Deux ensembles de cellules de départ
Pendant des décennies, les manuels de biologie ont décrit le cerveau comme se développant à partir d'une seule cellule progénitrice précoce donnant naissance à chaque partie de l'organe. Une étude dirigée par Stanford Medicine, publiée dans Nature Neuroscience le 18 septembre, affirme que cette image est fausse.
En observant des embryons pendant la gastrulation, le stade où un simple amas de cellules s'organise en structures corporelles, l'équipe a identifié deux groupes distincts de cellules progénitrices neurales. Le prosencéphale et le mésencéphale proviennent d'une population. Le rhombencéphale, qui contrôle la respiration, le rythme cardiaque et la déglutition, se développe à partir d'une seconde population d'origine distincte.
« 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 Kyle Loh, professeur associé de biologie du développement à Stanford et auteur principal des travaux.
Un casse-tête dans la boîte de Petri
La découverte est née d'un problème de laboratoire. Les cellules souches de l'avant du cerveau étaient faciles à cultiver dans une boîte de Petri, tandis que les cellules destinées à devenir du tissu rhombencéphalique ne prenaient presque jamais. Les nouveaux travaux expliquent pourquoi : les expériences antérieures tentaient d'amener des progéniteurs du prosencéphale et du mésencéphale à devenir des cellules du rhombencéphale, ce que l'étude montre être impossible. En partant de la bonne population progénitrice, les chercheurs ont cultivé des neurones qui émettaient des potentiels d'action et produisaient des protéines marquant les segments du rhombencéphale qui contrôlent les muscles faciaux et de la déglutition.
550 millions d'années de câblage
L'équipe s'est ensuite penchée sur le temps évolutif. Elle a trouvé le même schéma à deux origines chez les poulets, les poissons-zèbres et les vers de chêne, de petites créatures du fond océanique qui partagent un ancêtre lointain avec les humains. Les méduses, qui ont divergé de la lignée humaine il y a environ 600 à 700 millions d'années, conservent deux systèmes nerveux à des extrémités différentes de leur corps.
Les auteurs soutiennent que l'évolution n'a pas inventé un cerveau à partir de zéro. Elle a pris deux systèmes nerveux qui existaient déjà et les a poussés ensemble spatialement. « Avoir le cerveau comme un seul organe serait probablement plus efficace, mais nous dépendons de cette manière primordiale de faire le cerveau en deux pièces séparées », a déclaré Loh. Parce que les deux moitiés sont construites selon des règles différentes, la découverte pourrait changer la façon dont les chercheurs modélisent en laboratoire des affections telles que les troubles du rhombencéphale.