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Réparer un jour le cerveau grâce aux cellules souches
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Chercheur(s)

Elodie Gaborieau

Doctorante dans l'équipe Développement et plasticité du système nerveux central au sein de l’Institut de recherche cellule souche et cerveau (SBRI), sous la direction d'Olivier Raineteau.

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Diane Angonin

Doctorante dans l'équipe Développement et plasticité du système nerveux central au sein de l’Institut de recherche cellule souche et cerveau (SBRI), sous la direction d'Olivier Raineteau.

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Olivier Raineteau

Directeur de recherche Inserm, dirige l’équipe Développement et plasticité du système nerveux central au sein de l’Institut de recherche cellule souche et cerveau (SBRI). Mène des recherches sur la régionalisation et la signalétique des cellules souches du cerveau.

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Laboratoire

Institut de recherche cellule souche et cerveau (SBRI)

Le SBRI cherche à définir les caractéristiques du cortex humain, de son développement à l’organisation des réseaux neuronaux qui le composent et rendent possible les fonctions cognitives supérieures. Pour cela, il fait appel à de nombreuses disciplines : biologie cellulaire et moléculaire, neuroanatomie, neurophysiologie, psychophysique, comportement, psychologie expérimentale, neurocomputation, modélisation et robotique. Le SBRI est dirigé par Colette Dehay et Henry Kennedy.

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Réparer un jour le cerveau grâce aux cellules souches

Jusqu’à une époque récente, on pensait que le cerveau ne pouvait pas se régénérer. La découverte de cellules souches dans certaines régions cérébrales a ouvert de nouveaux horizons. De nombreuses équipes à travers le monde cherchent aujourd’hui à comprendre le fonctionnement de ces cellules avec l’espoir de pouvoir un jour «réparer» le cerveau. Celle d’Olivier Raineteau s’emploie à décoder les signaux qui influencent le devenir des cellules souches du cerveau.

On a longtemps cru que le cerveau, à la différence d’autres organes, était incapable de se régénérer : nous disposions d’un capital de neurones produits in utero et à partir de la naissance nous ne pouvions que les perdre. Jusqu’au jour où des chercheurs ont mis en évidence la présence de cellules souches dans le cerveau adulte de rongeurs. Mieux, ils ont constaté que ces cellules étaient actives : elles étaient capables d’engendrer des neurones ainsi que d’autres cellules neurales tout au long de la vie de l’animal. Une telle découverte a aussitôt suscité d’immenses espoirs. N’était-ce pas la voie qui rendrait possible la régénération des tissus du cerveau après une lésion ou une maladie neurodégénérative ? «On a cru qu’on allait très rapidement pouvoir “réparer” toutes les régions du cerveau. Depuis, on s’est rendu compte que ce ne serait pas si simple que cela…» , tempère Olivier Raineteau. Alors, où en sommes-nous aujourd’hui ? Pour répondre à cette question, il faut retracer l’histoire de cette découverte étonnante.

Portrait d’Olivier Raineteau sur le site de l’Université de Lyon.

Dès les années 60, des chercheurs ont essayé de démontrer l’existence d’une activité germinale dans le cerveau adulte de rongeurs. Mais ils ne disposaient pas alors d’outils permettant de les identifier avec certitude. Il fallut attendre les années 90 pour prouver que les cellules en prolifération issues du cerveau étaient bien des neurones. Si l’on a mis autant de temps à les découvrir, c’est peut-être aussi parce que ces cellules ne sont présentes que dans deux petites régions du système nerveux central1 : hippocampe et les parois du ventricule latéral, soit à peine quelques pourcents du volume total du cerveau.

Le devenir des cellules souches dépend de leur position dans le système ventriculaire

Cellules souches dans les parois du ventricule latéral (© Médecine Science)
© Angonin D, Marcy G, Raineteau O. [Postnatal subventricular zone regionalization by morphogens]. Med Sci (Paris). 2015 Nov;31(11):968-70.
C’est précisément à cette deuxième région qu’Olivier Raineteau s’est intéressé (Figure A). Il a découvert qu’elle contenait différentes populations de cellules souches, chacune ne pouvant produire qu’un type de neurones2. «Plus surprenant, ajoute-t-il, nous avons participé à la démonstration que le devenir de ces cellules dépendait principalement de leur position dans la zone (Figure B et C) : les cellules en position dorsale généraient des neurones excitateurs (en rouge) ; les cellules en position ventrale, des neurones inhibiteurs (en vert).» Sur la base de cette découverte, Olivier Raineteau a réalisé une carte en trois dimensions montrant la position des différentes populations de cellules souches dans le cerveau.

Parallèlement, d’autres équipes cherchaient à en savoir plus sur l’activité germinale présente dans certains tissus adultes du cerveau. En la bloquant, on a constaté ainsi que la densité cellulaire de la zone concernée diminuait, prouvant ainsi son rôle dans l’homéostasie des tissus, c’est-à-dire le renouvellement des cellules. Mais on a observé en même temps une altération de la mémoire spatiale et de l’olfaction, ce qui montre que l’activité germinale a aussi un rôle fonctionnel.

La datation au carbone 14 pour définir l’âge des neurones

Qu’en est-il pour l’homme ? Possède-t-il lui aussi des cellules souches dans son cerveau ? Et si c’est le cas, les trouve-t-on dans les mêmes zones du cerveau que chez le rongeur ? Autant de questions auxquelles les chercheurs ont très vite voulu répondre. C’est en 2005 qu’ils parviennent à mettre en évidence une activité germinale dans le cerveau humain. «Pour cela, une équipe a eu une idée géniale, raconte Olivier Raineteau. Elle a utilisé la datation au carbone 14, une méthode habituellement utilisée en archéologie.» Sachant que la concentration de l’isotope radioactif du carbone a connu un pic après les essais atomiques pratiqués dans l’atmosphère au début des années 60, les chercheurs ont analysé des biopsies de patients nés avant, pendant et après cette période et en ont déduit avec précision l’âge de leurs neurones. En analysant des tissus provenant de différentes régions du cerveau, ils ont pu prouver l’existence de cellules souches dans les mêmes régions du cerveau que le rongeur3. «Mais ils ont aussi constaté deux différences notables, poursuit Olivier Raineteau. La première concerne l’hippocampe : chez un homme de 40 ans, la totalité des cellules de cette zone a été renouvelée, contre 10% seulement chez la souris. La seconde concerne les parois des ventricules latéraux. Dans cette zone, les chercheurs ont constaté que les neurones nouveau-nés ne migraient plus dans le bulbe olfactif à partir de 18 mois après la naissance, mais se dispersaient à proximité du ventricule, dans le striatum.» Des découvertes qui laissent entrevoir des opportunités pour la médecine régénérative.

Mais avant d’en arriver là, il faut comprendre à quoi correspond cette régionalisation des zones germinales. C’est l’objet des recherches actuelles d’Olivier Raineteau et de son équipe du SBRI. «Nous voulons décoder les signaux qui influencent le devenir des cellules souches du cerveau, explique-t-il. L’objectif à terme étant de pouvoir stimuler leur activité et de les diriger pour qu’elles produisent le type de neurones nécessaires à la réparation des tissus.» Une perspective stimulante, mais qui demandera encore de longues années de recherche.

Olivier Raineteau au festival Pint of Science

Festival Pint of Science 2016Entouré d’Elodie Gaborieau et Diane Angonin, deux chercheuses de son équipe, Olivier Raineteau traitera du sujet des cellules souches du cerveau au festival Pint of Science qui se tient dans toute la France les 23, 24 et 25 mai 2016.
Mardi 24 mai à 20h au café les Feuillants, 5, Petite Rue des Feuillants, 69001 Lyon (M° Croix-Paquet).

  • 1. A. M. Bond, G. L. Ming, H. Song, Adult Mammalian Neural Stem Cells and Neurogenesis: Five Decades Later. Cell stem cell 17, 385-395 (2015).
  • 2. R. Fiorelli, K. Azim, B. Fischer, O. Raineteau, Adding a spatial dimension to postnatal ventricular-subventricular zone neurogenesis. Development 142, 2109-2120 (2015).
  • 3. Bergmann O, Spalding KL, Frisén J. Adult Neurogenesis in Humans. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2015 Jul 1;7(7):a018994.
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