Une étude dirigée par la Faculté de Médecine de l’Université de Stanford (États‑Unis) révèle que le cerveau émerge de deux systèmes neuronaux ancestraux qui se sont évolués jusqu’à s’intégrer, après avoir identifié l’existence de deux lignées progénitrices impliquées dans sa formation.
« Nous avons démontré pour la première fois que la partie frontale du cerveau prend naissance à partir d’une cellule progénitrice totalement différente de celle qui donne naissance à la partie arrière », a expliqué le docteur en biologie du développement et professeur associé Kyle Loh, auteur principal de l’étude publiée ce vendredi dans Nature Neuroscience.
Le hallazgo remet en question la théorie qui prévalait jusqu’à présent sur le développement cérébral. Pendant des décennies, les chercheurs ont considéré qu’il existe une unique cellule progénitrice au cours des premières étapes du développement qui donne naissance à l’ensemble du cerveau. Ce modèle suggérait que toutes les parties du cerveau partageaient une origine commune dans leur développement.
L’étude aide à expliquer pourquoi il est difficile de cultiver en laboratoire des cellules provenant de la partie postérieure du cerveau et ouvre la voie à la recherche de traitements pour l’amyotrophie spinale (AME), la sclérose latérale amyotrophique (ELA) et d’autres affections qui touchent le tronc cérébral.
RHOMBENCÉPHALE
Selon les auteurs, le cerveau humain comporte trois régions principales: le prosencéphale, le mésencéphale et le rhombencéphale. Le premier gère le langage, la conscience et le raisonnement abstrait, tandis que le dernier, souvent appelé tronc cérébral, contrôle des fonctions telles que la respiration, le sommeil et la régulation du rythme cardiaque et de l’appétit, en plus des muscles du visage, de la langue et de la gorge.
Les chercheurs se sont heurtés, pendant des décennies, à des difficultés pour générer des neurones du rhombencéphale humain en laboratoire, ce qui a compliqué la recherche sur les maladies qui affectent le tronc cérébral.
Dans ce contexte, l’équipe de cette étude, à laquelle ont contribué des chercheurs du California Institute of Technology et de l’Université de Californie à San Francisco, s’est concentrée sur l’étude des tout premiers moments du développement embryonnaire chez la souris, au cours d’une étape appelée gastrulation, lorsque le corps commence à prendre forme.
Ainsi, elle a découvert que le rhombencéphale suit une voie de développement indépendante, qui se déroule parallèlement, plutôt que de se ramifier, à la voie qui donne naissance au prosencéphale et au mésencéphale. En particulier, elle a identifié deux types différents de cellules progénitrices cérébrales et a démontré que ces deux lignées ne se superposent jamais; elles s’excluent mutuellement dès les premiers stades du développement.
Par la suite, les chercheurs ont examiné le « empaquetement » de l’ADN, ou chromatine, dans ces cellules, et ont découvert que l’ectoderme neural antérieur, qui donne naissance au prosencéphale et au mésencéphale, et l’ectoderme neural postérieur, destiné au rhombencéphale, présentent des configurations de chromatine fondamentalement différentes qui déterminent le destin de chaque cellule progénitrice.
CRÉATION DE CÉLULES DU RHOMBENCÉPHALE
« Les tentatives antérieures de création de neurones du rhombencéphale ont probablement cherché à induire la différenciation de progéniteurs du prosencéphale et du mésencéphale en cellules du rhombencéphale, ce que notre étude montre qu’il n’est pas possible de réaliser », a déclaré Rayyan Jokhai, l’un des coauteurs de l’étude.
Une fois ces éléments connus, les scientifiques ont réussi pour la première fois à convertir en laboratoire des cellules souches pluripotentes humaines, un type de cellule capable de générer n’importe quelle cellule du corps humain, en neurones moteurs fonctionnels du rhombencéphale.
Grâce à cela, il sera possible d’approfondir l’étude de maladies comme l’ELA et l’AME. « Nous disposons désormais d’un modèle pour mieux comprendre ces maladies dévastatrices et travailler au développement de thérapies régénératives pour les combattre », a déclaré Jokhai, qui a souligné qu’il s’agit d’« une nouvelle et prometteuse frontière dans la recherche cérébrale ».
Finalement, les chercheurs ont analysé 550 millions d’années d’évolution et constaté que ce motif cérébral à double origine se retrouvait aussi chez des poulets, des poissons-zèbres et des gusanos bellota.
« Je suis surpris par nos découvertes, car le mot cerveau implique un organe continu qui provient probablement d’une origine unique », a déclaré Jokhai, ajoutant que, toutefois, « même il y a 500 millions d’années, ces systèmes neuronaux séparés existaient, et aujourd’hui fonctionnent presque comme un seul, ce qui est fascinant ».
