C’est l’histoire d’un cerveau humain datant de 2600 ans que des biologistes et archéologues britanniques ont étudié afin de comprendre comment il a pu être préservé pendant plus de deux millénaires. Ces scientifiques rapportent leurs résultats dans un article publié le 8 janvier 2020 dans le Journal of The Royal Society Interface.

En août 2008, des archéologues britanniques découvrent un crâne humain contenant les restes d’un cerveau dans une fosse aux abords du village de Heslington, non loin d’York, en Angleterre. Les fouilles ont été entreprises avant la construction d’un nouveau campus sur un site préhistorique occupé de l’âge du bronze jusqu’au milieu de l’âge du fer.



Le crâne noirâtre avec sa mandibule articulée repose face contre terre sur un fond humide, une boue argileuse et sableuse. A travers le trou occipital situé à l’arrière et en bas du crâne, les chercheurs aperçoivent à la lumière d’une lampe électrique le cerveau sous la forme d’une masse de couleur jaune-brunâtre. La datation au carbone 14 du collagène osseux a permis de dater le crâne entre 673 et 482 ans avant notre ère.

Après ouverture du crâne, les chercheurs découvrent cinq masses ainsi que de nombreux minuscules fragments de tissu cérébral. Les plus gros ont une surface lisse et une texture semblable à celle du tofu. A la lumière du jour, le cerveau est de couleur rose-brun ou bronzé. Il est rétréci, avec un volume réduit à environ 20 % de celui d’un cerveau frais. Le plus gros fragment cérébral, qui mesure environ 70 mm x 60 mm x 30 mm, comporte également une membrane noire, sans doute une méninge.

Décapitation

Le crâne découvert est celui d’un homme dont tout indique qu’il a été décapité. L’examen a montré que la décapitation avait été réalisée au moyen d’un couteau à lame mince, introduit à la face antérieure de la gorge puis enfoncé sur toute la profondeur du cou. « Il est peu probable que cela ait pu être entrepris sur un individu conscient », déclaraient déjà, en 2011, ces chercheurs dans un article publié dans le Journal of Archaeological Science qui relatait la découverte du crâne de « l’homme de Heslington ».

Ces scientifiques de l’Institut de neurologie de l’University College de Londres et des archéologues de l’université de Bradford vont alors entreprendre d’étudier les protéines contenues dans un grand fragment de tissu cérébral retrouvé en excellent état de conservation. Après nettoyage des sédiments qui le recouvrent, les circonvolutions et sillons apparaissent distinctement à sa surface. La répartition entre substance blanche et grise n’est cependant pas discernable à l’œil nu.



La préservation de ce tissu cérébral humain est un mystère dans la mesure où la décomposition débute quelques minutes après la mort. Après le décès, il se produit en effet une autolyse, autrement dit une nécrose tissulaire liée à une digestion massive des constituants cellulaires sous l’action d’enzymes (protéases, phospolipases) qui détruisent les protéines et les lipides. Contrairement à d’autres régions du corps, l’autolyse débute très rapidement dans le cerveau. Dans un délai de 36 à 72 heures, la putréfaction commence, le corps entier étant réduit à l’état de squelette en 5 à 10 ans. Logiquement, la préservation de protéines du cerveau humain à température ambiante dans des circonstances naturelles durant des millénaires n’aurait donc pas du se produire.

Dans le cerveau humain, la stabilité des neurones et de leurs prolongements (les axones) dépend en grande partie d’un réseau dense de protéines constituant le cytosquelette de ces cellules nerveuses. Parmi ces protéines, on trouve les « filaments intermédiaires ». Ces fibres, d’un diamètre compris entre 8 et 12 nanomètres, assurent normalement le maintien de la forme des neurones et des astrocytes, ces cellules jouant un rôle de support des neurones. Les filaments intermédiaires des neurones et de leurs axones sont appelés neurofilaments. Ceux des astrocytes renferment la protéine GFAP (protéine gliale fibrillaire acide).

Momification naturelle

Utilisant plusieurs techniques d’analyse moléculaire, les chercheurs ont étudié la stabilité des protéines afin de comprendre comment un fragment de cerveau humain a pu résister à l’épreuve du temps et nous parvenir dans un remarquable état de conservation. En effet, rares sont les exemples de momification naturelle. Dans de tels cas, des substances contenues dans le sol, comme des marais argileux pauvres en oxygène, préservent les corps. L’Homme de Tollund (Danemark) et l’Homme de Lindow (1er siècle av. J.-C., Angleterre) sont les exemples les plus connus de bog bodies, ces corps, aux peaux tannées parce que saturées de tanins, retrouvés dans des marécages. L’équipe d’Axel Petzold et Sonia O’Connor n’ont pas détecté la présence de tanins dans le tissu cérébral ou dans l’environnement immédiat du crâne.

Agrégats protéiques

Finalement, il s’avère que ce sont des agrégats de protéines, particulièrement denses et compacts, qui ont contribué à l’excellent état de conservation d’un fragment de cerveau humain. Il a fallu entre 2 et 12 mois aux chercheurs pour détecter la présence de filaments intermédiaires au sein des agrégats protéiques. Les chercheurs ont observé au microscope électronique de fins filaments dans des structures ressemblant à des axones.

L’état exceptionnel de conservation de ces structures a également permis de détecter la présence de protéines hautement spécifiques des axones grâce à l’utilisation d’anticorps. Ces très anciennes protéines* renferment donc des motifs intacts (épitopes) capables d’être reconnus par les anticorps utilisés.

L’analyse d’échantillons du tissu cérébral par spectrométrie de masse a confirmé les données de l’imagerie microscopique et de l’immunohistologie, en particulier la présence de la protéine GFAP dans un excellent état de conservation.

Composé naturel inconnu

Selon les chercheurs, les données recueillies laissent penser que l’action des enzymes (protéases) qui auraient dû dégrader le cerveau a été « inhibée par un composé inconnu qui, de l’extérieur, a pénétré dans les structures profondes du cerveau ». Reste à savoir si cela est lié aux conditions d’inhumation, notamment à un rituel funéraire. En tout état de cause, la préservation des protéines GFAP et des neurofilaments après la mort semble imputable à une substance naturelle ayant pénétré dans le cerveau dans un délai de trois mois après le décès.

Partant du principe que des pathologies neurodégénératives (maladies à prions) s’accompagnent de mutations dans des protéines cérébrales et que celles-ci peuvent alors former des agrégats protéiques pathologiques du vivant de l’individu, les chercheurs ont recherché des prions dans ce cerveau ancien. Ils n’en ont pas détecté. Les scientifiques ont par ailleurs précisé que l’ADN du tissu cérébral étant très dégradé, ils n’ont pas été en mesure de séquencer les petits fragments de matériel génétique qui ont été extraits. La dégradation de l’ADN est en effet dix fois plus rapide que celles des protéines.



In fine, cette étude souligne à quel point la formation d’agrégats de protéines représente un moyen naturel remarquablement efficace pour limiter leur exposition aux agents extérieurs et ainsi renforcer considérablement leur stabilité à très long terme. Normalement dispersées dans les cellules du cerveau, ces protéines ont adopté une nouvelle conformation, plus compacte que dans un cerveau moderne. Repliées différemment et liées plus fortement entre elles, elles ont ainsi permis à un fragment de tissu cérébral, vieux de 2600 ans, de nous parvenir quasiment intact.



Marc Gozlan (Suivez-moi sur Twitter, sur Facebook)

* Le marquage immunohistochimique indique la présence de GFAP (protéine gliale fibrillaire acide), spécifique des astrocytes, et de la protéine basique de la myéline (MBP), spécifique des oligodendrocytes. Le signal correspondant aux neurofilaments (Nf) est en revanche plus faible.

Pour en savoir plus :

Petzold A, Lu CH, Groves M, Gobom J, Zetterberg H, Shawand G, O’Connor S. Protein aggregate formation permits millennium-old brain preservation. J. R. Soc. Interface. Published:08 January 2020. doi: 10.1098/rsif.2019.0775

O’Connor, S., Ali, E., Al-Sabah, S., Anwar, D., Bergström, E., Brown, K. A., Buckberry, J., Buckley, S., Collins, M.,Denton, J., Dorling, K., Dowle, A., Duffey, P., Edwards, H. G. M., Correia Faria, E., Gardner, P., Gledhill, A.,Heaton, K., Heron, C., Janaway, R. C., Keely, B. J., King, D., Masinton, A., Penkman, K., Petzold, A., Pickering,M. D., Rumsby, M., Schutkowski, H., Shackleton, K. A., Thomas, J., Thomas-Oates, J., Usai, M.-R., Wilson, A. S.,and O’Connor, T. Exceptional preservation of a prehistoric human brain from Heslington, Yorkshire, U.K. J. Archaeol. Sci. 2001;38:1641–54. doi: 10.1016/j.jas.2011.02.030

Vanlangenakker N, Vanden Berghe T, Krysko DV, Festjens N, Vandenabeele P. Molecular mechanisms and pathophysiology of necrotic cell death. Curr Mol Med. 2008 May;8(3):207-20. doi: 10.2174/156652408784221306

Connolly RC. Lindow man: Britains prehistoricbog body. Anthropol. Today.1985;1:15–7. doi:10.2307/3032823