Un ver d'un millimètre prouve que les mécanismes d'apprentissage humains ont des centaines de millions d'années. Isabel Beets de la KU Leuven a découvert qu'une molécule de signalisation spécifique chez l'homme a une molécule apparentée dans ce ver. La betterave a été nominée pour la pipette d'or d'Eos.
302 pour être exact. L'ascaris C. elegans n'a plus de cellules nerveuses. Mais ce nombre est suffisant pour acquérir de l'expérience et tirer des leçons de ces expériences. Et qui plus est :le petit ver utilise le même type de molécule signal que les humains. «Notre système d'expérience doit donc avoir plus de sept cents millions d'années», déclare la biochimiste Isabel Beets, qui a terminé sa thèse en mai au Département de physiologie animale et de neurobiologie de la KU Leuven. Les résultats de cette recherche ont été récemment publiés dans la revue Science .
Notre cerveau établit constamment des connexions dans la vie quotidienne. C'est crucial pour fonctionner dans la société. Toutes sortes d'événements et de stimuli déterminent comment nous réagirons plus tard lorsque nous nous trouverons dans des situations similaires. "C'est ce qu'on appelle un comportement d'apprentissage associatif", explique Beets. « Un exemple classique est le chien de Pavlov. Au fil du temps, cet animal a fait le lien entre un signal de sonnerie et de la nourriture.» L'apprentissage associatif influence notre vie sociale et émotionnelle. « Les choix que nous faisons, les relations que nous entretenons. Tout découle de l'apprentissage associatif."
Le ver Caenorhabditis elegans, C. elegans en abrégé, montre un comportement d'apprentissage similaire. "Si le ver a le choix entre un environnement pauvre en sel ou un environnement riche en sel, il optera généralement pour l'environnement riche en sel. Mais la recherche a montré que l'animal peut ajuster son choix en fonction des expériences passées. Si nous avons préalablement exposé le ver au sel en combinaison avec un stimulus négatif – par exemple la famine – il a choisi l'environnement pauvre en sel.» C. elegans est donc génétiquement préprogrammé pour pouvoir apprendre, et donc mieux survivre. Tout comme l'homme. Ces compétences sont essentielles pour survivre dans la nature.
Conventions chez l'homme
Les processus biochimiques qui deviennent actifs dans le mini-cerveau de C. Elegans au cours de l'apprentissage présentent des similitudes frappantes avec des processus similaires dans le cerveau humain. « Le ver contient environ 250 neuropeptides – de petites protéines qui sont conçues par les cellules nerveuses et qui servent de molécules messagères. Avec plusieurs chercheurs de Rotterdam, nous avons découvert que le neuropeptide nématocine en particulier est étroitement impliqué dans le comportement d'apprentissage associatif. Parce que si nous désactivons le gène de la nématocine, C. elegans semble soudainement établir des connexions beaucoup moins efficacement. D'un autre côté, nous pouvons réparer les problèmes d'apprentissage chez les vers mutés en réinsérant le gène spécifique."
La nématocine a une molécule apparentée chez l'homme :l'ocytocine. On l'appelle aussi l'hormone du câlin, car elle stimule les relations sociales entre, par exemple, deux partenaires, ou entre une mère et son enfant. Les recherches de Beets montrent qu'il existe des similitudes structurelles majeures entre la nématocine et l'ocytocine. Vraisemblablement, les deux molécules ont une molécule ancêtre commune, qui doit être ancienne :environ sept cents millions d'années. Pourquoi une telle molécule était-elle utile il y a si longtemps ? « À partir du moment où les animaux ont pu se déplacer, ils ont dû faire des choix plus complexes concernant la nourriture et le danger. C'est un énorme avantage de pouvoir apprendre des expériences précédentes."
Cette découverte évolutive n'est pas le seul aspect intéressant du projet d'Isabel Beets. Le sujet d'étude, l'ascaris C. elegans, ne dépasse pas un millimètre, mais pourrait jouer un rôle crucial dans la recherche médicale et la recherche sur les troubles d'apprentissage. « Avec C. elegans, on ne compte que 302 cellules nerveuses, alors que l'homme en possède plusieurs milliards. Mais maintenant qu'il existe des similitudes significatives au niveau moléculaire, le ver est un excellent organisme modèle pour la recherche sur le cerveau. On peut en savoir plus sur certains troubles neuropsychiatriques et troubles d'apprentissage à travers l'animal. Le lien entre l'ocytocine et, par exemple, l'autisme ou la schizophrénie a déjà été démontré. Si nous parvenons à mieux comprendre l'action spécifique de la nématocine chez C. elegans, nous ouvrirons la voie à de nouveaux traitements et médicaments.'
Ver populaire
C. elegans a le grand avantage d'être un organisme multicellulaire avec un système nerveux relativement simple, qui a d'ailleurs été entièrement cartographié. L'animal est également transparent et se reproduit au bout de trois jours en moyenne. De plus, vous pouvez le congeler et le manipuler génétiquement sans aucun problème. Depuis son introduction il y a plusieurs décennies, C. elegans a connu une forte ascension dans les cercles scientifiques.
En attendant, Beets et ses collègues poursuivent leurs recherches sur les fonctions des neuropeptides. Après tout, ils ne sont pas seulement impliqués dans les processus cognitifs. Ils jouent également un rôle de guide dans la transition entre les différentes phases de la vie. Chez une chenille, par exemple, cela se traduit par la transformation en papillon, alors qu'une personne doit traverser une puberté difficile pour devenir adulte. «C. elegans a également un processus similaire, qui est contrôlé par des neuropeptides», explique Beets. « Si nous désactivons le gène spécifique de ce peptide, la phase de reproduction – le moment où le ver pond ses œufs – est reportée. Ce système a également des millions d'années. »
Le but ultime est de démêler l'effet de la nématocine jusqu'au niveau moléculaire et, en temps voulu, de comprendre l'ensemble de la voie de signalisation moléculaire. « Nos recherches montrent, entre autres, que la nématocine interagit avec les neurotransmetteurs sérotonine et dopamine au cours du processus d'apprentissage. Nous essayons maintenant de savoir exactement comment cette collaboration fonctionne. »
L'été dernier, Beets s'est rendu à Cambridge pendant deux mois pour étudier l'influence de la nématocine sur les cellules nerveuses avec d'autres scientifiques. De plus, Functional Genomics and Proteomics, le groupe de recherche dont Beets fait partie, a récemment reçu une subvention avancée du Conseil européen de la recherche ERC, qui finance la recherche scientifique. "Nous pouvons maintenant lancer un important projet de suivi", déclare Beets.
