Comment l'épigénétique influence la création des souvenirs

Lorsqu’un souvenir est créé, le cerveau subit des modifications physiques et fonctionnelles appelées «trace mnésique». Une trace mnésique représente les schémas d’activité spécifiques et les modifications structurelles des neurones qui se produisent lors de la formation d’un souvenir et de son évocation ultérieure.

Mais comment le cerveau fait-il pour choisir les neurones qui seront impliqués dans une trace mnésique? D’après des études, l’excitabilité inhérente des neurones joue un rôle, mais La conception actuellement admise comment fonctionne l’apprentissage a négligé de s’intéresser au centre de commande du neurone, c’est-à-dire son noyau. Dans ce dernier, il semble qu’une toute autre dimension soit restée inexplorée: l’épigénétique.

À l’intérieur de chaque cellule d’un organisme vivant, le matériel génétique codé par l’ADN est le même, mais les divers types de cellules qui composent le corps, comme les cellules de la peau, les cellules rénales ou les cellules nerveuses, expriment chacun un ensemble différent de gènes. L’épigénétique est le mécanisme par lequel les cellules contrôlent l’activité des gènes sans modifier la séquence de l’ADN.

Des scientifiques de l’EPFL sous la houlette du neuroscientifique Johannes Gräff ont cherché à savoir si l’épigénétique pouvait avoir une influence sur la probabilité que les neurones soient sélectionnés pour la formation des souvenirs. Leur recherche sur les souris, désormais publiée dans la revue Science, montre que l’état épigénétique d’un neurone est déterminant pour son rôle dans l’encodage des souvenirs. «Nous illuminons la première étape de la création des souvenirs à partir d’un niveau centré sur l’ADN», déclare Johannes Gräff.

Johannes Gräff et son équipe se sont demandés si des facteurs épigénétiques pouvaient influencer la fonction «mnésique?» d’un neurone. Un neurone peut être épigénétiquement ouvert – lorsque l’ADN à l’intérieur de son noyau est relâché ou détendu, ou fermé – lorsque l’ADN est compact et serré.

Les scientifiques ont découvert que ce sont les neurones ouverts qui sont les plus susceptibles d’être choisis pour la «trace mnésique», l’ensemble clairsemé de neurones dans le cerveau qui présente une activité électrique lors d’un nouvel apprentissage. En effet, les neurones qui étaient dans un état de chromatine plus ouvert étaient également ceux qui présentaient une activité électrique plus élevée.

Les neurones présentent des niveaux variables de compaction de la chromatine, représentés par différentes nuances de rouge. Moins un neurone est compact, plus il est susceptible d'être recruté dans la trace mnésique (en vert). Crédit : Giulia Santoni (EPFL)

Les scientifiques de l’EPFL ont ensuite utilisé un virus pour délivrer des enzymes épigénétiques afin de provoquer une ouverture artificielle des neurones. Ils ont constaté que les souris concernées apprenaient beaucoup mieux. Lorsque les scientifiques ont adopté l’approche inverse pour fermer l’ADN des neurones, la capacité d’apprentissage des souris s’annulait.

Ces résultats ouvrent de nouvelles voies de compréhension de l’apprentissage qui tiennent compte du noyau du neurone et pourraient même permettre, un jour, la découverte de médicaments destinés à améliorer l’apprentissage. Comme l’explique Johannes Gräff: «Ils s’éloignent de la conception neuroscientifique dominante de l’apprentissage et de la mémoire, qui porte sur l’importance de la plasticité synaptique, et s’intéressent désormais à ce qui se passe à l’intérieur du noyau d’un neurone, à son ADN. C’est très important car de nombreux troubles cognitifs comme la maladie d’Alzheimer et l’état de stress post-traumatique sont caractérisés par des mécanismes épigénétiques défaillants.»