Si nous possédons un cerveau significativement plus gros que nos cousins primates, c'est grâce à une étape bien particulière du développement du cerveau. Chez nous, cette étape est significativement plus longue, d'après des travaux britanniques publiés dans la revue Cell.

Un cerveau trois fois plus gros que celui du gorille et du chimpanzé

L'un des traits les plus distinctifs de l'espèce humaine est son cerveau hypertrophié. "Le cerveau humain a 1.000 fois plus de neurones que celui des souris et est le plus grand de tous les primates, environ 3 fois plus grand que celui de nos plus proches parents vivants, les chimpanzés et les gorilles", expliquent dans leur publication les chercheurs de Cambridge au Royaume-Uni. En revanche, les raisons n'en étaient jusque-là pas connues. Pour élucider ce mystère, les scientifiques ont étudié trois types de mini cerveaux cultivés en laboratoire. Ces organoïdes cérébraux étaient obtenus à partir de cellules souches humaines, de gorilles et de chimpanzés. Les cellules souches sont des cellules capables de donner tous les types de cellules de l'organisme, dont les neurones.

Une étape du développement cérébral ralentie

Comme les cerveaux réels, les organoïdes de cerveau humain se sont effectivement développés de manière beaucoup plus importantes que ceux des autres primates. Les chercheurs découvrent alors que pour devenir des neurones, les cellules souches passent par un stade intermédiaire : elles deviennent des progéniteurs neuronaux à la forme cylindrique, qui se multiplient facilement. Plus elles se multiplient, plus il y aura des neurones ! Ces progéniteurs neuronaux muent ensuite graduellement de leur forme cylindrique à une autre plus conique, stade auquel elles ralentissaient leur multiplication. Chez la souris, cette phase de ralentissement survenait en quelques heures, laissant peu de temps à la multiplication. Mais dans les organoïdes de gorilles et de chimpanzés, cela prenait cinq jours… Et sept jours pour les organoïdes cérébraux humains ! Ce sont ces deux jours supplémentaires qui ont permis aux organoïdes humains de grossir plus que ses homologues de gorille et de chimpanzé.

Le gène ZEB2, clé de notre gros cerveau

"Nous avons découvert qu'un changement tardif de la forme des cellules dans le cerveau primitif suffit à modifier le cours du développement, en contribuant à déterminer le nombre de neurones qui seront fabriqués", résume Madeline Lancaster, qui a dirigé ces travaux. Pour connaître les gènes à l'origine de ce processus, les chercheurs ont comparé les gènes activés dans chacun des organoïdes. Le gène ZEB2 sort alors du lot : chez le gorille et le chimpanzé, il est activé bien plus tôt que chez l'humain. En activant artificiellement ZEB2 dans l'organoïde humain plus tôt qu'il ne le serait naturellement, les scientifiques constatent que les progéniteurs neuronaux arrêtent plus tôt leur multiplication. En le supprimant au contraire dans les organoïdes cérébraux de gorille et de chimpanzé, ils obtiennent une multiplication des cellules à la hauteur de l'organoïde humain normal. "Ce gène est un moteur de la transition" des progéniteurs neuronaux vers leur forme conique dans laquelle ils ne se multiplient plus, concluent les chercheurs.

Bien sûr, les organoïdes ne reproduisent pas le cerveau à la perfection, mais ils fournissent malgré tout un modèle offrant une vue sans précédent des étapes clés du développement du cerveau, qu'il serait impossible d'étudier autrement. "Je crois que nous avons appris quelque chose de fondamental sur les questions qui m'intéressent depuis toujours, à savoir ce qui nous rend humains", conclut Madeline Lancaster.

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