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At UCLA, Claudia Nguyen and her colleagues fused stem cell-derived thalamic and cortical organoids—lab-grown brain models—into assembloids, then examined how the tissues communicated. In those models, thalamic projections made direct physical contact with radial glia, the stem cells that build much of the developing cortex. The contact prompted the cells to produce more excitatory neurons, especially the upper-layer neurons most expanded in the human brain. A parallel study from Aparna Bhaduri's and Heather Christofk's labs found a second instruction system: metabolism.
À l’UCLA, Claudia Nguyen et ses collègues ont fusionné des organoïdes thalamiques et corticaux dérivés de cellules souches — des modèles cérébraux cultivés en laboratoire — pour former des assembloïdes, puis ont examiné comment les tissus communiquaient. Dans ces modèles, les projections thalamiques ont établi un contact physique direct avec la glie radiaire, les cellules souches qui construisent une grande partie du cortex en développement. Ce contact a incité les cellules à produire davantage de neurones excitateurs, en particulier les neurones des couches supérieures, qui sont les plus développées dans le cerveau humain. Une étude parallèle menée par les laboratoires d’Aparna Bhaduri et de Heather Christofk a identifié un second système d’instructions : le métabolisme.
Before birth, radial glia make billions of decisions about which brain cells to create, and when. They generate many of the neurons and support cells in the cerebral cortex, the region associated with thought, memory and language. Their importance also makes them a point of interest in neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders, as well as cancer, because cells resembling radial glia can reemerge in brain tumors after largely disappearing before birth.
Avant la naissance, la glie radiaire prend des milliards de décisions sur les cellules cérébrales à créer et sur le moment de leur création. Elle produit une grande partie des neurones et des cellules de soutien du cortex cérébral, la région associée à la pensée, à la mémoire et au langage. Son importance en fait également un objet d’étude pour les troubles neurodéveloppementaux et neuropsychiatriques, ainsi que pour le cancer, car des cellules qui lui ressemblent peuvent réapparaître dans les tumeurs cérébrales après avoir largement disparu avant la naissance.
The study published in Cell, led by co-first authors Jessenya Mil and Jose Soto, used donated human tissue and stem cell-derived brain organoids to map metabolism in the developing cortex. The researchers found that radial glia rely heavily on the pentose phosphate pathway, a process that uses glucose to generate building blocks for rapidly dividing cells. When glucose availability was reduced or the pathway was disrupted, the stem cells changed their output, producing more inhibitory neurons and other later-arising cell types. The result places metabolism inside the decision-making process, rather than treating it as background activity.
L’étude publiée dans Cell, dirigée par les coauteurs principaux Jessenya Mil et Jose Soto, s’est appuyée sur des tissus humains donnés et des organoïdes cérébraux dérivés de cellules souches pour cartographier le métabolisme dans le cortex en développement. Les chercheurs ont découvert que la glie radiaire dépend fortement de la voie des pentoses phosphates, un processus qui utilise le glucose pour produire les éléments nécessaires aux cellules qui se divisent rapidement. Lorsque la disponibilité du glucose a été réduite ou que cette voie a été perturbée, les cellules souches ont modifié leur production, générant davantage de neurones inhibiteurs et d’autres types cellulaires apparaissant plus tard. Ce résultat intègre le métabolisme au processus de prise de décision, au lieu de le considérer comme une simple activité de fond.
The Science study, led by Claudia Nguyen, addressed why thalamic projections reach the cortex before they form their final connections with specific neurons. Human assembloids showed that the early projections connect directly to radial glia. The team traced that contact to NRXN1, a gene known for helping neurons build connections; mutations in the gene have previously been linked to autism spectrum disorder. In assembloids made from patient-derived cells carrying an NRXN1 mutation, thalamic signals behaved differently and shifted the balance between radial glia and the neurons they produced. The team said the physical contact very likely does not exist in rodents.
L’étude publiée dans Science, dirigée par Claudia Nguyen, s’est intéressée à la raison pour laquelle les projections thalamiques atteignent le cortex avant d’établir leurs connexions définitives avec des neurones spécifiques. Des assembloïdes humains ont montré que ces projections précoces se connectent directement à la glie radiaire. L’équipe a associé ce contact à NRXN1, un gène connu pour contribuer à la formation des connexions entre neurones ; des mutations de ce gène ont déjà été associées aux troubles du spectre de l’autisme. Dans des assembloïdes fabriqués à partir de cellules dérivées de patients porteuses d’une mutation de NRXN1, les signaux thalamiques se comportaient différemment et modifiaient l’équilibre entre la glie radiaire et les neurones qu’elle produisait. Selon l’équipe, ce contact physique n’existe très probablement pas chez les rongeurs.
Concretely, the work gives researchers two new levers for testing how the human cortex develops: changing nutrient-processing pathways and altering early signals from another brain region. The metabolic atlas could help investigate how maternal nutrition and metabolic disorders influence development, while the assembloids offer a way to examine how disrupted signaling may affect the cortex. The evidence remains laboratory evidence—from donated tissue, organoids and assembloids—not a clinical intervention or a result observed in a living patient.
Concrètement, ces travaux fournissent aux chercheurs deux nouveaux leviers pour tester le développement du cortex humain : modifier les voies de traitement des nutriments et altérer les signaux précoces provenant d’une autre région du cerveau. L’atlas métabolique pourrait aider à étudier l’influence de la nutrition maternelle et des troubles métaboliques sur le développement, tandis que les assembloïdes offrent un moyen d’examiner les effets possibles d’une perturbation de la signalisation sur le cortex. Les données restent des résultats de laboratoire — issus de tissus donnés, d’organoïdes et d’assembloïdes — et non d’une intervention clinique ou d’une observation chez un patient vivant.