Les plis du cerveau humain sont immédiatement reconnaissables. Les crêtes serpentantes et les sillons profonds donnent au tissu spongieux à l’intérieur de la structure de notre tête et l’apparence d’une noix ridée.
Dans des pics appelés gyri et des fissures appelées sulci, la couche la plus externe du tissu cérébral est pliée afin que des rames de celui-ci puissent être pressées dans le crâne, et c’est ici, sur la surface ridée du cerveau, que la mémoire, la pensée, l’apprentissage et le raisonnement se produisent. .
Ce pliage, ou gyrificationest crucial pour le bon fonctionnement et les circuits du cerveau – et on dit que c’est pourquoi les humains ont de plus grandes capacités cognitives que les singes et les éléphants, dont le cerveau a des plis, et les rats et les souris, dont le cerveau à surface lisse n’en a pas.
Maintenant, une équipe de scientifiques a découvert pourquoi certaines personnes ont plus de plis cérébraux que d’autres, dans une condition qui affecte le développement normal du cerveau appelée polymicrogyrie (PMG).
Dans la polymicrogyrie, trop de gyri sont empilés les uns sur les autres, ce qui entraîne un cortex anormalement épais et entraîne un large éventail de problèmes tels qu’un retard de développement neurologique, une déficience intellectuelle, des difficultés d’élocution et des crises d’épilepsie.
“Jusqu’à récemment, la plupart des hôpitaux traitant des patients atteints de cette maladie ne testaient pas les causes génétiques”, explique Joseph Gleeson, neuroscientifique à l’Université de Californie à San Diego (UCSD), l’un des chercheurs à l’origine de la nouvelle étude.
La polymicrogyrie se présente sous de nombreuses formes, avec un épaississement cortical localisé ou généralisé détectable sur les scintigraphies cérébrales.
Mutations dans 30 gènes et compte ont été associés à la condition. Mais comment l’une de ces erreurs génétiques, seules ou en tandem, entraîne le tissu cérébral sur-plié reste incertaine. De nombreux cas de PMG n’ont pas non plus de cause génétique identifiable.
On pense que cela a quelque chose à voir avec la migration tardive des cellules cérébrales corticales au début du développement qui conduit à un cortex désordonné. Les cortex est la couche la plus externe du cerveau à deux lobes du cerveau, une fine couche de matière grise composée de milliards de cellules.
Pour approfondir ses recherches, Gleeson a collaboré avec des chercheurs de l’Institut de recherche sur la génétique et le génome humain du Caire pour puiser dans une base de données de près de 10 000 familles du Moyen-Orient touchées par une forme de maladie cérébrale pédiatrique.
Ils ont trouvé quatre familles avec une forme presque identique de PMG, toutes porteuses de mutations dans un gène. Ce gène code pour une protéine qui s’accroche à la surface des cellules, avec le nom imaginatif de protéine transmembranaire 161B (TMEM161B). Mais personne ne savait ce que cela faisait.
Gleeson et ses collègues ont montré dans des expériences ultérieures que TMEM161B se trouve dans la plupart des types de cellules cérébrales fœtales : dans les cellules progénitrices qui se transforment en neurones spécialisés, dans les neurones matures qui excitent ou inhibent leurs voisins, et dans cellules gliales qui soutiennent et protègent les neurones de diverses manières.
Cependant, TMEM161B appartient à une famille de protéines qui est apparue pour la première fois, de manière évolutive, dans les éponges – qui n’ont pas de cerveau.
Cela a intrigué Gleeson et son collègue neuroscientifique de l’UCSD, Lu Wang, qui se sont demandé si la protéine pouvait affecter indirectement le repliement cortical en se mêlant de certaines propriétés cellulaires de base qui donnent forme à des tissus complexes.
“Une fois que nous avons identifié TMEM161B comme la cause, nous avons cherché à comprendre comment un pliage excessif se produit”, dit Wang, l’auteur principal de l’étude.
En utilisant cellules souches dérivés d’échantillons de peau de patients, les chercheurs ont généré organoïdes, de minuscules répliques de tissus qui s’auto-organisent dans des plats en plastique comme le font les tissus et les organes corporels. Mais les organoïdes fabriqués à partir de cellules de patients étaient très désorganisés et présentaient des fibres gliales radiales perturbées.
Dans le cerveau en développement, ces cellules progénitrices – qui donnent naissance aux neurones et à la glie – se positionnent généralement au sommet du cortex et s’étendent radialement vers le bas vers la couche inférieure du tissu cortical. Cela crée un système d’échafaudage qui prend en charge la migration d’autres cellules nouvellement formées à mesure que le cortex se développe.
Mais sans TMEM161B, les fibres gliales radiales des organoïdes avaient perdu le sens de la manière de s’orienter. D’autres expériences ont également montré que le cytosquelette interne des cellules était en désordre.
Il semble donc que sans leur propre échafaudage interne, les fibres gliales radiales ne peuvent pas être l’échafaudage dont les autres cellules ont besoin pour trouver leur place dans le cerveau en développement.
Bien que cette découverte soit un pas en avant prometteur, nous donnant des indices sur le déroulement de la maladie, elle ne peut être pertinente que pour une petite fraction ou encore inconnue des cas de PMG.
Beaucoup plus de recherches sont nécessaires pour étoffer notre compréhension du nombre de personnes atteintes de PMG qui sont affectées par des mutations dans TMEM161B – mais maintenant les chercheurs savent ce qu’il faut rechercher, ils peuvent parcourir d’autres ensembles de données à la recherche de plus de cas.
“Nous espérons que les médecins et les scientifiques pourront développer nos résultats pour améliorer le diagnostic et les soins des patients atteints de maladies cérébrales”, dit Gleson. C’est un long chemin mais plein d’espoir.
L’étude a été publiée dans PNAS.
