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Paola Arlotta

neurobiologiste italienne

Paola Arlotta est une neurobiologiste italienne, professeure de biologie des cellules souches et de la régénération à l’université Harvard. Ses recherches portent sur la formation et la diversité des neurones du cortex cérébral, leurs interactions avec les cellules gliales et la mise au point d’organoïdes cérébraux humains[1],[2].

Paola Arlotta
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Biographie

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Paola Arlotta grandit à Capriva del Friuli, dans la région italienne du Frioul-Vénétie Julienne. Elle étudie la biochimie à l’université de Trieste, puis obtient en 2000 un doctorat en biologie moléculaire à l’université de Portsmouth, au Royaume-Uni[3].

Elle rejoint ensuite la Harvard Medical School, où elle effectue des recherches postdoctorales en neurosciences. Elle y étudie la manière dont les différents types de neurones du cortex acquièrent leur identité et établissent leurs connexions. Elle crée son propre laboratoire à Harvard en 2007[4],[5].

Elle dirige le département de biologie des cellules souches et de la régénération de Harvard de 2018 à 2024. Elle est également membre principale du Harvard Stem Cell Institute, membre du Broad Institute et membre associée du Stanley Center for Psychiatric Research[1].

Travaux de recherche

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Formation et identité des neurones du cortex

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Les neurones du cortex cérébral n’ont pas tous le même rôle ni les mêmes connexions. Paola Arlotta étudie les mécanismes qui déterminent leur spécialisation au cours du développement.

En 2005, elle participe à l’identification de gènes caractéristiques des neurones corticospinaux, dont les axones relient le cortex à la moelle épinière. L’étude montre notamment que le facteur de transcription CTIP2, aussi appelé BCL11B, est nécessaire à la formation correcte de ces longues connexions nerveuses[6].

En 2013, Caroline Rouaux et Paola Arlotta montrent chez la souris que de jeunes neurones normalement destinés à relier les deux hémisphères par le corps calleux peuvent être reprogrammés par l’activation du gène Fezf2. Ils acquièrent alors certaines caractéristiques de neurones qui envoient leurs prolongements hors du cortex. Comme ces cellules ont déjà cessé de se diviser, l’expérience montre que l’identité d’un jeune neurone peut encore être modifiée, mais seulement pendant une période limitée de son développement[7],[8].

Myélinisation des neurones

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Paola Arlotta étudie également la myéline, une gaine isolante produite par certaines cellules gliales autour des axones. Elle permet aux signaux nerveux de circuler plus rapidement.

En 2014, son équipe cartographie la myéline le long d’axones individuels du cortex de souris. Elle constate que sa répartition n’est ni continue ni uniforme : elle varie notamment selon la catégorie de neurone étudiée[9].

Une étude publiée en 2020 montre ensuite qu’une privation sensorielle entraîne une modification de la myéline autour de certains neurones inhibiteurs, mais pas autour des neurones excitateurs étudiés. La capacité de la myéline à s’adapter dépend donc du type de neurone qu’elle entoure[10],[8].

Organoïdes cérébraux

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Le laboratoire de Paola Arlotta développe des organoïdes cérébraux à partir de cellules souches humaines. Ces structures tridimensionnelles reproduisent certains types de cellules et certaines étapes du développement du cortex. Elles ne constituent toutefois pas des cerveaux complets[2],[11]. En 2017, son équipe obtient des organoïdes contenant plusieurs catégories de cellules apparentées à celles du cortex et de la rétine. Des neurones y forment des réseaux présentant une activité électrique spontanée, tandis que certaines cellules réagissent à la lumière[12].

L’un des principaux obstacles à l’utilisation de ces modèles est leur variabilité. En 2019, l’équipe montre qu’un protocole contrôlé permet d’obtenir des organoïdes contenant des catégories de cellules comparables et suivant des étapes de maturation similaires[13]. Ces organoïdes sont ensuite employés pour étudier des mutations associées au trouble du spectre de l'autisme. Une étude publiée en 2022 montre que plusieurs mutations peuvent perturber le rythme de maturation de catégories de neurones communes, même lorsqu’elles n’agissent pas par les mêmes mécanismes[14].

En 2024, l’équipe crée des organoïdes composés de cellules provenant de plusieurs donneurs humains, appelés « chiméroïdes ». Comme les cellules se développent dans le même environnement expérimental, les chercheurs peuvent comparer plus précisément leurs réactions. Après une exposition à l’éthanol ou à l’acide valproïque, ces réactions varient selon les donneurs, ce qui suggère une sensibilité individuelle en partie liée au patrimoine génétique[15].

En 2026, l’équipe rapporte avoir conservé des organoïdes cérébraux en culture pendant plus de cinq ans. Leurs cellules continuent à mûrir et l’activité de leurs gènes évolue avec le temps. Lorsque des cellules précurseures anciennes sont placées avec des cellules plus jeunes, elles conservent leur « âge » biologique et ne recommencent pas leur développement depuis le début. Le passage du temps laisse donc une trace durable dans le fonctionnement des cellules. Cette forme de « mémoire » concerne leur stade de développement et non des souvenirs ou une éventuelle conscience de l’organoïde[16],[17].

Distinctions

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  • 2017 : prix George Ledlie de l’université Harvard, pour ses recherches sur le développement du cortex cérébral et les organoïdes humains[18].
  • 2023 : Gutenberg Research Award de l’université Johannes-Gutenberg de Mayence[3].
  • 2024 : Pradel Research Award de l’Académie nationale des sciences[19].
  • 2024 : prix international Antonio-Feltrinelli pour les sciences biologiques, décerné par l’Académie des Lyncéens[8].

Publications sélectionnées

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  • (en) Paola Arlotta, Bradley J. Molyneaux, Jinhui Chen et et al., « Neuronal subtype-specific genes that control corticospinal motor neuron development in vivo », Neuron, vol. 45, no 2,‎ , p. 207-221 (DOI 10.1016/j.neuron.2004.12.036)
  • (en) Caroline Rouaux et Paola Arlotta, « Direct lineage reprogramming of post-mitotic callosal neurons into corticofugal neurons in vivo », Nature Cell Biology, vol. 15, no 2,‎ , p. 214-221 (DOI 10.1038/ncb2660)
  • (en) Giulio Srubek Tomassy, Daniel R. Berger, Hsu-Hsin Chen et et al., « Distinct profiles of myelin distribution along single axons of pyramidal neurons in the neocortex », Science, vol. 344, no 6181,‎ , p. 319-324 (DOI 10.1126/science.1249766)
  • (en) Giorgia Quadrato, Tuan Nguyen, Evan Z. Macosko et et al., « Cell diversity and network dynamics in photosensitive human brain organoids », Nature, vol. 545, no 7652,‎ , p. 48-53 (DOI 10.1038/nature22047)
  • (en) Silvia Velasco, Amanda J. Kedaigle, Sean K. Simmons et et al., « Individual brain organoids reproducibly form cell diversity of the human cerebral cortex », Nature, vol. 570, no 7762,‎ , p. 523-527 (DOI 10.1038/s41586-019-1289-x)
  • (en) Bruna Paulsen, Silvia Velasco, Amanda J. Kedaigle et et al., « Autism genes converge on asynchronous development of shared neuron classes », Nature, vol. 602,‎ , p. 268-273 (DOI 10.1038/s41586-021-04358-6)
  • (en) Noelia Antón-Bolaños, Irene Faravelli, Tyler Faits et et al., « Brain Chimeroids reveal individual susceptibility to neurotoxic triggers », Nature, vol. 631, no 8019,‎ , p. 142-149 (DOI 10.1038/s41586-024-07578-8)
  • (en) Irene Faravelli, Noelia Antón-Bolaños, Anqi Wei et et al., « Human brain organoids record the passage of time over multiple years », Nature,‎ (DOI 10.1038/s41586-026-10877-x)

Notes et références

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  1. 1 2 (en) « Paola Arlotta », sur Harvard Department of Stem Cell and Regenerative Biology (consulté le )
  2. 1 2 (en) Lydialyle Gibson, « Paola Arlotta and the Mysteries of the Human Brain », sur Harvard Magazine, (consulté le )
  3. 1 2 (en) « Paola Arlotta receives 2023 Gutenberg Research Award », sur Université Johannes-Gutenberg de Mayence (consulté le )
  4. ↑ (en) Catarina Vicente, « An interview with Paola Arlotta », Development, vol. 143, no 21,‎ , p. 3863-3865 (DOI 10.1242/dev.144584)
  5. ↑ (en) « Paola Arlotta on Her Career Trajectory, Why Science Needs Philanthropy, and Equity in STEM », sur New York Stem Cell Foundation (consulté le )
  6. ↑ (en) Paola Arlotta, Bradley J. Molyneaux, Jinhui Chen, Jun Inoue, Ryo Kominami et Jeffrey D. Macklis, « Neuronal subtype-specific genes that control corticospinal motor neuron development in vivo », Neuron, vol. 45, no 2,‎ , p. 207-221 (PMID 15664173, DOI 10.1016/j.neuron.2004.12.036)
  7. ↑ (en) Caroline Rouaux et Paola Arlotta, « Direct lineage reprogramming of post-mitotic callosal neurons into corticofugal neurons in vivo », Nature Cell Biology, vol. 15, no 2,‎ , p. 214-221 (PMID 23334497, DOI 10.1038/ncb2660)
  8. 1 2 3 (it) « Premi internazionali Antonio Feltrinelli 2024 » [PDF], sur Académie des Lyncéens, (consulté le )
  9. ↑ (en) Giulio Srubek Tomassy, Daniel R. Berger, Hsu-Hsin Chen, Nicolas Kasthuri, Kenneth J. Hayworth, Alessandro Vercelli, Harald S. Seung, Jeff W. Lichtman et Paola Arlotta, « Distinct profiles of myelin distribution along single axons of pyramidal neurons in the neocortex », Science, vol. 344, no 6181,‎ , p. 319-324 (PMID 24744380, DOI 10.1126/science.1249766)
  10. ↑ (en) Sung Min Yang, K. Michel, V. Jokhi, Elly Nedivi et Paola Arlotta, « Neuron class-specific responses govern adaptive myelin remodeling in the neocortex », Science, vol. 370, no 6523,‎ , eabd2109 (PMID 33335032, DOI 10.1126/science.abd2109)
  11. ↑ (en) Niki Spahich, « Exploring the Past, Present, and Future of Brain Organoids », sur The Scientist, (consulté le )
  12. ↑ (en) Giorgia Quadrato, Tuan Nguyen, Evan Z. Macosko et al., « Cell diversity and network dynamics in photosensitive human brain organoids », Nature, vol. 545, no 7652,‎ , p. 48-53 (DOI 10.1038/nature22047)
  13. ↑ (en) Silvia Velasco, Amanda J. Kedaigle, Sean K. Simmons et al., « Individual brain organoids reproducibly form cell diversity of the human cerebral cortex », Nature, vol. 570, no 7762,‎ , p. 523-527 (PMID 31168097, DOI 10.1038/s41586-019-1289-x)
  14. ↑ (en) Bruna Paulsen, Silvia Velasco, Amanda J. Kedaigle et al., « Autism genes converge on asynchronous development of shared neuron classes », Nature, vol. 602,‎ , p. 268-273 (PMID 35110736, DOI 10.1038/s41586-021-04358-6)
  15. ↑ (en) Noelia Antón-Bolaños, Irene Faravelli, Tyler Faits et al., « Brain Chimeroids reveal individual susceptibility to neurotoxic triggers », Nature, vol. 631, no 8019,‎ , p. 142-149 (PMID 38926573, DOI 10.1038/s41586-024-07578-8)
  16. ↑ (en) Irene Faravelli, Noelia Antón-Bolaños, Anqi Wei et al., « Human brain organoids record the passage of time over multiple years », Nature,‎ (DOI 10.1038/s41586-026-10877-x)
  17. ↑ Hervé Morin, « Des organoïdes de cerveau franchissent de nouvelles limites », sur Le Monde, (consulté le )
  18. ↑ (en) « Harvard’s Ledlie Prize goes to neurobiologist Paola Arlotta », sur The Harvard Gazette, (consulté le )
  19. ↑ (en) « Pradel Research Award », sur National Academy of Sciences (consulté le )
  20. ↑ (en) « Paola Arlotta », sur American Academy of Arts and Sciences (consulté le )
  21. ↑ (en) « National Academy of Medicine Elects 100 New Members », sur National Academy of Medicine, (consulté le )
  22. ↑ (en) « Paola Arlotta Receives the 2025 ISSCR Momentum Award », sur International Society for Stem Cell Research, (consulté le )
  23. ↑ (en) « Paola Arlotta », sur National Academy of Sciences (consulté le )
  24. ↑ (en) « Arlotta Paola », sur Académie des Lyncéens (consulté le )

Liens externes

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