Une carte ADN ouvre de nouvelles perspectives sur le développement du cerveau : les maladies mentales pourraient apparaître pendant la période fœtale

Tuchong Créatif

Le cerveau humain est l’un des organes les plus complexes du corps, responsable du traitement et de la coordination de toutes nos pensées, sentiments, comportements et fonctions corporelles. Sa croissance et son développement sont étroitement liés à notre santé physique et mentale. Récemment, des scientifiques ont découvert que certaines maladies mentales pourraient être liées au développement du cerveau pendant la période embryonnaire.

Le développement du cerveau du fœtus est un « grand projet ». Plus de 4 000 cellules nerveuses apparaissent dans le cerveau du fœtus chaque seconde et 30 000 connexions synaptiques se forment par seconde dans un centimètre carré. Cette vitesse est hors de portée même des communications Internet actuelles. Le cerveau humain adulte contient des centaines de types de cellules, présentant une diversité remarquable de caractéristiques moléculaires, morphologiques, anatomiques et fonctionnelles. Bien que la plupart des neurones corticaux soient générés au début et au milieu de la gestation, des signatures moléculaires distinctes des types de cellules émergent entre la fin de la gestation et la puberté. Les analyses du transcriptome unicellulaire et en masse ont révélé un remodelage marqué de l’expression des gènes pendant la fin de la gestation et le début du développement postnatal.

Le développement précoce du cerveau affecte-t-il la santé physique et mentale ? Une étude publiée en 2021 dans Molecular Psychiatry, une revue de référence dans le domaine de la psychiatrie, a donné une réponse positive. Des recherches menées par des chercheurs du Weill Cornell Medical College aux États-Unis montrent que de multiples changements dans les cellules cérébrales au cours du premier mois du développement embryonnaire peuvent conduire à la schizophrénie à l'avenir. Cette étude comble une lacune importante dans notre compréhension de la schizophrénie et ouvre de nouvelles pistes de réflexion. Parce que nous avons toujours pensé que la schizophrénie était plus fréquente chez les personnes d’âge moyen et les personnes âgées, mais cette étude suggère que cette maladie est susceptible de survenir aux premiers stades de la croissance et du développement de la vie.

Récemment, les premières cartes des modifications de l’ADN dans l’hippocampe et le cortex préfrontal ont fourni des preuves supplémentaires. Le 9 octobre, une étude connexe menée par l’Université de Californie à Los Angeles a été publiée dans la revue Nature. L’étude a révélé l’évolution de la régulation des gènes au cours du développement du cerveau humain et a démontré le rôle clé joué par la structure 3D de la chromatine. Des chercheurs ont créé la toute première carte des modifications de l’ADN dans l’hippocampe et le cortex préfrontal, offrant de nouvelles perspectives sur la manière dont le développement précoce du cerveau affecte la santé physique et mentale.

Le cortex préfrontal et l’hippocampe influencent notre état mental et psychologique et commencent à se développer dès la période embryonnaire. Le cortex préfrontal agit comme le PDG et le commandant du cerveau. Il est chargé d’aider les différentes parties du centre nerveux à mener à bien les activités organisationnelles, directives et créatives. Il joue un rôle important dans la mémoire, le jugement, l'analyse, la pensée, le fonctionnement, etc. L'hippocampe est l'expert du cache et de la navigation spatiale dans notre cerveau. Elle est non seulement responsable de la conversion de la mémoire à court terme en mémoire à long terme, mais participe également à la formation de la mémoire spatiale et est étroitement liée à la mémoire émotionnelle. L'hippocampe et le cortex préfrontal jouent un rôle important dans l'apprentissage, la mémoire et la régulation des émotions, et sont également étroitement liés à des maladies telles que l'autisme et la schizophrénie.

Pour cartographier le « plan » ADN du cortex préfrontal et de l'hippocampe, les chercheurs ont utilisé une approche de séquençage de pointe, le séquençage de la méthylation d'un seul noyau et la technologie de capture de conformation de la chromatine. Cette technique permet l’analyse simultanée de deux mécanismes épigénétiques qui contrôlent l’expression des gènes dans des cellules individuelles. La clé pour comprendre les causes des maladies neuropsychiatriques réside dans la compréhension de la manière dont elles agissent sur les gènes qui affectent le développement. Les chercheurs ont analysé plus de 53 000 cellules cérébrales fournies par des donneurs depuis le milieu de la grossesse jusqu'à l'âge adulte, révélant des changements majeurs dans la régulation des gènes au cours d'une fenêtre de développement critique, dressant ainsi un tableau complet de la réorganisation génétique massive qui se produit à des moments clés du développement du cerveau humain.

Selon les chercheurs, la période la plus active du développement cérébral d'un bébé se produit autour du deuxième trimestre. Les cellules souches neurales appelées cellules gliales radiales génèrent des milliards de neurones au cours des premier et deuxième trimestres. À ce stade, ils cessent de produire des neurones et commencent à produire des cellules gliales, qui soutiennent et protègent les neurones. Dans le même temps, les neurones nouvellement formés mûrissent progressivement, acquièrent les caractéristiques nécessaires pour exécuter des fonctions spécifiques et forment des connexions synaptiques pour communiquer.

Les troubles neuropsychiatriques, y compris ceux qui apparaissent à l’âge adulte, proviennent souvent de facteurs génétiques qui interfèrent avec le développement précoce du cerveau. La carte fournit une base de référence qui peut être comparée aux études génétiques des cerveaux affectés par la maladie et indique quand et où les changements moléculaires se produisent. Maintenant que les chercheurs ont identifié des liens entre différents types de cellules, cette découverte pourrait aider à identifier des facteurs de risque génétiques significatifs dans les maladies neurodéveloppementales et neuropsychiatriques et a des implications importantes pour l’amélioration des modèles basés sur les cellules souches tels que les organoïdes cérébraux.

Développer un cerveau humain sain est un exploit monumental. L'embryon commence à se développer à partir de la taille d'une graine de sésame, entamant un « voyage magique » de 40 semaines dans le corps de la mère. Durant cette période, la structure cérébrale du petit être vivant devient plus complexe et sensible. Bien que cette nouvelle découverte ne soit que la pointe de l’iceberg de la recherche sur la génétique du cerveau, et que la recherche sur l’origine, le développement et la fonction du cerveau humain se poursuivra, cette nouvelle étude a établi une base de données importante. À l’avenir, il existe encore de nombreux « secrets » inconnus sur le cerveau embryonnaire qui attendent que nous les explorions.

Cet article est un travail soutenu par le programme de vulgarisation scientifique et de culture de la création en Chine. Auteur : Chen Dingxin

Réviseur : Gui Yaxing, médecin-chef, département de neurologie, hôpital populaire de Shanghai

Produit par : Association chinoise pour la science et la technologie, Département de vulgarisation scientifique

Producteur : China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.