La plupart des espèces de primates ont un cerveau relativement gros avec une surface marquée par des renflements et des sillons prononcés. Ce n’est pas le cas des ouistitis communs (Callithrix jacchus). Le cerveau de ces petits singes est lisse et pratiquement déployé.
Dans une étude récente, des chercheurs du Centre allemand des primates (DPZ), l’Institut Leibniz de recherche sur les primates de Göttingen, ont étudié quels processus cellulaires au cours du développement embryonnaire entraînent un développement différent du cerveau du ouistiti à partir d’un certain stade. Dans des expériences avec des organoïdes cérébraux, ils ont pu montrer que certaines cellules progénitrices neurales, à l’origine des neurones, se développent différemment chez les ouistitis, à la fois morphologiquement et temporellement. Plusieurs processus se produisant à différents niveaux et impliquant différents types de cellules progénitrices régissent ce phénomène, qui conduit finalement à une réduction de la taille et du repliement du cerveau du ouistiti. L’étude apporte un nouvel éclairage sur le développement évolutif du cerveau des primates et pourrait contribuer à améliorer notre compréhension des troubles du développement dans le cerveau humain à l’avenir (Science Advances).
Sa taille et son degré de pliage sont les caractéristiques déterminantes du cerveau de nombreux primates. En particulier, les rainures et les crêtes en forme de noix du cerveau humain augmentent considérablement sa surface et fournissent de l’espace pour des milliards de cellules nerveuses. Cela permet des processus de pensée complexes et rend le cerveau humain exceptionnellement puissant. Les chercheurs pensent désormais que même l’ancêtre commun de tous les primates possédait un cerveau de taille moyenne et au moins partiellement replié.
Cependant, ce n’est pas le cas de certaines espèces de primates vivant aujourd’hui. Ouistitis communs (Callithrix jacchus)une espèce de primate sud-américaine de plus en plus utilisée dans la recherche biomédicale, possède une surface cérébrale lisse et presque dépliée. Des chercheurs du Centre allemand des primates ont étudié comment cela se produit.
Nous voulions comprendre quels changements au niveau cellulaire entraînaient une diminution de la croissance du cerveau du ouistiti et la formation de moins de plis. Au début de son développement, le cerveau du ouistiti commun présente la structure et la composition typiques d’un grand cerveau replié de primate. À mesure que le développement progresse, des processus doivent donc se produire qui ralentissent efficacement la production de cellules nerveuses. »
Lidiia Tynianskaia, l’un des deux premiers auteurs de l’étude et doctorante au sein du Junior Research Group Brain Development and Evolution du DPZ
Les cellules progénitrices neurales se développent différemment
Dans des expériences comparatives utilisant des organoïdes cérébraux provenant de ouistitis communs et d’humains, les scientifiques se sont concentrés en particulier sur les cellules progénitrices du cerveau, car celles-ci sont responsables de la production de neurones. Le nombre de neurones est l’un des facteurs décisifs pour déterminer la taille et le degré de repliement d’un cerveau.
Les chercheurs ont découvert que plusieurs processus se produisant à différents niveaux et dans différents types de cellules conduisent à une réduction de la taille et du repliement du cortex cérébral chez les ouistitis.
« Nos investigations ont montré que certaines cellules progénitrices du ouistiti commun se divisent beaucoup plus lentement que chez l’homme », explique César Mateo Bastidas Betancourt, également premier auteur de l’étude et doctorant au Junior Research Group. « D’autres cellules progénitrices ont une structure plus simple que leurs homologues humains, avec moins de processus, et sont donc moins prolifératives. Ces deux facteurs aboutissent finalement à moins de cellules nerveuses, ce qui contribue à une taille plus petite et à un moindre repliement du cortex cérébral chez les ouistitis. »
En outre, les scientifiques ont pu montrer que le timing de certaines caractéristiques et comportements des cellules progénitrices des ouistitis est modifié par rapport aux humains. En conséquence, les cellules progénitrices du ouistiti commun ont une fenêtre de temps globale plus courte pendant laquelle elles peuvent proliférer rapidement.
Les organoïdes cérébraux fournissent des informations cruciales
La plupart des expériences ont été menées sur des organoïdes cérébraux. Ces petites structures cellulaires tridimensionnelles reflètent avec précision le timing de certaines étapes de développement du cerveau. « L’étude combine les avantages de in vivo et in vitro « , déclare Michael Heide, responsable du groupe de recherche junior sur le développement et l’évolution du cerveau. « Les organoïdes sont bien adaptés pour obtenir des résultats statistiquement robustes, car de telles tailles d’échantillon ne sont pas réalisables chez les primates. Nous avons ensuite répété certaines expériences clés sur les tissus cérébraux fœtaux pour confirmer les résultats des organoïdes. »
Cela a révélé que les organoïdes de ouistiti âgés de 50 jours ressemblent beaucoup au développement naturel du cerveau au jour 90. Cette comparaison était importante car c’était le seul moyen pour les chercheurs d’aligner avec précision le moment du développement des organoïdes avec celui du cerveau de ouistiti et d’interpréter les résultats de manière fiable.
L’étude met en évidence comment la diversité des tailles et des formes du cerveau chez les primates aurait pu évoluer et, en même temps, fournit un cadre important pour une meilleure compréhension des processus de développement et de leurs perturbations dans le cerveau humain.
