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UNIGE: reptilien ou mammifère, un cerveau sur commande
28.06.2018
Une équipe internationale avec participation genevoise a découvert que la constitution d'un cerveau reptilien ou de mammifère ne dépend que de l'expression de trois gènes. Ces travaux sont publiés dans la revue Cell.
Le cerveau des mammifères est caractérisé par le développement d'un néocortex qui se superpose au cerveau plus ancien dit "reptilien". Des recherches antérieures ont démontré que cette distinction découle de la manière dont les neurones sont fabriqués: on parle de neurogenèse directe pour la partie ancienne du cerveau et indirecte pour le néocortex.
La fabrication des neurones découle de la division des cellules RGC (Radial Glia Cells). Lors de la neurogenèse directe, les RGC se divisent en deux et l'une des moitiés, rarement les deux, devient un neurone. Ce processus, typique du cerveau reptilien, est très rapide, mais ne produit que peu de neurones.
Au contraire, lors de la neurogenèse indirecte dans le néocortex, les cellules RGC se divisent soit en deux cellules RGC - qui elles-mêmes pourront continuer à se diviser -, soit en cellules IPC (Intermediate Progenitor Cells) qui donneront naissance à de nombreux neurones. Ce processus est plus lent, mais produit un très grand nombre de neurones qui forment le cerveau beaucoup plus développé du mammifère.
Chez l'humain et les autres mammifères, les deux processus sont utilisés: la neurogenèse directe pour le cerveau dit reptilien (olfactif, contrôle de la température, fonctions vitales) et la neurogenèse indirecte pour le néocortex contrôlant les fonctions cognitives supérieures telles que le langage, a indiqué l'Université de Genève (UNIGE) jeudi dans un communiqué.
Trois gènes
Pour tenter de savoir comment le cerveau choisit l'une ou l'autre méthode, une équipe comprenant des chercheurs espagnols, américains et allemands s'est associée à des scientifiques de l'UNIGE et de l'Institut suisse de bioinformatique.
L'idée: comparer le cerveau des reptiles aux cerveaux reptiliens des souris, plus particulièrement la zone olfactive, afin de regarder si les mêmes gènes sont exprimés dans les deux cas lors de la fabrication des neurones.
"Nous avons observé que deux gènes, Robo 1 et 2, sont très fortement exprimés lors de la neurogenèse directe, alors que le gène Dll1 est lui très peu exprimé, aussi bien chez le serpent que dans la partie reptilienne du cerveau de la souris", expose Athanasia Tzika, maître-assistante au Département de génétique et évolution de l'UNIGE.
"Lors de la neurogenèse indirecte dans le néocortex de la souris, c'est l'inverse! Robo 1 et 2 sont très peu exprimés, alors que Dll1 l'est fortement", poursuit la spécialiste. Ce premier résultat suggère que ce sont bien ces trois gènes qui contrôlent le choix des RGC et donc le type de processus qui est mis en place lors de la fabrication des neurones.
Cette hypothèse est jugée "très surprenante", car les spécialistes pensaient jusqu'à présent que l'évolution du néocortex chez les mammifères avait nécessité l'apparition de nombreux nouveaux gènes.
Cerveau sur commande
Les scientifiques ont alors été plus loin afin de vérifier leur constat. Grâce à des techniques de biologie moléculaire, ils ont augmenté l'expression de Robo 1 et 2 et réduit l'expression de Dll1 dans le néocortex de la souris.
Résultat: les RGC ont fabriqué des neurones par neurogenèse directe, comme chez les reptiles. Le tissu du mammifère s'est constitué aussi rapidement que celui du reptile, mais avec moins de neurones que lors de sa fabrication "standard".
L'opération inverse a ensuite été effectuée sur un embryon de serpent et la neurogenèse indirecte a pu être provoquée, générant des tissus néocorticaux typiques d'un mammifère.
"Le fait de pouvoir déclencher le développement d'un néocortex chez un reptile prouve que cette régulation existe depuis très longtemps et que les mammifères ont simplement acquis la capacité de contrôler ce processus", relève Athanasia Tzika.
Maladies du cerveau
Cette recherche démontre que seuls trois gènes sont responsables de la manière dont le cortex se forme et qu'ils sont facilement manipulables. Or, certaines maladies du développement du cerveau découlent justement d'un problème lors de la neurogenèse.
"Nous espérons que notre découverte des mécanismes responsables du développement et de l'évolution du néocortex chez les mammifères permettra de mieux comprendre certaines malformations cérébrales chez l'humain", conclut Mme Tzika.
ats