Le timing est primordial : le facteur de croissance maintient le développement du cerveau sur la bonne voie

le 17 juillet, 2009

Le timing est primordial : le facteur de croissance maintient le développement du cerveau sur la bonne voie

le 17 juillet, 2009

LA JOLLA, CA — Tout comme un chef d'orchestre donnant le signal aux musiciens d'un orchestre, Fgf10, un membre de la famille des facteurs de croissance des fibroblastes (Ffg) des morphogènes, informe les cellules souches du cerveau que le moment de se mettre au travail est arrivé, garantissant ainsi qu'elles atteignent leur première étape de développement à temps, rapportent des scientifiques du Salk Institute for Biological Studies dans l'édition du 16 juillet 2009 de la revue. Neuron.

Leurs découvertes apportent non seulement de nouvelles perspectives sur le développement du cerveau et une nouvelle fonction pour les Fgfs, mais révèlent également un mécanisme possible pour l'expansion sélective de zones cérébrales spécifiques au cours de l'évolution, comme la taille considérablement accrue du lobe frontal chez l'homme.

Au cours du développement embryonnaire du cerveau, les cellules souches chargées de construire le cortex – la plus grande structure cérébrale et siège de la plupart des fonctions cognitives supérieures – passent par une série d’étapes étroitement régulées : de la cellule souche omnipotente aux cellules progénitrices corticales capables de produire des neurones.

« Le moment de chacune de ces transitions a des implications critiques pour le développement du cerveau, car des changements mineurs dans la proportion de progéniteurs présentant l'un ou l'autre mode de division aux premiers stades entraîneront des changements substantiels dans le nombre de neurones et la taille du cortex », explique Dennis O'Leary, Ph.D., professeur au laboratoire de neurobiologie moléculaire, qui a dirigé l’étude.

Au début de la corticogenèse, des cellules progénitrices de type cellules souches, appelées cellules neuroépithéliales, subissent une division cellulaire symétrique, produisant deux progéniteurs identiques pour accroître le pool de cellules neuroépithéliales. Plus tard, elles se différencient en cellules progénitrices plus matures, appelées cellules gliales radiales, qui se divisent ensuite de manière asymétrique pour produire deux cellules filles différentes : une cellule gliale radiale, qui maintient le pool de cellules progénitrices, et un neurone cortical, ou progéniteur basal. Ce dernier migre vers l'extérieur et produit ensuite des neurones pour établir les couches superficielles du cortex.

Mais on sait peu de choses sur les mécanismes qui régissent la période de transition critique qui relie la phase d’expansion précoce des cellules neuroépithéliales et la phase neurogène ultérieure, qui produit tous les neurones qui formeront finalement les six couches du cortex.

Initialement, Setsuko Sahara, Ph. D., chercheuse postdoctorale et première auteure, s'intéressait davantage à la structuration des zones cérébrales lorsqu'elle a commencé à étudier les effets de la suppression de Fgf10 dans le cerveau de souris. Mais il est rapidement apparu que la fonction première de Fgf10 était de réguler la différenciation de la glie radiale, un rôle qui a des implications importantes sur la taille du cerveau, notamment celle de certaines zones corticales. « Ces souris avaient un cerveau considérablement agrandi », explique Setsuko, « mais la structure était parfaitement intacte. »

Un examen plus approfondi a révélé que la transition de la phase d'expansion à la phase neurogène observée chez les progéniteurs corticaux était retardée d'environ deux jours. « En conséquence, les cellules neuroépithéliales continuent de se multiplier, générant un plus grand pool de cellules gliales radiales, qui à leur tour produisent davantage de neurones, aboutissant à un cortex plus grand », explique Sahara. Il est intéressant de noter que l'augmentation de taille était limitée au cortex frontal, ce qui démontre qu'au moment où la population de progéniteurs précoces s'est anormalement développée chez les mutants Fgf10, leur identité de zone était fixée.

« Ces résultats démontrent un mécanisme direct employé au cours du développement normal pour réguler la taille du cerveau », explique O'Leary. « Ces résultats ont également des implications potentielles sur l'évolution des aires corticales. L'expansion sélective du pool de progéniteurs par la régulation par Fgf10 du moment de la différenciation de la glie radiale pourrait expliquer l'expansion sélective du cortex frontal, qui a connu une forte expansion chez l'homme et est considérée comme importante pour l'évolution de traits considérés comme typiquement humains. »

Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health, les bourses JSPS pour la recherche à l'étranger et la Fondation commémorative Uehara.

À propos de l'Institut Salk d'études biologiques
Le Salk Institute for Biological Studies est l'un des principaux instituts de recherche fondamentale au monde. Des professeurs de renommée internationale y explorent des questions fondamentales des sciences de la vie dans un environnement unique, collaboratif et créatif. Axés à la fois sur la découverte et sur l'encadrement des futures générations de chercheurs, les scientifiques du Salk contribuent de manière révolutionnaire à notre compréhension du cancer, du vieillissement, de la maladie d'Alzheimer, du diabète et des maladies cardiovasculaires en étudiant les neurosciences, la génétique, la biologie cellulaire et végétale, ainsi que les disciplines connexes.

Les réalisations de ses professeurs ont été récompensées par de nombreuses distinctions, dont des prix Nobel et des adhésions à l'Académie nationale des sciences. Fondé en 1960 par le Dr Jonas Salk, pionnier du vaccin contre la polio, l'Institut est une organisation indépendante à but non lucratif et un monument architectural.