Nel cervello convivono strutture nervose che provengono da diversi progenitori, evolute en maniera indipendente: questa scoperta sarà utile nella ricerca.
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Le cerveau humain est constitué de deux structures distinctes pour histoire évolutive et développement embryonnaire : des chercheurs de la Faculté de Médecine de l’Université de Stanford l’ont découvert. Dans un article publié dans Nature Neuroscience, ils démontrent que dans le cerveau coexistent, intégrés, deux systèmes nerveux dérivés de cellules progénitrices différentes : l’un plus primitif, qui régule les fonctions automatiques essentielles à la survie et qui commande les muscles du visage, de la langue et de la gorge, et l’autre plus récent et avancé qui supervise des fonctions « élevées » comme le langage, la conscience et le raisonnement abstrait.
La conclusion est importante surtout pour ceux qui s’occupent du cerveau dans la recherche fondamentale. Pendant des décennies, on a cru en effet que l’ensemble du cerveau originaire d’une seule cellule progénitrice lors des premières phases du développement embryonnaire.
L’idée que toutes les cellules cérébrales partagent une empreinte évolutive commune se heurtait toutefois à la difficulté de cultiver en laboratoire les neurones du rhombencéphale humain, une structure nerveuse plus primitive que celle où réside le cortex cérébral, la partie la plus étudiée du cerveau humain. Certaines maladies rares et progressives (comme la SLA ou sclérose latérale amyotrophique) affectent les neurones du rhombencéphale, et cette lacune dans la recherche fondamentale freinait les études sur d’éventuelles nouvelles thérapies.
Histoires et fonctions diverses
Le cerveau adulte est organisé en trois structures, rhombencéphale, mésencéphale et prosencéphale, qui se subdivisent au cours du développement embryonnaire. Le prosencéphale, dans la partie antérieure du cerveau, est la partie la plus complexe et évoluée : il supervise les fonctions sensorielles complexes (audition, vue, toucher), la régulation des émotions et des stimuli vitaux tels que la faim et le sommeil, et les fonctions cognitives supérieures.
Le rhombencéphale, situé à l’arrière du crâne, est la structure la plus ancienne et la moins évoluée, chargée de diriger les fonctions automatiques comme la pression sanguine, la digestion, le rythme cardiaque, l’état de vigilance, ainsi que les mouvements de base tels que ceux nécessaires pour avaler et respirer. Le mésencéphale est une structure de liaison entre les deux autres décrites.
Deux chemins parallèles
En étudiant l’un des tout premiers stades du développement embryonnaire chez la souris – la gastrulation, qui se produit au cours de la troisième semaine de gestation – les scientifiques ont observé que le rhombencéphale suit, par rapport au prosencéphale et au mésencéphale, une voie de développement séparée. Il dérive en effet d’une cellule progénitrice qui exprime un gène nommé Gbx2; le prosencéphale et le mésencéphale, quant à eux, d’une autre cellule exprimant le gène nommé Otx2.
Les deux populations cellulaires se développent de manière indépendante et parallèle dès le début, sans jamais se croiser et sans dériver l’une de l’autre.
Aussi l’organisation de l’ADN dans ces cellules est très différente.
Uno schema ricorrente nel corso dell’evoluzione
Des recherches complémentaires revenant sur 550 millions d’années d’histoire évolutive d’autres animaux suggèrent que ces deux systèmes séparés sont ensuite réunis en une seule structure pour des raisons d’économie et d’efficacité : donnant naissance, précisément, à ce que nous appelons aujourd’hui tout simplement le cerveau.
Un schéma analogue au nôtre se retrouve chez les poulets, chez les poissons zèbres, chez des vers vivant au fond de la mer, tandis que les méduses, séparées de notre lignée évolutive par 600 à 700 millions d’années, possèdent en réalité deux systèmes nerveux, situés aux extrémités opposées du corps.
Pourquoi tant de tentatives qui ont échoué
Certaines maladies génétiques rares et progressives, comme justement la SLA, mais aussi l’atrophie musculaire spinale (SMA), touchent aussi les neurones du rhombencéphale, privant progressivement les patients de la capacité de déglutir et de respirer.
Par le passé, les chercheurs ont longtemps tenté d’obtenir en laboratoire des cellules du rhombencéphale, mais « les tentatives antérieures de créer des neurones du rhombencéphale visaient probablement à induire les progéniteurs du prosencéphale et du mésencéphale à se transformer en cellules du rhombencéphale, ce que notre étude démontre ne pas être possible » explique Rayyan Jokhai, l’un des auteurs de la recherche.
Grâce à cette nouvelle découverte, l’équipe est parvenue à induire des cellules souches pluripotentes humaines (capables de devenir n’importe quel type de tissu) à devenir des motoneurones du rhombencéphale.
