Lorsque nous rappelons un souvenir, il se renforce grâce à des modifications de la structure génétique dans les cellules nerveuses.
Photo : Des chercheurs ont découvert que la formation de la mémoire est liée à des modifications à grande échelle de la chromatine dans les cellules nerveuses. Sur cette coupe transversale du cerveau d'une souris, la structure jaune en haut est l'hippocampe, zone clé du stockage des nouveaux souvenirs. Le jaune révèle la présence de cellules engrammes actives lors de la formation et du rappel d'un souvenir. (Crédit : Asaf Marco, Li-Huei Tsai et collègues.)
Le terme « engramme », inventé il y a plus d'un siècle par le zoologiste Richard Semon, désigne la trace physique laissée par un souvenir dans le cerveau, comparable à une empreinte. Les neuroscientifiques comprennent mieux aujourd'hui comment notre cerveau forme ces souvenirs.
Lors de la formation d'un souvenir, des cellules cérébrales spécifiques s'activent. Ces mêmes cellules se réactivent à chaque rappel, renforçant les connexions neuronales et consolidant la mémoire. Les souvenirs fréquemment rappelés persistent mieux, tandis que les autres s'effacent. Le mécanisme précis au niveau neuronal restait toutefois mystérieux... jusqu'à récemment.
Les neuroscientifiques savaient déjà que la mémoire ne se fixe pas instantanément et que son rappel est essentiel à sa consolidation. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont désormais élucidé une étape clé à l'échelle moléculaire, au niveau des chromosomes des cellules engrammes.
Ils ont introduit un marqueur fluorescent dans le génome de souris, activé par l'expression du gène Arc. Les animaux ont été conditionnés à craindre un son spécifique dans un lieu donné, puis ramenés sur place pour réactiver la mémoire. Dans l'hippocampe, les cellules engrammes impliquées se sont colorées, facilitant leur identification microscopique post-mortem.
Dans les noyaux de ces cellules, la formation de la mémoire induit des réarrangements subtils de la chromatine – l'ensemble d'ADN et de protéines formant les chromosomes. Ces changements rendent les gènes plus accessibles, favorisant la préservation du souvenir. « Vous pouvez voir le processus de formation mémorielle comme un travail préparatoire », explique Li-Huei Tsai, directrice de l'Institut Picower pour l'apprentissage et la mémoire, co-auteure principale de l'étude.
Au début, juste après la formation, l'expression génique ne variait pas beaucoup, mais des changements structurels de la chromatine étaient observables. Certaines régions d'ADN devenaient accessibles aux amplificateurs : éléments génétiques favorisant l'activation des gènes.
Quelques jours plus tard, l'ADN s'était réorganisé davantage, rapprochant les amplificateurs de leurs gènes cibles, sans encore booster l'expression. « J'étais déçu à ce moment-là, cela n'avait pas de sens », confie Asaf Marco, postdoctorant au MIT et auteur principal.
« L'ensemble du processus de formation de la mémoire peut être considéré comme une forme de travail préparatoire » Li-Huei Tsai
En réexposant les souris à l'environnement initial, une explosion d'expression génique s'est produite. Les réarrangements chromatiques correspondaient parfaitement, renforçant les connexions neuronales. Marco a alors compris : ces changements préparent les cellules à amplifier le souvenir lors du rappel.
« C'est comme un échauffement avant une séance d'entraînement », compare Steve Ramirez, professeur adjoint de neurosciences à l'Université de Boston. Les cellules engrammes se préparent à exprimer des gènes qui consolident les connexions, mais n'agissent pleinement qu'au rappel. « Ils sont prêts à passer à l'action pour faciliter la remémoration », ajoute-t-il. Une idée « très séduisante ».
Depuis dix ans, plusieurs équipes soupçonnaient les changements de chromatine d'être impliqués. « Nous le pensions tous, mais cet article le démontre brillamment », commente Iva Zovkic, professeure adjointe de psychologie à l'Université de Toronto.
L'étude sépare formation et rappel, offrant des preuves directes inédites. « C'est beaucoup plus convaincant que les travaux précédents », note Zovkic.
Les avancées technologiques permettent d'analyser ces changements à une échelle fine, reliant molécules et comportement. « Cet article zoome comme jamais, c'est magique », s'enthousiasme Ramirez.
« Actuellement, nous ignorons 95 % du génome » Asaf Marco
Ces observations chez la souris pourraient différer chez l'humain, dont les souvenirs sont plus complexes. « Difficile d'extrapoler pour l'instant », tempère Shawn Liu, professeur adjoint à l'Université de Columbia. L'hippocampe est conservé, mais des différences existent. Néanmoins, ces découvertes pionnières sur l'amorçage mémoriel sont fascinantes, selon Tsai.
Des études supplémentaires testeront si ce schéma s'applique à divers souvenirs (émotionnels, moteurs, visuels). Comprendre la mémoire pourrait traiter le TSPT ou Alzheimer, où les souvenirs sont trop ou pas assez persistants.
Les facteurs environnementaux (alimentation, stress) influencent la chromatine, avec des impacts potentiels. L'« ADN indésirable » (95 % du génome) mérite aussi exploration : il pourrait coder des aspects mémoriels cruciaux. « Nous avons cartographié le génome, mais le comprenons à peine », conclut Marco.
Article originellement publié dans Quanta Magazine.
Traduction : Luca Desmet
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