Une avancée dans les cellules souches produit des neurones moteurs humains du rhombencéphale

Des chercheurs ont produit des neurones moteurs humains fonctionnels du rhombencéphale à partir de cellules souches après avoir identifié une séparation jusque-là négligée dans le développement cérébral précoce. Cette avancée pourrait offrir aux scientifiques un moyen d’étudier les cellules nerveuses impliquées dans la déglutition, les mouvements du visage et la respiration — des fonctions qui se perdent progressivement dans l’amyotrophie spinale et la sclérose latérale amyotrophique.

SciTechDaily rapporte que l’équipe dirigée par Stanford Medicine a retracé l’origine de ces cellules jusqu’à une voie embryonnaire distincte, plutôt que d’essayer de convertir des cellules progénitrices destinées à former d’autres parties du cerveau. Les résultats ont été publiés dans Nature Neuroscience le 18 septembre 2026.

Les neurones cultivés en laboratoire ont généré des potentiels d’action, les impulsions électriques utilisées par les cellules nerveuses pour communiquer. Ils ont également produit des protéines associées aux régions du rhombencéphale qui contrôlent les muscles du visage et de la gorge, ce qui suggère que les cellules avaient acquis des caractéristiques essentielles de leurs équivalents naturels.

Une voie distincte vers le rhombencéphale

Les chercheurs sont partis de cellules souches pluripotentes humaines, qui peuvent se développer en de nombreux types de cellules différents. Pour déterminer comment les orienter vers le rhombencéphale, les chercheurs en cycle supérieur Rayyan Jokhai et Carolyn Dundes ont étudié la gastrulation, une phase précoce du développement embryonnaire au cours de laquelle l’organisation fondamentale du corps se met en place.

Pendant une grande partie de l’histoire de la biologie moderne du développement, les scientifiques ont supposé que le prosencéphale, le mésencéphale et le rhombencéphale provenaient d’une même population de cellules précurseures. Les travaux de l’équipe de Stanford remettent ce modèle en question. Chez des embryons de souris en développement, elle a plutôt découvert deux groupes qui ne se chevauchent pas.

Les cellules porteuses du gène Otx2 se sont développées en prosencéphale et en mésencéphale. Une population distincte, marquée par Gbx2, est devenue le rhombencéphale. Les deux groupes étaient déjà distincts aux premiers stades examinés, les cellules destinées à former le rhombencéphale se développant à côté des cellules qui généraient l’avant du cerveau, et non à partir de celles-ci.

La différence était également visible dans la chromatine, l’emballage moléculaire qui contrôle les segments d’ADN accessibles et utilisables. Le tissu embryonnaire à l’origine du prosencéphale et du mésencéphale présentait une organisation de la chromatine différente de celle du tissu qui forme le rhombencéphale. Cette distinction contribue à expliquer pourquoi les tentatives précédentes de culture de neurones du rhombencéphale avaient échoué : elles partaient de cellules précurseures engagées dans une autre destinée développementale.

En suivant la voie associée à Gbx2, l’équipe a pu produire les neurones humains recherchés en laboratoire. L’accès à de telles cellules est important, car il est impossible de prélever du tissu du tronc cérébral chez des patients vivants, ce qui laisse aux chercheurs des moyens limités d’observer comment la maladie endommage ces neurones vulnérables.

Pertinence pour l’AMS et la SLA

L’AMS est une cause héréditaire majeure de décès au cours de la première année de vie. La SLA est plus fréquemment diagnostiquée entre 40 et 70 ans et peut endommager les neurones moteurs du rhombencéphale comme du prosencéphale. Bien que ces maladies diffèrent, toutes deux peuvent perturber progressivement les cellules du rhombencéphale qui coordonnent la déglutition et la respiration.

Lorsque la déglutition échoue, des aliments ou des liquides peuvent pénétrer dans les poumons et provoquer une pneumonie. À mesure que la maladie progresse, les patients peuvent également perdre la capacité de respirer de manière autonome. Un modèle fondé sur des cellules humaines pourrait permettre aux chercheurs d’examiner les changements les plus précoces dans les neurones touchés, de tester des traitements potentiels et d’étudier la possibilité de remplacer ou de réparer les cellules endommagées.

Les chercheurs prévoient d’étudier précisément la manière dont l’AMS et la SLA endommagent les neurones moteurs du rhombencéphale. Ils ont également l’intention d’étudier les origines développementales de la moelle épinière. Ces travaux pourraient avoir des implications au-delà des maladies des neurones moteurs, puisque le rhombencéphale contribue à réguler la faim et contient des circuits ciblés par des médicaments amaigrissants tels que le sémaglutide.

Des indices sur l’histoire profonde du cerveau

Cette découverte sur le développement a également suscité une question évolutive : si l’avant et l’arrière du cerveau proviennent de populations embryonnaires distinctes, pourraient-ils représenter des systèmes nerveux anciens qui auraient ensuite été réunis ?

L’équipe a trouvé des indices du même schéma à deux origines chez les poulets, les poissons-zèbres et les vers glands, en s’appuyant sur plus de 550 millions d’années d’histoire évolutive. Les vers glands sont des parents éloignés de l’être humain. Les méduses, dont la lignée a divergé de la lignée humaine il y a environ 600 à 700 millions d’années, possèdent des systèmes nerveux situés à des extrémités distinctes de leur corps.

Les chercheurs interprètent ces comparaisons comme la preuve que le cerveau moderne pourrait combiner deux systèmes nerveux plus anciens, ayant évolué indépendamment avant d’être réunis. Il en résulte un organe unique dont l’avant et l’arrière fonctionnent désormais étroitement comme un tout, tout en conservant des fondations développementales distinctes.

L’étude a été soutenue par les National Institutes of Health, la National Science Foundation, le California Institute for Regenerative Medicine et plusieurs organisations universitaires, caritatives et biomédicales, notamment la Spinal Muscular Atrophy Foundation et le Howard Hughes Medical Institute.