Des scientifiques découvrent un facteur clé dans le développement du cerveau humain

Depuis des années, les experts savent qu’une fine couche de cellules dans le néocortex – la partie du cerveau qui contrôle les fonctions d’ordre supérieur telles que la cognition, la perception et le langage – est directement corrélée à l’intelligence chez les mammifères. Plus la surface du néocortex est grande, plus la capacité mentale de cet organisme est développée. Par exemple, l’épaisseur du néocortex humain n’est qu’environ trois fois supérieure à celle des souris. Pourtant, la surface du néocortex humain est 1 000 fois supérieure à celle des souris. Les malformations de cette partie du cerveau évoluent vers des déficits de développement qui incluent les troubles du spectre autistique et les déficiences intellectuelles.

Ce qui n’est pas compris, c’est comment l’expansion évolutive de cette partie du cerveau se produit préférentiellement en faveur de l’expansion de la surface du néocortex au détriment de l’augmentation de son épaisseur. La façon dont les premières populations de cellules souches neurales – les éléments constitutifs du cerveau – se répartissent est un facteur clé de ce processus.

“Il existe de nombreuses, ce que nous appellerons, des unités de traitement individuelles qui sont disposées horizontalement dans le néocortex. Plus vous avez de surface, plus vous pouvez accueillir de ces unités de traitement”, a déclaré Vytas A. Bankaitis, professeur émérite au College of Medicine, EL Wehner-Welch Foundation Chair in Chemistry, et co-auteur de cette étude, qui a été publiée dans Rapports de cellule. “La question est de savoir pourquoi la surface néocorticale est tellement plus grande par rapport à son épaisseur à mesure que l’on monte dans l’arbre évolutif des mammifères ? Pourquoi les cellules souches neurales se propagent-elles dans une direction latérale lorsqu’elles prolifèrent et ne s’empilent pas les unes sur les autres ? “

Cette question est essentielle car lorsque les cellules ne s’étalent pas, mais s’accumulent, cela crée un néocortex plus épais avec une surface plus petite – une caractéristique qui a été observée dans des cas de déficience intellectuelle et même d’autisme.

“L’une des causes génétiques les plus étudiées de la déficience intellectuelle est une mutation dans un gène qui s’appelait à l’origine LIS1”, a déclaré Zhigang Xie, professeur adjoint au Collège de médecine et co-auteur de l’étude. “Cette mutation génétique provoquera un cerveau lisse, qui est associé à une déficience intellectuelle. Et une observation typique est que le néocortex du patient est plus épais que la normale. Il existe également des études très récentes qui identifient des différences communes dans le cerveau de l’autisme, notamment régions anormalement épaissies du néocortex chez ces individus.”

Les scientifiques savent depuis un certain temps que lorsque les cellules souches neurales se divisent, leurs noyaux montent et descendent dans leur espace anatomique en fonction du cycle cellulaire, un processus appelé migration nucléaire intercinétique. Pour ce faire, ils utilisent un réseau cytosquelettique qui agit comme des voies ferrées avec des moteurs qui déplacent les noyaux vers le haut ou vers le bas de manière étroitement régulée. Bien que plusieurs idées aient été proposées, il reste une énigme pourquoi les noyaux se déplacent de cette façon, comment ce réseau de voies ferrées est contrôlé et quel rôle joue la migration nucléaire intercinétique dans le développement du néocortex.

Dans leur étude, Xie et Bankaitis apportent des réponses à ces questions.

Quant à savoir pourquoi, Bankaitis explique que lorsqu’il y a tant de cellules si proches les unes des autres au stade embryonnaire du développement néocortical, le mouvement de leurs noyaux de haut en bas provoque des forces opposées vers le haut et vers le bas qui propagent les cellules souches neurales en division.

“Pensez à un tube de dentifrice”, a déclaré Bankaitis. “Si vous deviez prendre ce tube de dentifrice, le mettre entre vos mains, pousser du bas et pousser du haut, que se passerait-il ? Il s’aplatirait et s’étalerait. C’est essentiellement ainsi que cela fonctionne. Vous avez une force ascendante et une force descendante causée par le mouvement des noyaux qui étale ces cellules.”

Xie et Bankaitis démontrent également comment les cellules font cela en reliant plusieurs voies distinctes qui coopèrent pour « dire » aux cellules souches neurales du nouveau-né où aller.

“Je pense que pour la première fois, cela rassemble vraiment des molécules et des voies de signalisation qui indiquent comment ce processus est contrôlé et pourquoi il serait lié ou associé à des déficiences neurodéveloppementales”, a déclaré Bankaitis. “Nous avons pris une voie biochimique, l’avons liée à une voie biologique cellulaire et l’avons liée à une voie de signalisation qui parle au noyau pour favoriser le comportement nucléaire qui génère une force qui développe un cerveau compliqué. C’est maintenant un circuit complet.”

Les résultats de cette étude révèlent un facteur important dans les causes sous-jacentes du risque d’autisme, des déficiences intellectuelles et des malformations congénitales du tube neural. Les nouvelles connaissances sur les principes de base régulant la forme du néocortex aideront également à concevoir des systèmes de culture cérébrale in vitro qui reflètent plus précisément les processus de développement d’intérêt et améliorent les perspectives de développement de médicaments neurologiques.

“Bien qu’il puisse s’avérer qu’il y ait de nombreuses raisons pour lesquelles un néocortex s’épaissit au lieu de se propager, notre travail offre une nouvelle perspective sur la raison pour laquelle les patients atteints d’autisme et de déficiences intellectuelles affichent souvent un cortex plus épais”, a déclaré Xie. “Le fait que le produit du gène LIS1 soit un régulateur central de la migration nucléaire, y compris la migration nucléaire intercinétique que nous étudions dans ce travail, soutient les conclusions auxquelles nous parvenons dans cet article.”

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université A&M du Texas. Original écrit par Lindsey Hendrix. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.