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Une étude de Stanford remet en cause l’origine unique du cerveau
L’étude indique que le futur cerveau antérieur et moyen, d’une part, et le futur cerveau postérieur, d’autre part, ne dériveraient pas d’une unique population précoce de progéniteurs neuraux. Il s’agit d’un nouveau modèle du développement embryonnaire, et non de la preuve que le cerveau adulte fonctionnerait comme d...
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Réponse de recherche
Points clés à retenir
- L’étude indique que le futur cerveau antérieur et moyen, d’une part, et le futur cerveau postérieur, d’autre part, ne dériveraient pas d’une unique population précoce de progéniteurs neuraux.
- Il s’agit d’un nouveau modèle du développement embryonnaire, et non de la preuve que le cerveau adulte fonctionnerait comme deux organes déconnectés.
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Pendant des décennies, le développement cérébral a souvent été décrit comme une ramification progressive : une même population initiale de progéniteurs neuraux se diviserait peu à peu pour former les grandes régions du cerveau. Une étude dirigée par Stanford Medicine, publiée dans Nature Neuroscience, propose un scénario différent : l’avant et l’arrière du cerveau commenceraient leur développement à partir de populations cellulaires distinctes, déjà engagées dans des destins différents. 1
Deux points de départ plutôt qu’une seule branche
Les chercheurs décrivent deux populations précoces de l’ectoderme neural, le tissu embryonnaire à l’origine du système nerveux :
- les cellules exprimant Otx2 formeraient le territoire neural antérieur, à l’origine du cerveau antérieur et du mésencéphale ;
- les cellules exprimant Gbx2 formeraient le territoire neural postérieur, à l’origine du rhombencéphale, ou cerveau postérieur.
1
L’enjeu ne se limite donc pas à l’existence de marqueurs génétiques propres à chaque région. Selon l’interprétation des auteurs, ces cellules correspondent à deux origines développementales distinctes, et non à des étapes transitoires d’un itinéraire cellulaire unique menant à l’ensemble du cerveau. 1
Cette lecture renouvelle aussi la compréhension de la frontière entre le mésencéphale et le cerveau postérieur. Cette limite, marquée par les domaines d’expression d’Otx2 et de Gbx2, est depuis longtemps importante en biologie du développement. Les nouveaux travaux suggèrent qu’elle reflète une séparation plus précoce et plus profonde de l’identité des cellules progénitrices.
Le rôle d’Otx2 et de Gbx2
Dans les programmes précoces étudiés, les cellules positives pour Otx2 et celles positives pour Gbx2 s’excluent mutuellement. Chaque population emprunte ainsi une trajectoire distincte de régulation des gènes :
- le programme Otx2 favorise une identité antérieure et la formation ultérieure du cerveau antérieur et du mésencéphale ;
- le programme Gbx2 favorise une identité postérieure et la formation du cerveau postérieur.
Les chercheurs ont également observé des états de chromatine différents dans ces deux populations. La chromatine détermine en partie quelles portions de l’ADN sont accessibles et peuvent être utilisées par la cellule. Des configurations distinctes peuvent donc rendre certains programmes de développement disponibles, et d’autres beaucoup plus difficiles à activer. Les auteurs y voient un indice que les deux types cellulaires sont très tôt orientés vers leur destinée régionale respective. 1
Une hypothèse évolutive à interpréter avec prudence
L’équipe rapporte une organisation développementale comparable chez la souris, le poulet, le poisson-zèbre, le macaque et le ver acorn, aussi appelé entéropneuste. Cette convergence entre espèces a conduit les auteurs à proposer que le cerveau des vertébrés puisse réunir deux systèmes neuraux très anciens, associés au cours de l’évolution. 1
Cette conclusion reste une interprétation évolutive fondée sur des observations de développement et de comparaison entre espèces. Elle ne signifie pas que le cerveau adulte serait littéralement constitué de deux organes anatomiquement séparés et autonomes. L’idée essentielle est plus précise : les régions antérieures et postérieures du cerveau pourraient conserver des histoires développementales profondément différentes.
Pourquoi produire des neurones du cerveau postérieur était si difficile
Ce modèle à deux lignées apporte une explication possible à un obstacle rencontré avec les cellules souches. Si des chercheurs partent de progéniteurs déjà engagés dans une voie associée à Otx2 — donc vers le cerveau antérieur ou le mésencéphale — tenter ensuite de les convertir en cellules du cerveau postérieur peut se heurter à leur état régulateur déjà établi.
La nouvelle approche suit au contraire la voie précoce appropriée, associée à Gbx2. Stanford Medicine indique que cette stratégie a permis de générer en culture des neurones humains du cerveau postérieur, afin d’étudier les fonctions de cellules issues de cette région. 1
La précision de cette étape est importante : des cellules reproduisant plus fidèlement leur trajectoire de développement devraient constituer de meilleurs modèles expérimentaux que des cellules qui ne ressemblent que superficiellement au type recherché. Elles peuvent notamment aider à analyser l’effet de variations liées à une maladie sur les neurones concernés.
Un intérêt pour les maladies des motoneurones
Les motoneurones du cerveau postérieur participent au contrôle de fonctions crâniennes, notamment les muscles du visage, de la déglutition et de la respiration. Pouvoir les produire à partir de cellules souches pluripotentes humaines pourrait donc favoriser l’étude en laboratoire de maladies qui les affectent, comme l’amyotrophie musculaire spinale ou la sclérose latérale amyotrophique (SLA).
À court terme, l’application envisagée concerne surtout la modélisation des maladies et les essais expérimentaux de médicaments. L’étude ouvre la voie à de possibles approches régénératives, mais elle ne démontre ni greffe thérapeutique ni régénération clinique chez des patients. 1
Ce qu’il faut retenir
Cette étude change la manière de poser le problème de la fabrication de cellules cérébrales en laboratoire. Au lieu de chercher à orienter un précurseur neural supposé générique vers n’importe quelle région du cerveau, il pourrait être nécessaire de partir dès le départ de la bonne lignée précoce.
Pour étudier le cerveau postérieur, cela revient à suivre la voie développementale associée à Gbx2. Si ce modèle est confirmé par d’autres travaux, les neurones du cerveau postérieur cultivés en laboratoire pourraient devenir des outils plus fiables pour comprendre certaines maladies et tester de nouvelles interventions. 1
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Les gens demandent aussi
Quelle est la réponse courte à « Une étude de Stanford remet en cause l’origine unique du cerveau » ?
L’étude indique que le futur cerveau antérieur et moyen, d’une part, et le futur cerveau postérieur, d’autre part, ne dériveraient pas d’une unique population précoce de progéniteurs neuraux.
Quels sont les points clés à valider en premier ?
L’étude indique que le futur cerveau antérieur et moyen, d’une part, et le futur cerveau postérieur, d’autre part, ne dériveraient pas d’une unique population précoce de progéniteurs neuraux. Il s’agit d’un nouveau modèle du développement embryonnaire, et non de la preuve que le cerveau adulte fonctionnerait comme deux organes déconnectés.