Qu’est-ce qui nous rend humains ? Selon les neurobiologistes, il s’agit de notre néocortex. Cette couche externe du cerveau est riche en neurones et nous permet de penser de manière abstraite, de créer de l’art et de parler des langages complexes. Une équipe internationale dirigée par le Dr Mareike Albert du Centre de thérapies régénératives de Dresde (CRTD) de l’Université technologique TUD de Dresde a identifié un nouveau facteur qui pourrait avoir contribué à l’expansion du néocortex chez l’homme. L’étude a été publié dans le Journal EMBO.
Le néocortex est la couche externe pliée caractéristique du cerveau qui ressemble à une noix. Il est responsable des fonctions cognitives supérieures. «Le néocortex est la partie du cerveau la plus récemment évoluée», explique le Dr Albert, chef de groupe de recherche au CRTD. « Tous les mammifères ont un néocortex, mais sa taille et sa complexité varient. Les néocortex humains et primates ont des plis tandis que, par exemple, les souris ont un néocortex complètement lisse, sans aucun pli. »
Les plis caractéristiques du cerveau humain augmentent la surface du néocortex. Le néocortex humain possède un plus grand nombre de neurones qui soutiennent des fonctions cognitives complexes.
Les mécanismes moléculaires à l’origine de l’évolution du néocortex sont encore largement inconnus. « Quels gènes sont responsables des différences inter-espèces dans la taille du néocortex ? Quels facteurs ont contribué à l’expansion du cerveau chez l’homme ? Répondre à ces questions est crucial pour comprendre le développement du cerveau humain et potentiellement lutter contre les troubles de santé mentale », explique le Dr Albert.
Le pouvoir des organoïdes cérébraux
Pour rechercher des facteurs influençant l’expansion cérébrale, le groupe Albert a comparé le développement des cerveaux de souris et d’humains. « Les cellules souches des souris ne se divisent pas autant et ne produisent pas autant de neurones que celles des primates. Les humains, en revanche, possèdent un grand nombre de cellules souches dans le cerveau en développement. Ce pool très étendu de cellules souches sous-tend l’augmentation du nombre de neurones et de la taille du cerveau », explique le Dr Albert.
L’équipe a découvert un facteur présent chez l’homme mais pas chez la souris. Utilisant la technologie de culture cellulaire 3D, le groupe a testé si le facteur nouvellement identifié pouvait influencer l’expansion du néocortex. « Grâce aux recherches récompensées par le prix Nobel en 2012, il est possible de transformer n’importe quelle cellule en cellule souche. Une telle cellule souche peut ensuite être transformée en un tissu tridimensionnel qui ressemble à un organe, par exemple un cerveau. » les cellules souches permettent d’étudier le développement et les maladies directement dans les tissus humains », explique le Dr Albert.
Ces cultures cérébrales 3D, ou organoïdes cérébraux, ne ressemblent peut-être pas à des cerveaux pour un œil non averti, mais elles imitent la complexité cellulaire des cerveaux en développement. « La plupart des types de cellules du cerveau en développement sont présents. Elles interagissent, signalent et sont disposées de la même manière que dans un cerveau humain réel », explique le Dr Albert.
En utilisant des organoïdes cérébraux 3D, le groupe a pu montrer qu’un facteur de croissance, appelé épiréguline, favorise effectivement la division et l’expansion des cellules souches dans le cerveau en développement.
Tout sur le montant
« Sachant que l’épiréguline pilote l’expansion des cellules souches néocorticales humaines, nous avons examiné le gène qui code pour l’épiréguline et essayé de le retracer à travers l’arbre évolutif », explique l’auteur principal de l’étude, Paula Cubillos, doctorante au CRTD. Le gène n’est pas propre à l’homme, mais il est également présent chez d’autres primates et même chez la souris.
« L’épiréguline n’est cependant pas produite dans le cerveau en développement de la souris, car le gène est définitivement désactivé et n’est pas utilisé. Nous étions intrigués de comprendre s’il existe des différences dans le fonctionnement de l’épiréguline chez l’homme et chez les autres primates », explique Cubillos.
Les chercheurs se sont à nouveau tournés vers la technologie de culture 3D. En utilisant des cellules souches de gorilles, les chercheurs ont généré des organoïdes cérébraux de gorilles. « Les gorilles sont des espèces en voie de disparition. Nous savons très peu de choses sur leur développement cérébral. Les organoïdes fabriqués à partir de cellules souches offrent un moyen d’étudier leur développement cérébral sans aucune interaction avec l’espèce », explique le Dr Albert.
En comparant l’effet de l’épiréguline sur les organoïdes cérébraux humains et de gorille, l’équipe a découvert que l’ajout d’épiréguline aux organoïdes cérébraux de gorille peut favoriser davantage l’expansion des cellules souches. Cependant, l’ajout d’encore plus d’épiréguline aux organoïdes du cerveau humain n’a pas eu le même effet. Cela pourrait être dû au fait que le néocortex humain s’est déjà considérablement développé.
« Contrairement aux facteurs précédemment identifiés, l’épiréguline en tant que telle ne semble pas être unique aux humains. Au lieu de cela, la quantité de facteur de croissance semble être le régulateur crucial des différences inter-espèces », conclut le Dr Albert.
Cette étude fait non seulement progresser notre compréhension du caractère unique de l’être humain, mais souligne également l’importance des nouvelles technologies qui offrent des compléments éthiques et non invasifs à la recherche animale.
Plus d’information:
Paula Cubillos et al, Le facteur de croissance EPIREGULIN favorise la prolifération des cellules progénitrices basales dans le néocortex en développement, La revue EMBO (2024). DOI : 10.1038/s44318-024-00068-7