Le premier atlas du cerveau humain explique ce qui fait de nous des humains

Maintenant, les magazinesScience‘, ‘Avancées scientifiques‘oui’Médecine translationnelle scientifique‘ publient un total de 21 études qui présentent le premier atlas du cerveau des primates humains et non humains au niveau des types cellulaires, avec des détails sans précédent.

C’est un effort collectif monumental nous a permis de caractériser plus de 3 000 types de cellules cérébrales humaines, révélant des caractéristiques qui nous distinguent des autres primates à certains égards. La découverte est comparable à celle du Projet Génome Humain.

Comprendre le cerveau humain à cette résolution aidera non seulement les scientifiques à identifier les types de cellules les plus affectés par des mutations spécifiques conduisant à des maladies neurologiques. Par exemple, ils pourraient ouvrir la voie à la compréhension des causes de maladies comme l’autisme ou les troubles psychiatriques, d’origine embryonnaire, ou de maladies neurodégénératives comme la démence, la maladie de Parkinson ou la maladie d’Alzheimer, dont la manifestation a lieu à un âge avancé.

Aussi offrira une nouvelle compréhension de qui nous sommes en tant qu’espèce. Comme Rafael Yuste, idéologue du projet, l’a récemment reconnu à ABC CERVEAU, et directeur du Centre de neurotechnologie de l’Université Columbia de New York, « de même qu’au XXe siècle, la génétique et la biologie moléculaire représentaient un changement pour la biologie, au XXIe ce sera celui des neurosciences. Ce sera une révolution pour l’espèce humaine ; Je le compare à une nouvelle Renaissance. La connaissance de soi a commencé à la Renaissance. Et ses répercussions seront de toutes sortes, et bien sûr médicales, humanistes, économiques.

Le saut à la clinique

Les études font partie du Réseau de recensement cellulaire de la National Institutes of Health Brain Initiative (USA), programme lancé en 2017.

Dans le cadre de cet effort, des centaines de scientifiques du monde entier ont collaboré à diverses études, tirant parti des technologies les plus avancées en biologie moléculaire. “Ces techniques sont traditionnellement utilisées dans des études précliniques impliquant des rongeurs et d’autres modèles expérimentaux”, écrit-il. Mattia Marosoéditeur de ‘Science’.

Les études sont organisées autour cinq thèmes principaux: atlas de cellules uniques chez l’homme adulte ; Atlas unicellulaire chez les primates non humains adultes ; analyses comparatives unicellulaires comparant la composition cellulaire du cerveau humain à celle des primates non humains ; analyse de cellules uniques dans le développement du cerveau des primates humains et non humains, et analyse de la fonction et de l’anatomie des types de cellules neuronales des primates humains et non humains.

Le travail principal consiste en trois études, qui constituent la base de la première ébauche de la carte des cellules du cerveau humain.

Ainsi, l’étude dirigée par Nelson Johansen, du Institut Allen pour la recherche sur le cerveau (États-Unis) ont analysé la variation des types de cellules dans le cerveau de 75 adultes humains subissant des interventions chirurgicales pour l’épilepsie et des tumeurs. Les travaux montrent comment les cellules cérébrales varient d’un individu à l’autre, fournissant ainsi une référence pour le typage cellulaire en cas de santé et de maladie.

Une autre étude, dirigée par Nikolas Jorstaddu même centre de recherche, explore comment la variation des types de cellules est influencée par la région du cerveau.

Comprendre quelles caractéristiques de l’organisation cellulaire du cerveau sont spécifiques aux humains par rapport aux primates non humains est un objectif clé du projet.

Les travaux de Jorstad ont utilisé la technologie d’analyse la plus moderne chez les humains adultes, les chimpanzés, les gorilles, les macaques rhésus, etc. Entre autres découvertes, L’équipe a montré que les neurones des chimpanzés ressemblent davantage aux neurones des gorilles qu’aux neurones humains.même si les chimpanzés et les humains partagent un ancêtre commun plus récent.

Traiter le cancer

Deux autres études, réalisées dans le Institut Karolinska (Suède), fournissent des indices sur différentes maladies cérébrales et offrent de l’espoir pour de futures avancées médicales, telles que de nouveaux médicaments anticancéreux.

En collaboration avec Ligne Ed, de l’Institut Allen, à partir de trois cerveaux humains donnés par des adultes, plus de trois millions de noyaux de cellules individuelles ont été analysés grâce à la technique de séquençage de l’ARN, qui révèle l’identité génétique de chaque cellule. Au total, ils ont étudié les cellules d’un peu plus d’une centaine de régions du cerveau et ont trouvé plus de 3 000 types de cellules, dont environ 80 % étaient des neurones et le reste était différents types de cellules gliales.

“Une grande partie des recherches se sont concentrées sur le cortex cérébral, mais la plus grande diversité de neurones se trouve dans le tronc cérébral”, souligne-t-il. Sten Linnarsson. “Nous pensons que certaines de ces cellules contrôlent des comportements innés, tels que les réflexes douloureux, la peur, l’agressivité et la sexualité.”

Les chercheurs ont également pu observer que l’identité des cellules reflète l’endroit du cerveau où elles se sont développées pour la première fois chez le fœtus. En collaboration avec le consortium suédois pour le Cell Atlas of Human Development, ils ont analysé plus d’un million de noyaux cellulaires individuels provenant de 27 embryons à différents stades de développement (entre 5 et 14 semaines de fécondation).

L’étude a permis aux chercheurs de montrer comment l’ensemble du cerveau se développe et s’organise au fil du temps.

Bien que les résultats soient des exemples de recherche fondamentale en biologie moléculaire, les nouvelles connaissances générées peuvent également jeter les bases des progrès médicaux. Par exemple, le groupe de Linnarsson a utilisé des méthodes similaires pour examiner différents types de tumeurs cérébrales.

“Les cellules tumorales ressemblent à des cellules souches immatures et semblent tenter de former un cerveau, mais de manière totalement désorganisée”, explique-t-il. “Ce que nous avons observé, c’est que ces cellules cancéreuses activaient des centaines de gènes qui leur sont spécifiques, et il pourrait être intéressant de rechercher s’il existe un potentiel pour trouver de nouvelles cibles thérapeutiques.”

Parmi les huit articles publiés dans ‘Science Advances’, l’ouvrage dirigé par René Wilbers, de la Université d’Amsterdam (Pays-Bas) explore comment les interneurones à synchronisation rapide chez l’homme maintiennent des taux de synchronisation rapides malgré des distances neuronales plus grandes que leurs homologues chez le rat.

Une autre étude, publiée dans « Science Translational Medicine » et dirigée par Seth Ament, du Université du Maryland (États-Unis), se concentre sur l’inflammation au début de la vie, un facteur de risque cliniquement établi pour plusieurs troubles neurologiques.

Les chercheurs ont examiné des tissus cérébraux post-mortem provenant de 17 enfants décédés entre un et cinq ans, huit de maladies impliquant une inflammation et neuf d’accidents. Aucun des donneurs n’avait reçu de diagnostic de trouble neurologique avant son décès. Les deux groupes étaient similaires en termes d’âge, de sexe, de race/origine ethnique et de temps écoulé depuis le décès.

En se concentrant sur le cervelet, une zone du cerveau particulièrement vulnérable aux perturbations postnatales, l’étude a révélé que deux types spécifiques et rares de neurones cérébelleux étaient les plus vulnérables à l’inflammation cérébrale : Neurones de Golgi et de Purkinje. Au niveau des cellules individuelles, ces deux types de neurones ont présenté une interruption prématurée de leur maturation.

Comme pour de nombreuses maladies, la génétique et l’environnement, en l’occurrence l’inflammation, contribuent probablement au risque de développer ces troubles. C’est pourquoi il est crucial de comprendre les rôles de cellules spécifiques au sein de régions cérébrales, ainsi que la manière dont elles interagissent avec les gènes pour influencer le fonctionnement cérébral, afin de trouver des traitements pour les troubles cérébraux, comme les TSA et la schizophrénie, ainsi que d’autres, comme la démencela maladie de Parkinson ou les troubles liés à l’usage de substances.

En résumé, les scientifiques sont convaincus que ces travaux de recherche monumentaux répondront à des questions scientifiques fondamentales sur le cerveau humain et son organisation génétique.