Comment un gène façonne l'architecture du cerveau humain
Des chercheurs du monde entier étudient comment le cerveau humain atteint son extraordinaire complexité. Une équipe de l'Institut central de santé mentale de Mannheim et du Centre allemand des primates - Institut Leibniz pour la recherche sur les primates de Göttingen a maintenant utilisé des organoïdes pour montrer que le gène ARHGAP11A joue un rôle crucial dans le développement du cerveau. En l'absence de ce gène, des processus clés impliqués dans la division et la structure cellulaires sont déséquilibrés.
Le cerveau humain nous distingue des autres êtres vivants comme aucun autre organe. Il permet le langage, la pensée abstraite, un comportement social complexe et la culture. Mais comment cet organe extraordinairement puissant peut-il se développer et comment s'assurer que les cellules nerveuses et les cellules de soutien se forment exactement au bon endroit pour créer la complexité du cerveau humain ? Une équipe dirigée par le Dr Julia Ladewig, de l'Institut central de santé mentale (CIMH) de Mannheim, et le Dr Michael Heide, du Centre allemand des primates (DPZ) de Göttingen, s'est penchée sur cette question au niveau moléculaire. Dans une étude publiée dans la revue Cell Reports, les chercheurs montrent que le gène ARHGAP11A joue un rôle clé dans l'organisation du développement du cerveau.
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De l'ordre dans la banque de cellules souches : Les chercheurs découvrent le rôle central du gène ARHGAP11A
Au plus profond du cerveau en développement se trouve la zone ventriculaire. Cette zone peut être décrite comme un réservoir de cellules souches, car les cellules souches spécialisées qui s'y trouvent produisent continuellement de nouvelles cellules nerveuses. Pour que ces cellules sachent comment se diviser, où migrer et quand se transformer en cellules nerveuses, elles doivent constamment remodeler leur structure interne, le cytosquelette. Les chercheurs ont maintenant découvert que le gène ARHGAP11A joue un rôle clé dans le contrôle de ces processus. Il veille à ce que les cellules souches conservent leur orientation lors de la division cellulaire et à ce que l'architecture de la zone ventriculaire reste stable.
Quand l'orientation est perdue
Sans ARHGAP11A, les cellules souches perdent leur ordre, se détachent trop tôt du tissu et commencent à se transformer en cellules nerveuses. Le réservoir de cellules souches s'épuise alors trop rapidement. En conséquence, d'importants types de cellules manquent par la suite, comme les cellules de soutien, qui sont essentielles à la maturation et à la stabilité du cerveau.
La protéine ARHGAP11A agit comme un interrupteur moléculaire. Elle régule ce que l'on appelle les Rho GTPases, de petites molécules qui contrôlent le cytosquelette et déterminent ainsi la façon dont les cellules se forment, se divisent et se déplacent. ARHGAP11A veille ainsi à ce que les cellules précurseurs conservent leur forme et s'organisent correctement dans la zone ventriculaire.
Les organoïdes cérébraux fournissent des informations cruciales
Pour étudier ces mécanismes en détail, les chercheurs ont utilisé des organoïdes cérébraux, c'est-à-dire des modèles du cerveau humain cultivés en laboratoire à partir de cellules souches. Ils ont ainsi pu comprendre comment ARHGAP11A façonne l'architecture cellulaire et comment une perturbation de ce mécanisme entraîne des malformations. Fait remarquable, les chercheurs ont pu montrer que l'inhibition pharmacologique à court terme des voies de signalisation hyperactives inversait partiellement la malformation. "Cela montre que ce processus de développement du cerveau peut en principe être influencé", explique le premier auteur, Yannick Hass, chercheur à l'Institut Hector pour la recherche translationnelle sur le cerveau (HITBR) et au CIMH de Mannheim.
Une précision inégalée grâce aux organoïdes cérébraux
L'étude montre que les études sur les souris ne peuvent pas reproduire entièrement la complexité du développement du cerveau humain. "Les mêmes effets n'ont pas pu être détectés dans les tissus de souris après la perte d'ARHGAP11A. Cela souligne l'importance des modèles organoïdes humains pour la recherche biomédicale", explique le Dr Michal Heide, chef du groupe de travail sur le développement et l'évolution du cerveau au German Primate Center.
Le Dr Julia Ladewig, chef du groupe de recherche sur les pathologies cérébrales liées au développement au CIMH, souligne également l'importance de cette approche : "Les organoïdes cérébraux nous permettent d'étudier le développement du cerveau humain avec une précision sans précédent. Cela nous permet de mieux comprendre ses caractéristiques évolutives et d'acquérir de nouvelles connaissances sur les troubles du développement et les maladies psychiatriques".
De nouvelles approches diagnostiques et thérapeutiques
À long terme, la recherche devrait permettre de mieux comprendre les facteurs de risque génétiques des troubles du développement neurologique. Il s'agit notamment de la microcéphalie, dans laquelle le cerveau reste anormalement petit, et des hétérotopies neuronales, dans lesquelles les cellules nerveuses migrent au mauvais endroit au cours du développement du cerveau. Les connaissances acquises peuvent constituer la base de nouvelles approches diagnostiques et thérapeutiques, contribuant ainsi à l'amélioration à long terme du traitement de ces maladies rares.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Hass, Y, Kniep, J, Hoffrichter, A, Marsoner, F, Eşiyok, N, Gasparotto, M, Pio Loco detto Gava, M, Artioli, A, Guida, C, Meuth, S G, Huttner, W B, Jabali, A, Heide, M and Ladewig, J (2025): ARHGAP11A Maintains Cortical Progenitor Identity Through RHOA–ROCK Signalling During Human Brain Development. Cell Reports, Volume 44, Issue 12, 116599
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