Stanford révèle que le cerveau humain est le fruit de deux organes fusionnés par l’évolution

Une étude publiée dans Nature Neuroscience le 18 septembre a bouleversé une hypothèse fondamentale en neurosciences : le cerveau humain, longtemps considéré comme un organe unique ayant une origine développementale commune, semble être le résultat de deux anciens systèmes nerveux fusionnés au cours de plus de 500 millions d'années d'évolution.sciencedaily

Des chercheurs de Stanford Medicine ont découvert que le cerveau antérieur et le cerveau moyen proviennent d'une population de cellules progénitrices, tandis que le cerveau postérieur se développe à partir d'un type de cellule précoce totalement distinct. Les deux systèmes suivent des voies de développement différentes dès les premiers stades embryonnaires et ne se chevauchent jamais.sciencedaily

"Nous avons démontré 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 et auteur principal de l'étude.iosconews+1

Deux systèmes, deux fonctions

Le cerveau antérieur soutient les capacités supérieures, notamment le langage, la conscience et le raisonnement abstrait. Le cerveau postérieur, souvent appelé tronc cérébral, contrôle les fonctions de survie automatiques telles que la respiration, la régulation du rythme cardiaque, le sommeil et la faim.sciencedaily

Les chercheurs ont étudié des embryons de souris en développement et ont identifié que les progéniteurs du cerveau antérieur et moyen expriment un gène appelé Otx2, tandis qu'une population distincte exprimant Gbx2 donne naissance au cerveau postérieur. L'analyse de la chromatine, le matériau qui emballe l'ADN à l'intérieur des cellules, a confirmé que les deux populations sont engagées sur des voies de développement séparées dès le départ.sciencedaily

Une percée pour la recherche médicale

Cette découverte a résolu un problème de laboratoire de longue date. Pendant des décennies, les scientifiques n'avaient pas réussi à cultiver des neurones du cerveau postérieur in vitro, probablement parce qu'ils tentaient de convertir des progéniteurs du cerveau antérieur en cellules du cerveau postérieur, ce que l'étude démontre être impossible.sciencedaily

Forts de cette nouvelle compréhension, l'équipe a réussi pour la première fois à guider des cellules souches pluripotentes humaines vers des motoneurones fonctionnels du cerveau postérieur. Les cellules cultivées en laboratoire ont produit des signaux électriques et fabriqué des protéines associées à des régions spécifiques du cerveau postérieur contrôlant les muscles faciaux et de la déglutition.sciencedaily

Cette avancée ouvre de nouvelles voies pour étudier les maladies qui endommagent le tronc cérébral, notamment la sclérose latérale amyotrophique et l'amyotrophie spinale, une cause génétique majeure de décès chez les enfants de moins d'un an.sciencedaily

Un ancien modèle évolutif

L'équipe a retracé le modèle cérébral à double origine sur 550 millions d'années d'histoire évolutive, retrouvant la même disposition chez les poulets, les poissons-zèbres et les vers glands, de petites créatures des fonds marins qui partagent un ancêtre commun lointain avec les humains.iosconews+1

"Nos recherches suggèrent que l'évolution a pris deux systèmes neuronaux existants et les a poussés ensemble spatialement", a déclaré Loh. "Avoir un cerveau en un seul organe serait probablement plus efficace, mais nous dépendons de cette manière primordiale de fabriquer le cerveau en deux pièces séparées".sciencedaily