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.

Biographie

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.

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.

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.

Travaux de recherche

Formation et identité des neurones du cortex

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.

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.

Myélinisation des neurones

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.

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.

Organoïdes cérébraux

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. 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.

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. 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.

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.

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.

Distinctions

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

2024 : élue membre de l’Académie américaine des arts et des sciences. 2024 : élue membre de l’Académie nationale de médecine des États-Unis. 2025 : Momentum Award de l’International Society for Stem Cell Research. 2025 : élue membre de l’Académie nationale des sciences. 2025 : élue membre de l’Académie des Lyncéens.

Publications sélectionnées

Notes et références

Liens externes

Profil de Paola Arlotta sur le site de l’université Harvard

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