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Construire un cerveau plus petit mais fonctionnel quand la nourriture manque

 

En conditions de carence alimentaire, le cerveau en construction est capable de réduire sa production de neurones tout en préservant leur diversité. Cette stratégie d'adaptation à l'environnement nutritionnel a été découverte chez la mouche drosophile mais pourrait également concerner les mammifères. Ces résultats ont été publiés dans la revue Cell Reports par l'équipe de Cédric Maurange à l'Institut de biologie du développement de Marseille (IBDM, CNRS/ Aix-Marseille Université), en collaboration avec le Conseil de la recherche médicale (MRC) au Royaume-Uni.

 

Chez l'homme, la plupart des neurones sont générés au cours du développement embryonnaire et fœtal à partir des cellules souches neurales. L'impact d'une carence nutritionnelle sur le nombre et la qualité des neurones générés chez le fœtus demeure mal apprécié. La mouche drosophile est un excellent modèle pour explorer cette question. Son cerveau se forme à l'intérieur de la larve et subit donc les influences de l'environnement que celle-ci peut rencontrer. Par analogie au développement intra-utérin du fœtus chez les mammifères, on peut dire que le cerveau de la drosophile adulte se développe « dans le ventre de la larve ».

Les chercheurs de l'IBDM et du MRC ont révélé que pendant le développement du lobe optique - une région du cerveau dédiée au traitement des informations visuelles - la sensibilité des cellules souches neurales vis à vis des signaux nutritionnels évolue au cours du temps. Durant les stades précoces du développement, les cellules souches neurales qui prolifèrent sont très sensibles aux conditions nutritionnelles et le nombre final de cellules souches neurales présentes dans le lobe optique est réduit en condition de restriction alimentaire. En revanche, plus tardivement, lorsque ces cellules commencent à produire les neurones sous l'effet d'une hormone stéroïdienne, cette sensibilité est perdue et chaque cellule souche neurale génère normalement son répertoire de neurones. En conséquence, des conditions nutritionnelles carencées induisent une réduction de la quantité totale de neurones dans le cerveau adulte, mais n'affectent pas la qualité du répertoire. Cette stratégie permet de limiter le coût énergétique de la construction du cerveau, tout en préservant sa fonctionnalité.

Compte tenu des similitudes entre les programmes développementaux opérant dans le cortex des mammifères et ceux déployés dans le lobe optique de la drosophile, cette stratégie d'adaptation à l'environnement nutritionnel pourrait également opérer au cours du développement fœtal. En condition de carence alimentaire, le cerveau de l'Homme est capable de croitre prioritairement au cours des derniers mois de la grossesse. C'est le « brain sparing », ou restriction de croissance intra-utérine (IUGR) asymétrique. Cependant, lorsque cette carence agit de manière plus précoce, pendant la gestation, la taille du cerveau est réduite proportionnellement au reste du corps. On parle dans ce cas d'IUGR symétrique. Les résultats de l'étude publiée dans Cell Reports ouvrent de nombreuses perspectives dans la compréhension de ces deux phénomènes pathologiques.

 

Figure : Le lobe optique d'une drosophile élevée dans des conditions de restriction nutritionnelle (à droite) est plus petit et possède moins de neurones que celui d'une drosophile élevée dans conditions optimales (à gauche). En revanche, la structure du cerveau et la diversité des neurones sont préservées. © IBDM, Cédric Maurange, Elodie Lanet

 

 

En savoir plus

• Protection of neuronal diversity at the expense of neuronal numbers during nutrient restriction in the Drosophila visual system, Elodie Lanet, Alex Gould, Cédric Maurange, Cell Reports (2013), doi:10.1016/j.celrep.2013.02.006.

 

Contact chercheur

• Cédric Maurange
  Institut de biologie du développement de Marseille (IBDM)
  UMR7288 CNRS/ Aix-Marseille Université
  Parc scientifique de Luminy
  163 avenue Luminy - BP 907
  13009 Marseille