La scoliose et l’histoire profonde du sanctuaire intérieur du cerveau

Derrière la surface de presque toutes les comptines courantes se cache un dossier complexe de temps passés. Par exemple, l ‘ »homme tordu » qui « a mis une pence tordue sur un style tordu » n’était autre que le grand général écossais Sir Alexander Leslie du XVIIe siècle. Le montant tortueux était la frontière difficile entre l’Écosse et l’Angleterre établie par l’alliance controversée qu’il avait signée. De manière similaire, de nombreuses structures énigmatiques qui persistent de façon permanente ou qui apparaissent et se résorbent de manière transitoire dans le développement du système nerveux de nombreuses créatures codent également un riche passé évolutif.

L’une de ces reliques qui fonctionne est la fibre de Reissner, une feuille de glycoprotéine sécrétée par l’organe sous-commissural (SCO) qui inexorablement tapis de course le long du canal central de la moelle épinière. Bien que le SCO ait été l’une des premières structures du cerveau des mammifères à se différencier, chez l’homme, il commence à régresser vers l’âge de trois ou quatre ans et devient généralement un vestige à l’âge adulte. Le composant principal de la fibre de Reissner est une molécule vertébrée géante de 5000 acides aminés appelée SCO-spondine. Cette protéine contient des domaines de repérage axonal essentiels au développement de la commissure postérieure, une route transhémisphérique qui porte des axones contrôlant le réflexe de la lumière pupillaire.

L’autre produit du SCO est une protéine transportant les hormones thyroïdiennes appelée transthyrétine. Tout comme tous les métaux organiques fixés par la vie, l’iode a une histoire unique à raconter dans l’évolution du plan corporel. Récemment, un lien fascinant entre la fibre de Reissner et le développement de la colonne vertébrale qui la abrite a été découvert dans l’organisme modèle, le poisson zèbre. Ces poissons, comme on l’a récemment observé pour le contrôle sérotoninergique de la neurogenèse, se sont révélés être un modèle exemplaire pour étudier tout ce qui est neuronal. Dans le dernier numéro de Biologie actuelle, l’auteur Nathalie Jurisch-Yaksi passe en revue une remarquable confluence d’idées qui établissent un rôle incontestable pour la membrane de Reissner construisant une colonne vertébrale droite et forte.

Chez l’homme, la courbure de la colonne vertébrale se présente le plus souvent comme une scoliose idiopathique d’apparition tardive. Curieusement, cette condition s’affirme le plus sensiblement au début de la puberté. Elle résulte souvent d’une myriade de conditions sous-jacentes, mais la base génétique exacte de ces conditions n’est pas entièrement comprise. En règle générale, une courbure prononcée d’un côté à l’autre s’accompagne également d’une courbure d’avant en arrière, et souvent d’une composante de rotation importante.

Jurisch-Yaksi est un expert des délicates cellules ciliées qui tapissent les surfaces intérieures du cerveau. Bien qu’il existe des marqueurs présumés pour les cils mobiles, comme FoxJ1, en réalité, il semble y avoir plusieurs exceptions importantes à la règle. Des études effectuées il y a longtemps ont suggéré que les terminaux dendritiques en contact avec le liquide céphalo-rachidien des cellules du canal central ont de nombreux stéréocils et possèdent un kinocilium 9 x 2 + 2 qui est en contact avec la membrane de Reissner. En plus d’un rôle présumé dans l’organisation de l’axe droit-gauche du corps, des réseaux ordonnés de cils mobiles intacts ont longtemps été considérés comme essentiels au compactage et à l’organisation d’une fibre de Reissner appropriée.

Notamment, ce type de membrane de glycoprotéine et de stéréocils de soutien est exactement la structure du matériel de l’oreille interne qui détecte les sons jusqu’au seuil de bruit thermique le plus bas. Malheureusement, l’idée de la membrane de Reissner comme une sorte d’organe supersensoriel n’a jusqu’à présent reçu que peu de crédibilité expérimentale. Fait intéressant, le découvreur de la fibre de Reissner, Ernst Reissner, a également décrit pour la première fois la membrane canonique de Reissner dans l’organe de Corti.

Bien que cette membrane particulière soit composée de deux couches d’épithélium cellulaire aplati séparées par une fine lame basale, la membrane tectoriale voisine suspendue par les cils des cellules ciliées qui transduisent le son dans le cerveau rappelle en fait plus une membrane miniature de Reissner. Cette membrane tectoriale n’est pas composée de SCO-spondine, mais plutôt d’environ 50% de collagène, le reste étant une composition des trois glycoprotéines spécifiques de l’oreille interne, l’α-tectorine, la β-tectorine et l’otogéline.

Deux des articles mis en évidence dans la revue de Jurisch-Yaksi ont également été récemment publiés dans Biologie actuelle. Le premier, par Troutwine et.al., a montré que le poisson zèbre avec une membrane de Reissner compromise développe invariablement une scoliose à part entière. En particulier, ils ont découvert deux allèles récessifs faux-sens du gène SCO-spondine qui perturbent tous les deux les résidus de cystéine conservés évolutivement dans des régions indépendantes de la protéine. En outre, ils ont pu visualiser le flux rostral-caudé continu de la fibre en utilisant une protéine de fusion SCO-spondine-GFP.

Dans le deuxième article, Rose et. Al. démontrent que les mutants SCO-spondine du poisson zèbre développent des courbures vertébrales idiopathiques tardives en l’absence des défauts habituels de motilité des cils qui ont typiquement caractérisé la condition. Ce qui est particulièrement intéressant dans cet article, c’est que les auteurs ont lié la courbure vertébrale à des processus inflammatoires neuro-immuns et à d’autres processus spécifiques. Une chose qui a été montrée ailleurs est que la résorption de la queue pendant la métamorphose des amphibiens est contrôlée par le système immunitaire et la mort cellulaire programmée déclenchée par l’hormone thyroïdienne.

Dans un récent article de cette semaine, nous avons discuté de l’examen par Detlev Arendt des jonctions d’adhésion multicellulaire en prélude à l’origine de la synapse. Une chose que Detlev avait précédemment établie est le rôle de la soi-disant sole mucociliaire dans la transition d’une phagocytose interne unicellulaire à une alimentation externe de style multicellulaire. De manière plutôt intrigante, il note que la propagation par les cils mobiles de cette structure locomotrice mucoïde capturant et rampant explique également clairement l’origine de la fibre de Reissner. Pour pousser cette idée un peu plus loin, il est utile de développer le rôle des

des protéines iodées qui sont incorporées dans l’alimentation des mucoprotéines dans l’endostyle d’organismes comme l’amphioxus, qui représentent les points critiques évolutifs existants dans l’histoire de la vie.

Susan Crockford, une voix célèbre sur tout ce qui touche au changement climatique, est devenue célèbre pour avoir démystifié le canular émacié et accroché à l’ours polaire, perpétré à la télévision internationale par des gens comme David Attenborough. En plus d’être la principale autorité en matière de santé des populations d’ours polaires, elle a également découvert une fonction jusqu’alors inconnue de l’iode à l’origine de la vie multicellulaire. Crockford note que les vertébrés vivants primitifs, comme la mâchoire et la lamproie, conservent un endostyle (le précurseur évolutif de la glande thyroïde) pendant leur stade larvaire d’eau douce qui produit des tyrosines iodées utilisées pour initier la métamorphose dans la forme marine adulte. Par la suite, l’endostyle passe à une glande thyroïde plus moderne avec des follicules prototypiques.

L’hormone thyroïdienne est maintenant utilisée pour effectuer toutes sortes de changements dans de nombreux organismes. Par exemple, les poissons plats (comme la plie) utilisent ses services de morphing corporel pour traduire physiquement un globe oculaire au-dessus de leur tête du côté opposé lorsqu’ils font pivoter leur style de natation de vertical à horizontal. Alors que ces types d’ajustements d’attitude ont évolué plus récemment, on pense maintenant qu’un type beaucoup plus profond de rotation du corps entier sous-tend la transition vers des formes de vie supérieures. Alors que certains détails doivent encore être étoffés, les concepts de base de cette théorie de la torsion axiale ont maintenant été établis par Marc de Lussanet.

En un mot, la théorie vise à rectifier un problème existentiel flagrant dans notre compréhension actuelle de l’évolution – à savoir, le fait que le système nerveux des invertébrés se trouve du côté dorsal, tandis que dans les protostomes, il se situe ventralement. Selon l’hypothèse d’inversion dorsoventrale désormais dépassée, un jour, un deutérostome ancestral s’est simplement retourné. Un raffinement de cette idée était l’hypothèse de la torsion somatique, qui proposait que seule la partie «somatique», c’est-à-dire tout ce qui se trouvait derrière les yeux, la bouche et les narines, y compris le cerveau antérieur, était tournée vers le dos. Malheureusement, ces idées n’ont pas pu expliquer les nombreux défis déroutants que les principales commissures, décussations et chiasma des systèmes nerveux modernes présentent au théoricien.

Dans la théorie de la torsion axiale, l’embryon en développement effectue d’abord un virage précoce significatif sur sa gauche. En d’autres termes, le côté gauche est essentiellement tourné vers le jaune, la droite étant détournée. Plus tard au cours du développement, la tête antérieure et le cerveau antérieur commencent à faire un tour supplémentaire vers la gauche tandis que le corps s’inverse et fait une torsion compensatrice vers la droite. Ces mouvements expliquent de nombreuses observations provenant de nombreux types d’embryons, y compris la direction du tourbillon au début de la séquence primitive chez les oiseaux, la rotation relative du cœur et du soma, et la croissance asymétrique des yeux et de la région postérieure de la tête chez le poisson zèbre.

Pour les animaux comme les téléostéens ou les caméléons qui n’ont pas de chiasme optique fusionné, le fait que le tractus de l’œil gauche passe au-dessus du tractus de l’œil droit dans le chiasm devient une évidence pour la théorie de la torsion axiale; c’est une torsion claire pour gaucher. J’ai récemment interrogé Marc de Lussanet sur tout autre exemple possible, et il a rapidement répondu avec de nombreuses anecdotes de torsion de l’asymétrie développementale des moules, des lancettes et des tuniciers, pour n’en nommer que quelques-uns, qui étaient tout simplement stupéfiants. La théorie rend également parfaitement compte de l’organisation controlatérale de nos cerveaux antérieurs. De plus, le phénomène bien documenté dans lequel le lobe frontal droit de l’homme dépasse généralement la gauche (connu sous le nom de couple Yakovlevien) peut simplement représenter un retournement incomplet du cerveau dans l’embryon. À la lumière de certaines de ces observations plus larges, la tendance à la scoliose pourrait être considérée comme faisant partie d’un continuum de variation plus large qui se déroule en coulisses.

J’avais interrogé Nathalie Jurisch-Yaksi, ainsi que Ryan Scott Gray du journal Troutwine et al, sur l’état de la fibre de Reissner chez l’homme adulte. Il semble difficile de trouver des échantillons appropriés de tissu de la moelle épinière. Il y a même encore une question de savoir s’il existe un véritable canal central de brevets. Un système ventriculaire sain est essentiel pour maintenir une pression et une distribution correctes du LCR. J’ai demandé à Jurisch-Yaksi ce qu’un implant de détection introduit dans le troisième ventricule via le foramen de Magendie pourrait faire aux cils fragiles ou aux fibres suspendues dans la caverne. Évidemment, c’est quelque chose qui serait difficile à prévoir, mais elle m’a dirigé vers sa critique utile sur les cils.

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