Le paradoxe de la préservation du cerveau — la découverte d’un cerveau bien préservé cerveaux humains parmi des restes squelettiques – a intrigué les archéologues et les pathologistes pendant des décennies. Aujourd’hui, de nouvelles recherches fournissent enfin une explication scientifique à ce mystère de longue date.
« Nous avons découvert que la préservation du cerveau n’est pas une anomalie rare, mais une nouvelle voie chimique », a déclaré le premier auteur de l’étude. Alexandra Seviourdoctorant en paléobiologie à l’Université d’Oxford, a déclaré à Live Science dans un e-mail les nouveaux travaux, publiés le 19 juin dans le Journal de recherche sur le protéome. « Dans de bonnes conditions, la préservation résulte en fait de la décomposition elle-même : les mêmes réactions qui dégradent les tissus peuvent également souder les produits de dégradation en quelque chose de bien plus résistant. »
Bien qu’il soit l’un des premiers tissus à commencer à se décomposer après la mort, le cerveau humain est étonnamment prolifique en archéologie : plus de 4 400 cerveaux préservés ont été découverts parmi des restes humains au cours des 12 000 dernières années, selon travaux antérieurs publié par Seviour.
Momificationla congélation et même la saponification (où la graisse corporelle se transforme en une substance grasse appelée cire funéraire) peuvent toutes préserver les tissus mous, parfois pendant des millénaires. Habituellement, ces processus préservent les structures de plusieurs parties du corps, notamment les organes internes et la peau. Mais bizarrement, environ un tiers des cerveaux archéologiques découverts ne correspondent pas à ce modèle, et une masse réduite de protéines est le seul tissu survivant parmi un groupe d’os.
La majeure partie de ces cerveaux inexpliqués a été trouvée dans sol gorgé d’eau et pauvre en oxygène (hypoxique) – tout, des lits de rivières et des rives de lacs aux grottes inondées et aux épaves coulées. « L’eau, étant un solvant naturel, est généralement associée à la décomposition et non à la conservation », a déclaré Seviour. « Donc la surprise, c’est vraiment la sélectivité. » En d’autres termes : pourquoi seul le cerveau survit dans ces conditions ?
Enterrer des souris
L’équipe de Seviour a émis l’hypothèse que cet environnement funéraire spécifique, combiné à la structure et à la chimie uniques du cerveau, détourne le chemin de décomposition normal de la dégradation totale – stabilisant plutôt les protéines du cerveau via une séquence chimique différente. Pour tester cette théorie, ils ont enterré des carcasses de souris dans quatre conditions différentes d’eau et d’oxygène et ont évalué leurs voies de décomposition sur une période de six mois.
« Après 24 heures, 72 heures, une semaine, six semaines, trois mois et six mois, nous avons disséqué les cerveaux et les avons analysés à l’aide de la spectrométrie de masse à haute résolution pour voir exactement quelles protéines étaient encore présentes et dans quel état », a expliqué Seviour. « Nous recherchions quels peptides spécifiques avaient survécu et lesquels avaient disparu, et quelles marques chimiques restaient sur les survivants. »
Dans l’ensemble, leur analyse a donné plus de 1,26 million de trajectoires de désintégration des protéines, permettant à l’équipe de tracer des modèles sur comment et quand la dégradation des protéines se produit. chimie divergé dans les différentes conditions. Les premières analyses ont montré que les premières étapes de la décomposition étaient assez similaires, mais qu’après quelques semaines, les niveaux d’oxygène devenaient le facteur déterminant, une plus grande quantité d’oxygène conduisant à une décomposition plus rapide et plus répandue. À l’inverse, des conditions humides et pauvres en oxygène ont favorisé la formation de structures protéiques renforcées, qui ont résisté à une décomposition ultérieure et ont préservé le tissu cérébral restant.
La solution se résume à radicaux libres — des particules extrêmement réactives avec un seul électron non apparié. L’oxygène en abondance initie une séquence chimique de radicaux libres en forme de chaîne dans les protéines du cerveau, ce qui dégrade rapidement toute la structure protéique, a déclaré Seviour. Cependant, dans des conditions hypoxiques, il n’y a tout simplement pas suffisamment d’oxygène pour que cette même cascade se produise ; au lieu de cela, les intermédiaires de la séquence forment des liaisons croisées avec d’autres parties voisines de la protéine cérébrale, créant ainsi des agrégats durs et insolubles qui résistent à la pourriture.
Le tissu cérébral est particulièrement bien adapté à cette voie localisée et auto-limitée, a ajouté Seviour : il est riche en métaux qui favorisent la chimie des radicaux libres, rempli de membranes où les radicaux peuvent s’accumuler, et contient de nombreux acides aminés « rédox-actifs » qui peuvent absorber les radicaux libres pour former des liaisons croisées. La barrière physique du crâne joue probablement également un rôle, limitant l’échange de liquide et d’oxygène par rapport au reste du corps, ont indiqué les chercheurs.
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Richard Evershedgéochimiste organique de l’Université de Bristol qui ne faisait pas partie de l’étude, a été impressionné par l’analyse complète de l’équipe. Evershed pense qu’il serait fascinant d’étendre cette approche à d’autres protéines trouvées dans les archives archéologiques.
« Comparer davantage de tissus – d’autres organes et muscles – serait vraiment utile pour avoir une idée si ce qui se passe dans le cerveau était spécial par rapport à ce qui se passe ailleurs, et aussi pour résoudre les questions concernant les protéines préservées dans d’autres environnements archéologiques tels que les pots ou le tartre dentaire », a déclaré Evershed à Live Science.
Mais les implications de ce travail s’étendent au-delà archéologie. « Pour la médecine, la découverte la plus inattendue est que l’empreinte moléculaire de ces peptides résistants à la carie ressemble beaucoup à l’empreinte digitale observée dans les maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer », a déclaré Seviour. Une orientation future intéressante consistera donc à explorer jusqu’où s’étend cette similitude et si des cerveaux préservés pourraient à terme aider les scientifiques à comprendre la progression de ces maladies dévastatrices.
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