Le cerveau humain naît de deux origines distinctes

Une équipe menée par Stanford Medicine a rapporté le 18 septembre dans Nature Neuroscience que ce que les manuels d'anatomie traitent comme un organe unique est bâti à partir de deux points de départ indépendants. En étudiant des embryons de souris pendant la gastrulation — le stade où le plan du corps se dessine —, les chercheurs ont identifié deux populations de cellules progénitrices qui ne se mélangent jamais. La première, marquée par le gène Otx2, donne le prosencéphale et le mésencéphale. La seconde, marquée par Gbx2, est vouée au rhombencéphale : la région du tronc cérébral qui règle la respiration, le rythme cardiaque et le sommeil et commande les muscles du visage, de la langue et de la gorge.

Les deux populations s'excluent dès les premiers stades et leur chromatine — l'empaquetage de l'ADN qui détermine à quels gènes une cellule accède — est configurée de façon si différente que chaque progénitrice est verrouillée sur son destin. "Nous avons montré pour la première fois que l'avant du cerveau provient d'une cellule progénitrice totalement différente de celle de l'arrière", a déclaré Kyle Loh, professeur associé de biologie du développement et auteur principal de l'étude. Le constat contredit le modèle en vigueur depuis des décennies, selon lequel une seule cellule progénitrice engendre tout le cerveau. Les doctorants Carolyn Dundes et Rayyan Jokhai signent comme premiers coauteurs.

Le résultat éclaire aussi un échec ancien : depuis des décennies, personne ne parvenait à produire de neurones humains du rhombencéphale en culture. "Les tentatives précédentes ont probablement cherché à transformer des progénitrices du prosencéphale et du mésencéphale en cellules du rhombencéphale, ce que notre étude montre impossible", a dit Jokhai. En partant de la bonne lignée, les chercheurs ont transformé pour la première fois des cellules souches pluripotentes humaines en motoneurones du rhombencéphale fonctionnels. Selon Stanford Medicine, ces cellules ont produit des potentiels d'action et des protéines propres aux segments du rhombencéphale commandant le visage et la déglutition.

C'est ce qui fait déborder ce travail de la biologie du développement. L'amyotrophie spinale figure parmi les premières causes génétiques de décès chez les enfants de moins de 1 an ; la SLA est le plus souvent diagnostiquée entre 40 et 70 ans. Dans les deux cas, certains neurones du rhombencéphale cessent peu à peu de fonctionner et les patients perdent la capacité d'avaler, puis de respirer. Faute de tissu du tronc cérébral prélevable chez des patients vivants, ces maladies étaient presque impossibles à étudier directement. Ce que l'équipe de Stanford a produit est un modèle pour cette recherche, pas une thérapie.

Le groupe a aussi retracé ce schéma sur 550 millions d'années d'évolution, le retrouvant chez le poulet, le poisson-zèbre et le ver gland. "Nos travaux suggèrent que l'évolution a pris deux systèmes nerveux existants et les a poussés l'un contre l'autre dans l'espace", a déclaré Loh. Des questions restent ouvertes : l'origine développementale de la moelle épinière et la façon exacte dont l'amyotrophie spinale et la SLA abîment ces neurones — les deux chantiers annoncés pour la suite.