Alors que les scientifiques ont longtemps considéré le cerveau comme un organe unique, provenant d’un ancêtre commun, des neuroscientifiques de l’université Stanford, en Californie, ont découvert qu’il résulterait de deux encéphales distincts. Pour la première fois, ils démontrent que la partie antérieure du cerveau provient d’une cellule génitrice différente de celle de la partie postérieure. Ces deux organes issus de lignées cellulaires séparées coexisteraient à l’intérieur du crâne depuis plusieurs centaines de millions d’années.
Les auteurs publient leurs résultats dans la revue Nature Neuroscience. Ils formulent ainsi la question demeurée jusqu’ici sans réponse, à savoir quand et comment les différentes régions cérébrales se sont différenciées les unes des autres : « Existe-t-il un seul ou plusieurs précurseurs de l’ectoderme neural à l’origine de l’ensemble du cerveau, chacun étant destiné à former des régions cérébrales spécifiques ? »
L’ectoderme est le feuillet cellulaire externe de l’embryon qui donne naissance à la peau et au système nerveux. Les travaux scientifiques « de traçage de lignées sur des embryons de souris » viennent étayer l’hypothèse que le cerveau est un organe composite issu de deux progéniteurs conservés sur le plan évolutif depuis des centaines de millions d’années.
« On pourrait faire l’analogie avec un smartphone, qui est composé de plusieurs pièces provenant de différents pays, lesquelles sont ensuite assemblées pour former un tout », nous explique le principal auteur de l’étude, Kyle Loh, maître de conférences en biologie du développement à Stanford.
Une origine partagée par de nombreuses espèces
Cette origine du cerveau humain à partir de deux lignées cellulaires distinctes serait même partagée par de nombreuses espèces. En effet, « ces deux précurseurs cérébraux, nous précise Kyle Loh, existent chez les singes, les souris, les poulets, les poissons-zèbres et les vers à gland. Les vers à gland (ou entéropneustes – NDLR), qui vivent dans les fonds marins, se sont séparés de nous il y a 550 millions d’années. C’était il y a si longtemps que cela précède même le supercontinent Pangée ! » Ce qui suggère que ces deux précurseurs cérébraux sont anciens, puisqu’ils sont apparus à une époque très reculée de l’évolution.
Pour révéler que les parties antérieure et postérieure de l’encéphale ne sont pas constituées du même tissu, l’équipe scientifique a étudié des embryons de souris pendant la gastrulation, l’une des premières étapes du développement de l’embryon. Ils ont observé que les cellules cérébrales se divisent en deux groupes distincts au bout de quelques jours.
D’un côté, des cellules expriment le gène Otx2 et, de l’autre, le gène Gbx2, formant respectivement l’avant et l’arrière du cerveau. Ce qui les sépare, c’est la chromatine, une structure composée d’ADN et de protéines qui détermine quels gènes une cellule est capable d’activer.
Les cellules qui poussent le gène Otx2 constituent le cerveau antérieur, responsable de la pensée, de la mémoire, de l’apprentissage, des émotions et du traitement des informations sensorielles. Les cellules qui activent le gène Gbx2 forment, elles, l’arrière du cerveau, qui gère la respiration, le sommeil et le rythme cardiaque.
Vers une meilleure compréhension des maladies neurologiques
Prouesse complémentaire, et c’est aussi une première, les scientifiques de Stanford sont parvenus à cultiver en laboratoire des cellules du cerveau postérieur. « Nous avons étudié la façon dont le cerveau se construit chez les animaux. En parallèle, ajoute Kyle Loh, nous avons étudié comment les cellules souches se transforment en cellules cérébrales dans une boîte de Petri. »
La culture in vitro de cellules progénitrices du cerveau postérieur pourrait ainsi révolutionner la compréhension des maladies neurologiques et ouvrir la voie à de nouveaux traitements pour des maladies neurodégénératives jusqu’ici incurables, comme l’atrophie musculaire spinale (AMS) et la sclérose latérale amyotrophique (SLA), qui affectent le tronc cérébral et détruisent progressivement les neurones moteurs.
La possibilité de cultiver ces neurones en laboratoire permettra aux scientifiques d’observer comment ils dysfonctionnent et de tester des molécules pour agir sur eux.
« La sclérose latérale amyotrophique et l’atrophie musculaire spinale sont des maladies neurodégénératives mortelles, rappelle Kyle Loh. Ces patients peuvent souffrir de troubles de l’alimentation et de la déglutition mettant leur vie en danger, causés par la mort des motoneurones du cerveau postérieur. En étudiant la formation de la partie postérieure du cerveau, nous avons créé des motoneurones du cerveau postérieur humain dans une boîte de Petri à partir de cellules souches. »
La capacité à produire en grand nombre des motoneurones du cerveau postérieur humain offre aux chercheurs une plateforme puissante pour étudier comment ces maladies mortelles détruisent ces neurones, et pourrait les aider à tester de nouveaux traitements contre ces maladies.
Anna Musso
L'Humanité du 12 octobre 2026
La photo: Prouesse complémentaire, et c’est aussi une première, les scientifiques de Stanford sont parvenus à cultiver en laboratoire des cellules du cerveau postérieur.
© gorodenkoff/iStockphoto
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