Les scientifiques ont longtemps traité le cerveau comme un organe unique issu d’un ensemble de cellules primitives. Kyle Loh, neuroscientifique à l’Université de Stanford, et ses collègues contestent ce point de vue, affirmant que le cerveau humain est constitué de deux systèmes nerveux distincts qui ont évolué séparément et ont été réunis sur des centaines de millions d’années. Cette découverte pourrait également aider à expliquer pourquoi les chercheurs ont lutté pendant des décennies pour cultiver certains types de cellules cérébrales en laboratoire et ouvrir de nouvelles voies pour étudier des maladies dévastatrices qui affectent le cerveau postérieur ou le tronc cérébral, telles que l’amyotrophie musculaire spinale (AMS) et la sclérose latérale amyotrophique (également connue sous le nom de SLA ou maladie de Lou Gehrig).
Dans l’étude, le Dr Loh et ses co-auteurs ont découvert que le cerveau antérieur et le cerveau moyen, qui régissent le langage, le raisonnement et la conscience, proviennent d’une cellule progénitrice différente de celle du cerveau postérieur.
Le cerveau postérieur contrôle la respiration, le rythme cardiaque, le sommeil, la faim et les muscles utilisés pour parler et avaler.
En travaillant sur des embryons de souris, les chercheurs ont identifié deux populations cellulaires qui ne se chevauchent jamais, se distinguant par les gènes Otx2 et Gbx2.
Les cellules portent différentes configurations de chromatine, l’emballage qui détermine à quels gènes une cellule peut accéder.
« Nous avons montré pour la première fois que l’avant du cerveau provient d’une cellule progénitrice totalement différente de celle de l’arrière du cerveau », a déclaré le Dr Loh, auteur principal d’un article publié dans la revue Nature Neuroscience.
« Notre découverte signifie que nous pouvons désormais cultiver des neurones de l’arrière du cerveau, le cerveau postérieur, dans une boîte de Pétri et étudier leurs fonctions. »
Les scientifiques ont également réussi à convaincre des cellules souches pluripotentes humaines de devenir des motoneurones fonctionnels du cerveau postérieur en laboratoire.
Ces neurones cultivés en laboratoire présentaient toutes les caractéristiques des cellules authentiques du cerveau postérieur : ils présentaient des vagues d’activité électrique appelées potentiels d’action et fabriquaient des protéines qui identifient les segments du cerveau postérieur qui contrôlent les muscles du visage et de la déglutition.
« Les tentatives précédentes visant à créer des neurones du cerveau postérieur ont probablement tenté d’amadouer les progéniteurs du cerveau antérieur et du mésencéphale dans les cellules du cerveau postérieur, ce qui, selon notre étude, n’est pas possible », a déclaré Rayyan Jokhai, étudiant diplômé de l’Université de Stanford.
« Cette révélation explique des décennies de frustration dans ce domaine : les scientifiques essayaient de transformer un type de cellule progénitrice en un autre qu’elle est fondamentalement incapable de devenir. »
« Dans la biologie des cellules souches, les gens sont toujours obsédés par la création du type de cellule finale, comme le neurone. »
« Mais il est important de commencer dès les premiers stades du développement embryonnaire. »
« Notre attention particulière portée à ce premier moment nous a permis de trouver cette division fondamentale dans le développement du cerveau. »
Les résultats ont des implications pour l’étude des traitements contre la SMA, la SLA et d’autres affections affectant le tronc cérébral.
« Nous disposons désormais d’un modèle pour mieux comprendre ces maladies dévastatrices et travailler à la mise au point de thérapies régénératives pour elles », a déclaré Jokhai.
« Il s’agit d’une nouvelle frontière très passionnante dans la recherche sur le cerveau. »
Les auteurs ont également trouvé le même schéma à deux origines chez les poulets, le poisson zèbre et les vers glands.
« Nos recherches suggèrent que l’évolution a pris deux systèmes neuronaux existants et les a rapprochés spatialement », a déclaré le Dr Loh.
« Avoir le cerveau comme un seul organe serait probablement plus efficace, mais nous comptons sur cette manière primordiale de créer le cerveau en deux parties distinctes. »
« J’ai été surpris par nos découvertes car le mot » cerveau « implique un organe contigu qui a probablement une origine singulière », a déclaré Jokhai.
« Mais il y a même 500 millions d’années, il existait ces systèmes neuronaux séparés, qui fonctionnent désormais presque comme un seul, ce qui est très cool. »
