Tout est dans le timing : le facteur de croissance maintient le développement du cerveau sur la bonne voie

17 juillet 2009

Tout est dans le timing : le facteur de croissance maintient le développement du cerveau sur la bonne voie

17 juillet 2009

LA JOLLA, CA—Tout comme un chef d'orchestre guidant les musiciens d'un orchestre, Fgf10, membre de la famille des morphogènes du facteur de croissance des fibroblastes (Ffg), permet aux cellules souches cérébrales de savoir que le moment de se mettre au travail est arrivé, en s'assurant qu'elles frappent leur premier jalon 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 ajoutent non seulement de nouvelles informations 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 du cerveau embryonnaire, 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 timing de chacune de ces transitions a des implications critiques pour le développement du cerveau, puisque 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. " dit Dennis O'Leary, Ph.D., professeur au Laboratoire de neurobiologie moléculaire, qui a dirigé l'étude.

Au début de la corticogenèse, les cellules progénitrices ressemblant à des cellules souches, appelées cellules neuroépithéliales, subissent une division cellulaire symétrique, produisant deux progéniteurs identiques pour élargir le pool de cellules neuroépithéliales. Plus tard, ils se différencient en cellules progénitrices plus matures appelées glie radiale, qui se divisent ensuite de manière asymétrique pour produire une paire de cellules filles différentes : une glie radiale pour maintenir le pool de cellules progénitrices et un neurone cortical ou un progéniteur basal. Ces derniers vont migrer vers l'extérieur puis produire 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 éventuellement les six couches du cortex.

Initialement, la chercheuse postdoctorale et première auteure Setsuko Sahara, Ph.D., s'intéressait davantage à la structuration des zones lorsqu'elle a commencé à examiner les effets de la suppression de Fgf10 dans le cerveau de la souris. Mais il est rapidement devenu clair que la fonction principale de Fgf10 était de réguler la différenciation des cellules gliales radiales, un rôle qui a des implications significatives sur la taille du cerveau, notamment sur la taille de zones corticales spécifiques. "Ces souris avaient un cerveau considérablement agrandi", explique Setsuko, "mais la structure était parfaitement fine."

Un examen plus approfondi a révélé que la transition de la phase d'expansion à la phase neurogène présentée par 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 plus de neurones, ce qui aboutit finalement à un cortex plus grand", explique Sahara. Il est intéressant de noter que l’augmentation de la taille était limitée au cortex frontal, démontrant qu’au moment où la population des premiers progéniteurs s’est anormalement développée chez les mutants Fgf10, leur identité de zone avait été fixée.

"Ces résultats démontrent un mécanisme direct utilisé au cours du développement normal pour réguler la taille du cerveau", explique O'Leary. "Ces découvertes ont également des implications potentielles sur la façon dont les zones corticales ont évolué. L'expansion sélective du pool de progéniteurs par la régulation Fgf10 du moment de la différenciation gliale radiale pourrait expliquer l'expansion sélective du cortex frontal, qui a été considérablement élargi chez l'homme et est considéré comme être important pour faire évoluer ce qui est considéré comme des traits typiquement humains.

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

À propos de l'Institut Salk d'études biologiques
Le Salk Institute for Biological Studies est l'une des principales institutions de recherche fondamentale au monde, où des professeurs de renommée internationale étudient les 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 générations futures de chercheurs, les scientifiques de Salk apportent des contributions révolutionnaires à notre compréhension du cancer, du vieillissement, de la maladie d'Alzheimer, du diabète et des troubles cardiovasculaires en étudiant les neurosciences, la génétique, la biologie cellulaire et végétale et les disciplines connexes.

Les réalisations du corps professoral ont été récompensées par de nombreuses distinctions, notamment des prix Nobel et des adhésions à l'Académie nationale des sciences. Fondé en 1960 par Jonas Salk, MD, pionnier du vaccin contre la poliomyélite, l'Institut est une organisation indépendante à but non lucratif et un monument architectural.