets aux maladies articulaires chroniques, contrairement aux chimpanzés et aux gorilles. À première vue, il semblerait que nous ayons fait un mauvais choix en matière d’évolution. La sélection naturelle est censée éliminer les traits nuisibles, alors pourquoi sommes-nous bien plus sujets aux troubles liés à l’usure des articulations et de la colonne vertébrale que nos cousins ?
L’arthrose, par exemple, une cause majeure d’invalidité et de diminution de la qualité de vie, touche des centaines de millions de personnes dans le monde. Dans une étude, des chercheurs israéliens et japonais proposent une réponse basée sur l’utilisation de cellules hybrides humain-chimpanzé et d’autres techniques de pointe. Ils révèlent que les douleurs articulaires pourraient être le prix caché que nous payons pour des caractéristiques qui nous définissent en tant qu’humains. « Contrairement aux articulations des autres grands singes, dont la composition est restée inchangée depuis des millions d’années, les articulations humaines ont subi une transformation évolutive radicale », explique le Dr David Gokhman de l’Institut Weizmann des Sciences.
Son équipe a mené cette étude en collaboration avec le laboratoire du Dr Fumitaka Inoue de l’Université de Kyoto. « Cette transformation a rendu nos articulations moins efficaces pour absorber les chocs et nous a exposés à des maladies osseuses – notamment l’arthrose, la dégénérescence des disques intervertébraux et les hernies discales – rares chez les autres grands singes, même ceux qui atteignent un âge avancé. Par exemple, même les chimpanzés qui vivent jusqu’à 60 ou 70 ans sont presque aussi agiles que les plus jeunes lorsqu’ils grimpent aux arbres. » David Gokhman explique avoir choisi d’étudier le squelette à la fois parce qu’il est essentiel à l’évolution humaine et parce qu’il constitue la principale source de connaissances sur l’évolution de notre espèce.
« Notre squelette est ce qui subsiste le plus de nos ancêtres dans les archives fossiles », conclut-il. De plus, il reflète nombre de caractéristiques qui nous distinguent des autres grands singes, notamment notre bipédie, nos os fins et nos longues jambes. Contrairement aux articulations des autres grands singes, dont la composition est restée inchangée depuis des millions d’années, les articulations humaines ont subi une transformation évolutive spectaculaire. Le premier défi de l’étude a consisté à identifier les modifications génétiques à l’origine de ces caractéristiques. Une simple comparaison des génomes humains avec ceux des autres grands singes s’avérait insuffisante.
L’équipe, dirigée par les doctorants Nadav Mishol (laboratoire de Gokhman) et Yizhi Yan (laboratoire d’Inoue), a cartographié près d’un demi-million de mutations ponctuelles qui différencient l’ADN humain de celui des chimpanzés. Or, elle a découvert que la grande majorité de ces mutations n’avaient que peu ou pas d’effet sur la fonction du génome. Les chercheurs se sont donc concentrés sur la petite fraction de mutations (environ 3 %) qui modifiaient réellement l’activité des gènes au cours du développement du squelette humain. L’équipe a finalement établi le premier atlas complet des caractéristiques régulatrices du génome qui distinguent le squelette humain de celui de nos plus proches parents vivants. Cet atlas décrit la fonction de chaque mutation du génome humain ayant permis l’évolution de notre posture érigée et d’autres caractéristiques squelettiques spécifiquement humaines.
Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs ont combiné deux techniques puissantes. La première, mise au point par le laboratoire d’Inoue et connue sous le nom de test rapporteur massivement parallèle, consiste à fixer simultanément de minuscules codes-barres génétiques à des milliers de segments d’ADN. Ces codes-barres permettent de déterminer quels segments contiennent des mutations qui modifient l’activité des gènes. La seconde technique utilise des cellules souches hybrides humain-chimpanzé ou humain-gorille. Cela peut paraître étrange, mais c’est en réalité assez simple. En pratique, cette approche, développée par Gokhman lors de son postdoctorat à l’université de Stanford et perfectionnée par la suite à l’institut Weizmann, permet au génome humain et à celui d’un autre grand singe de fonctionner au sein d’une même cellule, dans des conditions identiques.
Les scientifiques ont incité ces cellules souches hybrides à se différencier en cellules squelettiques et les ont utilisées pour identifier des gènes liés au squelette dont l’activité diffère entre les humains et les chimpanzés ou les gorilles. Les amortisseurs manquants Une différence de régulation génique identifiée par les chercheurs s’est particulièrement démarquée. Elle concerne la production de longues molécules de sucre en forme de brosse qui confèrent au cartilage son élasticité. Les cellules cartilagineuses libèrent d’énormes quantités de ces molécules, appelées glycosaminoglycanes (GAG), dans l’espace environnant. Les GAG, qui portent une forte charge électrique négative, attirent l’eau, créant un réseau dense et gélatineux qui agit comme un amortisseur. « Les GAG, associés à l’eau qu’ils contiennent, constituent la majeure partie du cartilage », explique Mishol. « Les cellules cartilagineuses sont comme de minuscules îlots flottant dans un océan de GAG qui remplit l’articulation. » Les chercheurs ont découvert qu’un groupe entier de gènes responsables de la production de GAG est moins actif chez l’humain que chez les autres grands singes. Ils ont ensuite examiné des échantillons de cartilage provenant de huit espèces différentes et les articulations chez différentes espèces et a révélé que, chez les humains, le cartilage contient environ trois fois moins de GAG (glycosaminoglycanes) que chez les chimpanzés, les gorilles, les orangs-outans et les bonobos.
Cette approche permet à deux génomes, l’un humain et l’autre issu d’un gorille ou d’un chimpanzé, de fonctionner au sein d’une même cellule, dans des conditions identiques, ce qui facilite l’identification des différences génétiques entre ces espèces. En l’absence d’une quantité suffisante de GAG, le cartilage devient plus fin, moins élastique et moins apte à amortir les forces générées par les mouvements du quotidien. Les os finissent par frotter les uns contre les autres, créant ainsi un terrain propice à l’arthrose. « Les molécules de GAG elles-mêmes n’ont pas vraiment évolué au cours de l’histoire humaine », explique Mishol. « Ce qui a changé, c’est la quantité que nous en produisons. » La présence d’une plus grande quantité de GAG explique pourquoi les autres grands singes développent rarement de l’arthrose ou d’autres troubles articulaires ; ils ne présentent pratiquement aucun signe de pathologie squelettique, même avec l’âge, sauf en cas de lésions cartilagineuses graves dues à un traumatisme.
À l’inverse, les humains disposent, dès le départ, d’une quantité moindre de cartilage, lequel s’avère par ailleurs moins efficace pour amortir les articulations. Comme le cartilage possède une capacité de régénération quasi nulle, des décennies d’utilisation finissent par éroder cette réserve déjà limitée, augmentant ainsi considérablement le risque de développer des maladies articulaires au cours de la vie. « La baisse de la production de GAG constitue le changement génétique le plus marqué qu’ait connu notre squelette au cours de l’évolution », souligne Gokhman. « Nous pensons avoir mis en évidence une base évolutive expliquant pourquoi les humains sont si vulnérables à l’arthrose. » Pourquoi l’évolution a-t-elle favorisé des articulations plus fragiles ? Le fait que les personnes souffrant de maladies squelettiques dégénératives présentent des taux réduits de GAG au niveau de leurs articulations était déjà connu de la médecine. Toutefois, en identifiant cette diminution des GAG comme le changement évolutif majeur ayant rendu les humains vulnérables à cette pathologie, cette étude pourrait ouvrir de nouvelles perspectives de recherche sur l’arthrose.
En outre, en précisant les mécanismes génétiques à l’origine de l’amincissement du cartilage, elle pourrait aider à identifier les individus à risque, favorisant ainsi la prévention, voire l’amélioration des traitements. Reste cependant une question : si un cartilage plus fin est si problématique, pourquoi l’évolution l’a-t-elle maintenu ? Une explication possible concerne le cerveau. Bien que les GAG (glycosaminoglycanes) soient surtout connus pour leur rôle dans le cartilage, ils sont également abondants dans le cerveau et le reste du système nerveux, où ils contribuent à stabiliser les connexions entre les neurones. Des taux élevés de GAG figent les circuits neuronaux, limitant ainsi la capacité du cerveau à se remodeler en permanence. Des taux plus faibles de GAG pourraient avoir permis au cerveau humain de conserver une malléabilité exceptionnelle bien plus longtemps que chez les autres grands singes, offrant aux humains davantage de temps pour apprendre, s’adapter et acquérir des compétences de plus en plus complexes.
La seconde possibilité concerne le squelette lui-même. Comparés aux autres grands singes, les humains possèdent des os plus légers et plus fins. Une réduction des GAG pourrait avoir contribué à la formation de ce squelette plus délicat. Cette idée s’accorde parfaitement avec l’une des principales hypothèses sur l’évolution humaine : celle selon laquelle notre corps a été façonné pour la course de fond. Bien que nous soyons relativement faibles et incapables de sprinter aussi vite que de nombreux mammifères, nous sommes capables de rester en mouvement pendant des heures. Cette adaptation a peut-être permis aux premiers humains de poursuivre leurs proies sur de longues distances, jusqu’à ce que les animaux, en surchauffe, finissent par s’effondrer. Ces deux explications demeurent des hypothèses, mais chacune propose un lien plausible entre un cartilage plus fin et les traits qui distinguent les humains des autres grands singes. Il est impossible de dire si ce compromis en valait la peine.
Du point de vue de l’évolution, souffrir de douleurs aux genoux à 70 ans peut constituer un prix étonnamment faible à payer pour des avantages ayant accru les chances de survie à 20 ans. En effet, l’évolution favorise souvent les caractéristiques qui améliorent le succès reproductif, même si elles entraînent des conséquences négatives plus tard dans la vie. Des millions d’années après l’émergence de ces traits, les humains sont devenus une espèce capable d’étudier sa propre évolution à l’aide d’outils sophistiqués. Et nous avons, par ailleurs, des genoux particulièrement fragiles.
Chiffres scientifiques • L’étude a révélé que, sur les quelque 500 000 mutations qui distinguent le génome humain de celui des chimpanzés, seules 15 000 environ affectent le fonctionnement du génome. • On estime que les humains et les chimpanzés ont divergé d’un ancêtre commun il y a environ 6 à 8 millions d’années. • Les GAG (glycosaminoglycanes) constituent 15 à 30 % du poids sec du cartilage. • L’arthrose – l’affection du squelette humain la plus fréquente – touche environ 607 millions de personnes dans le monde, soit près de 7,7 % de la population mondiale.
Publication dans Nature 23 septembre 2026
Ont également participé à cette étude : Katharina Lange, Gal Bodek, Dr Aya Kigel, Noam Priel, Nachshon Egyes, Omer Ronen, Itamar Nini, Dr Amit Philosoph, Adi Rozenblatt, Guy Hirsh, Yael Elboim, Sergey Viukov, Idan Korenfeld, Pr Jacob H. Hanna et Dr Simon Fishilevich, du département de génétique moléculaire de l’Institut Weizmann. Le Dr Zicong Zhang et le Dr Rika Tsujikawa de l’Université de Kyoto ; le Dr Liat Rotenstreich et le Pr Assaf Marom du Technion ; Sira Martinez du Laboratoire européen de biologie moléculaire, Barcelone, Espagne ; Dr Silvia Beltramone, Dr Lucas Esteban Wange, María Torralvo et le Pr Tomas Marques-Bonet de l’Institut de biologie évolutive (UPF-CSIC), Barcelone, Espagne ; Mythili Damal Kandadai, Océane Cluzeau et Prof. Evie Vereecke de la KU Leuven ; Dr Malka Nissim-Rafinia et le Pr Eran Meshorer de l’Université Hébraïque de Jérusalem ; le Prof. Martin Kuhlwilm de l’Université de Vienne ; et le pr Guillaume Bourque de l’Université McGill.
