Une étude identifie la cause du pliage excessif

Cerveau ridé

image: Le pliage complexe de la surface du cerveau humain permet à l’organe de presser 2,6 pieds carrés de tissu de cortex cérébral dans le crâne.
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Crédit : Institut californien de médecine régénérative

La couche externe du cerveau humain ou du cortex cérébral, caractérisée par ses gyri et sulci distinctifs (ces crêtes et sillons distinctifs), contrôle les fonctions cognitives et exécutives, de la pensée consciente à la parole en passant par le contrôle émotionnel.

Le cortex cérébral est composé de plus de 10 milliards de cellules et de plus de 100 billions de connexions, une couche de matière grise d’à peine cinq millimètres d’épaisseur – un peu moins de trois quarts empilés.

La plupart des animaux dotés de gros cerveaux présentent un repliement cortical, ce qui permet de compacter une très grande surface de tissu du cortex cérébral (environ 2,6 pieds carrés) à l’intérieur des limites du crâne. Plus le repliement cortical est important, plus les fonctions cognitives de l’espèce sont avancées et complexes. Les espèces inférieures comme les souris et les rats ont des cerveaux plus petits et à surface lisse; les espèces d’ordre supérieur comme les éléphants, les marsouins et les singes présentent différents degrés de gyrification ou de repliement du cortex cérébral. Les humains possèdent l’un des cerveaux les plus ridés, considéré comme un indicateur d’évolution avancée.

Chez certains humains, cependant, un pliage excessif du cortex cérébral n’est pas associé à de plus grandes capacités cognitives, mais au contraire et lié à un retard de développement neurologique, à une déficience intellectuelle et à des crises d’épilepsie. Les gènes contrôlant ce repliement sont pour la plupart inconnus.

Écrit dans le numéro du 16 janvier 2023 de PNASDes chercheurs de la faculté de médecine de l’Université de Californie à San Diego et du Rady Children’s Institute for Genomic Medicine décrivent de nouvelles découvertes qui approfondissent la compréhension de la gyrification humaine.

Dirigé par l’auteur principal de l’étude, Joseph Gleeson, MD, professeur Rady de neurosciences à la faculté de médecine de l’UC San Diego et directeur de la recherche en neurosciences au Rady Children’s Institute for Genomic Medicine, un consortium international de chercheurs appelé Neurogenetics Consortium a effectué une analyse génomique sur près de 10 000 familles atteintes d’une maladie cérébrale pédiatrique sur une période de 10 ans pour rechercher de nouvelles causes de maladie.

“Dans notre cohorte, nous avons trouvé quatre familles atteintes d’une maladie appelée polymicrogyrie, ce qui signifie trop de gyri trop serrés”, a déclaré Gleeson. « Jusqu’à récemment, la plupart des hôpitaux traitant des patients atteints de cette maladie ne testaient pas les causes génétiques. Le Consortium a pu analyser les quatre familles ensemble, ce qui nous a aidés à découvrir la cause de cette maladie. »

Plus précisément, les quatre familles présentaient des mutations dans un gène appelé protéine transmembranaire 161B (TMEM161B), qui produit une protéine de fonction jusque-là inconnue sur les surfaces cellulaires.

“Une fois que nous avons identifié TMEM161B comme la cause, nous avons cherché à comprendre comment se produit un pliage excessif”, a déclaré le premier auteur Lu Wang, PhD, boursier postdoctoral au laboratoire Gleeson. “Nous avons découvert que la protéine contrôle le squelette et la polarité cellulaires, et ceux-ci contrôlent le repliement.”

À l’aide de cellules souches dérivées d’échantillons de peau de patients et de souris modifiées, les chercheurs ont identifié des défauts dans les interactions des cellules neurales au début de l’embryogenèse.

“Nous avons trouvé que le gène est nécessaire et suffisant pour les changements cytosquelettiques nécessaires à la façon dont les cellules neurales interagissent les unes avec les autres”, a déclaré Wang. “Il était intéressant que le gène soit apparu pour la première fois dans l’évolution des éponges, qui n’ont même pas de cerveau, donc il est clair que la protéine doit avoir d’autres fonctions. Ici, nous avons trouvé un rôle essentiel dans la régulation du nombre de plis dans le cerveau humain.

Les auteurs de l’étude ont souligné que les études de découverte génétique sont importantes car elles identifient les causes de la maladie humaine, mais que ces découvertes peuvent prendre de nombreuses années pour évoluer vers de nouveaux traitements.

“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”, a déclaré Gleeson.

Les coauteurs incluent : Caleb Heffner et Stephen A. Murray, Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME ; Kengloi Vonga, David Sieverta et Swapnil Mittala, Rady Children’s Institute for Genomic Medicine ; Chelsea Barrows, Sangmoon Lee, Ishani Jhamb, UC San Diego et Rady Children’s Institute for Genomic Medicine; Yoo-Jin Haa, Université Yonsei, Séoul ; Paul Lara-Gonzalez, UC Irvine; Dennis Van Der Meer, Nadine Parker et Ole A. Andreassen, Université d’Oslo ; Robert Loughnan, Université de San Diego ; Mahmoud Y. Issa et Maha S. Zakih, Centre national de recherche, Le Caire ; Anders Dale, Université de San Diego ; et William B. Dobyns, Université du Minnesota.

Vidéo Youtube: https://youtu.be/aLvJr6eJnl8

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