Les scientifiques ont développé des cerveaux de primat dans un plat à une échelle sans précédent

Les scientifiques ont développé des cerveaux de primat dans un plat à une échelle sans précédent

(Pollen et Kriegstein Labs / UCSF)

Nous ne sommes pas sûr pourquoi c'est arrivé . Même 'quand' est un sujet de débat en cours. Mais à un moment donné, pour une raison quelconque, notre cerveau est devenu grand.

Il y a beaucoup d'hypothèses sur la façon dont nous en sommes arrivés là, mais pour trouver des preuves à l'appui, nous avons besoin d'expériences sur le cerveau des chimpanzés et des humains, ce qui implique des défis pratiques (pour ne pas mentionner éthiques). Donc, ces scientifiques sont allés construire leurs propres spécimens.

"C'est une expérience de" science-fiction "qui n'aurait pas pu se produire il y a dix ans" Arnold Kriegstein, biologiste cellulaire de l'Université de Californie à San Francisco.

L’équipe a construit des cerveaux simples, biochimiquement actifs, à partir de cellules souches de chimpanzés et d’êtres humains, et les a utilisés pour identifier des centaines de différences génétiques qui pourraient aider à expliquer leurs caractéristiques uniques.

Nous ne parlons pas seulement un ou deux ici non plus. Les chercheurs ont prélevé des cellules chez huit chimpanzés et dix humains et les ont utilisées pour générer une population de 56 spécimens, offrant ainsi une marge de manœuvre sans précédent pour des mesures précises.

Techniquement, les cerveaux humain et chimpanzé qu'ils ont mis au point dans la verrerie de laboratoire ne sont pas les blocs de matière grise ridée entièrement développés que l'on trouve dans le crâne d'un primate.

Ils sont organoïdes - des mélanges de tissus qui se sont auto-arrangés dans une structure 3D pour servir de modèle à un organe.

Alors que la ligne de démarcation entre un organe réel et son dérivé organoïde est floue, il est clair que ces cultures de tissus neurologiques ne peuvent pas traiter des informations comme la vraie. Mais ce n'est pas le but.

Il existe une activité génétique et biochimique suffisante dans ces cultures pour permettre des expériences qui seraient impossibles sur des spécimens authentiques.

Extraire l’ADN et les protéines du cerveau prélevés sur des chimpanzés décédés et des humains et les garder côte à côte revient à comparer le générique final de deux films. Vous connaissez peut-être les acteurs, mais vous manquez les intrigues.

Les organoïdes cérébraux permettent aux chercheurs de mesurer la manière dont les gènes sont activés et la biochimie fluctue, ainsi que le moment du développement de cellules et autres structures importantes.

Avoir des dizaines d'organoïdes à comparer signifie que des changements généraux à chaque espèce peuvent être choisis avec précision.

Les chercheurs ont déconstruit leurs spécimens à différents stades de développement, ce qui leur a permis de comparer les types de cellules émergentes et les programmes génétiques activés à chaque étape.

Celles-ci ont toutes été comparées à des matériaux de référence provenant d'un troisième groupe de primates, les singes rhésus.

Les contrastes de l'activité génétique des organoïdes humains et des chimpanzés fournissent un terrain fertile pour l'identification d'importantes mutations chez chaque espèce, qui pourraient expliquer l'évolution de nos cerveaux respectifs.

"Ces organoïdes de chimpanzés nous donnent une fenêtre autrement inaccessible sur six millions d'années de notre évolution", dit le neurologue Alex Pollen .

L'analyse a révélé 261 changements d'expression génétique spécifiques à l'homme; Un changement particulier qui a attiré leur intérêt était un type de précurseur neural.

Il y a plusieurs années , Le laboratoire de Kriegstein a identifié les caractéristiques moléculaires d'un type de cellule à l'origine de la majorité des neurones corticaux humains, appelée cellule gliale radiale externe. Cette fois, l’équipe a montré comment l’activité dans ces cellules augmentait leur participation à une voie de croissance chez l’homme, mettant en évidence un changement crucial qui pourrait aider à expliquer la ramification de l’évolution humaine loin de nos grands parents de grands singes.

"Etre si près des chimpanzés sauvages m'a donné envie de poser des questions sur l'évolution de notre propre espèce," dit pollen , qui avait étudié l’évolution des poissons près du célèbre centre de recherche sur les chimpanzés du parc national de Gombe Stream.

"Mais avant, nous avions besoin de génomes, de cellules souches et d'un séquençage d'ARN monocellulaire pour pouvoir comprendre les programmes évolutifs qui régissent le développement du cerveau chez les deux espèces."

Quelle que soit l'histoire derrière le cerveau exceptionnellement élargi des humains et de leurs semblables, ça va être complexe. Les organoïdes offrent de nouveaux moyens d’étudier de telles activités à une échelle sans précédent, ce qui jette les bases pour montrer à quel point des changements minimes dans notre passé évolutif ont entraîné de grandes différences dans notre biologie.

Cette recherche a été publiée dans Cellule .

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