Un gène qui joue un rôle clé dans la régulation de la façon dont les corps changent au cours de la journée de 24 heures influence également la formation de la mémoire, permettant aux souris de mieux consolider leurs souvenirs pendant la journée que la nuit. Des chercheurs de Penn State ont testé la mémoire de souris pendant la journée et la nuit, puis ont identifié des gènes dont l’activité fluctuait dans une région du cerveau liée à la mémoire parallèlement aux performances de la mémoire. Des expériences ont montré que le gène, période 1, qui est connu pour être impliqué dans l’horloge circadienne du corps, est crucial pour l’amélioration des performances de la mémoire diurne.
La recherche démontre un lien entre le système circadien et la formation de la mémoire et commence à reconstituer les mécanismes moléculaires qui aident à former et à conserver les souvenirs. Comprendre ces mécanismes et l’influence de l’heure de la journée sur la formation de la mémoire pourrait aider les chercheurs à déterminer comment et quand les gens apprennent le mieux.
Un article décrivant la recherche apparaît en ligne dans la revue Neuropsychopharmacologie.
« Le système circadien, qui régule les changements physiologiques de notre corps au cours de la journée de 24 heures, est partagé par la plupart des organismes et est principalement contrôlé dans une région du cerveau appelée le noyau superchiasmatique », a déclaré Janine Kwapis, professeure adjointe de biologie au Eberly College of Science à Penn State et chef de l’équipe de recherche. « Ce système influence également les oscillations jour/nuit dans d’autres régions du cerveau, y compris l’hippocampe dorsal, l’une des régions où se forment les souvenirs. Parce que la formation de la mémoire est meilleure pendant la journée dans de nombreux organismes, nous nous sommes intéressés à comprendre les mécanismes moléculaires. qui relient l’horloge circadienne à la mémoire. »
Les chercheurs ont testé la mémoire des souris à l’aide d’une tâche de localisation de la mémoire d’objets qui nécessite spécifiquement l’hippocampe dorsal. Essentiellement, les souris sont exposées à deux objets identiques à des endroits spécifiques. Plus tard, les souris sont à nouveau exposées aux objets, mais l’une d’elles a été déplacée. Si les souris examinent ensuite l’objet déplacé plus que celui qui est toujours à son emplacement d’origine, cela suggère qu’elles se souviennent de la configuration d’origine.
« Les souris qui ont été exposées à la tâche de localisation de la mémoire pendant la journée ont formé des souvenirs à long terme plus forts que les souris exposées à la tâche la nuit », a déclaré Lauren Bellfy, étudiante diplômée du laboratoire de Kwapis et première auteure de l’article. « Nous étions alors intéressés de savoir quelle étape du processus de formation de la mémoire était affectée par l’heure de la journée. »
La formation de la mémoire à long terme est souvent décomposée en trois phases. Premièrement, il y a l’acquisition de la mémoire lorsque l’information est initialement apprise. Ensuite, la mémoire doit être consolidée, au cours de laquelle des changements moléculaires se produisent provoquant des modifications cellulaires et synaptiques dans le cerveau qui stockent la mémoire. Enfin, pour être utile, la mémoire doit être récupérée ultérieurement.
L’équipe de recherche a conçu des expériences qui leur ont permis de montrer que l’acquisition et la récupération de la mémoire n’étaient pas affectées par l’heure de la journée, suggérant que la consolidation de la mémoire était le principal moteur des différences observées dans les performances de la mémoire entre le jour et la nuit.
« La consolidation de la mémoire nécessite des changements moléculaires actifs dans les neurones qui entraînent la croissance ou le remodelage des synapses », a déclaré Kwapis. « Ces changements sont entraînés par des changements dans l’activité ou l’expression des gènes, nous avons donc isolé et séquencé tous les gènes exprimés dans l’hippocampe dorsal de souris qui avaient été entraînées à la tâche de localisation de la mémoire pendant la journée ou la nuit. »
De nombreux gènes fluctuent leur activité à travers le cycle jour/nuit indépendamment de l’apprentissage ou des souvenirs, de sorte que l’équipe a comparé l’activité des gènes des souris entraînées pendant le jour et la nuit à ces fluctuations régulières. Ils ont constaté une augmentation spectaculaire de l’activité des gènes chez les animaux exposés à la tâche de mémoire pendant la journée, alors que l’expression de beaucoup moins de gènes était modifiée chez les souris entraînées la nuit. Un gène en particulier qui était exprimé à des niveaux élevés pendant la journée mais réduit la nuit était le gène de l’horloge, Période 1.
Ce gène était déjà connu pour jouer un rôle crucial dans le système circadien du noyau superchiasmatique. Ce qui était passionnant pour les chercheurs, c’est que ce gène semble fonctionner de manière indépendante pour réguler la mémoire dans l’hippocampe, ce qui suggère qu’il « travaille au clair de lune » pour réguler la consolidation de la mémoire tout au long du cycle jour/nuit.
« Notre laboratoire avait déjà étudié le rôle du gène de la période 1 dans la formation de la mémoire, mais nous ne savions pas quel rôle jouait ce gène », a déclaré Bellfy. « Ici, nous avons trouvé des preuves que la période 1 semble réguler la mémoire en fonction de l’heure de la journée. Lorsque nous avons arrêté l’activité de la période 1 dans l’hippocampe dorsal, nous avons vu que ces souris avaient une mémoire altérée, mais la plupart des aspects du système circadien a fonctionné normalement. »
L’équipe prévoit de continuer à étudier d’autres gènes dont l’activité a été modifiée suite à l’apprentissage.
« Ce travail montre que la période 1 joue au moins deux rôles importants dans le cerveau », a déclaré Kwapis. « Il a été identifié en raison de son rôle dans la régulation de l’horloge circadienne, mais il semble être tout aussi important dans la formation de la mémoire. Comprendre comment les souvenirs se forment à ce niveau moléculaire pourrait nous aider à mieux comprendre les dysfonctionnements liés à la mémoire et potentiellement développer des moyens de les résoudre. . Le lien entre l’horloge circadienne et la formation de la mémoire pourrait également être important pour comprendre comment et quand les gens apprennent le mieux.
Outre Kwapis et Bellfy, l’équipe de recherche de Penn State comprend des étudiants diplômés Chad W. Smies, Aswathy Sebastian et Hannah M. Boyd; les étudiants de premier cycle Emily M. Stuart, Destiny S. Wright, Chen-Yu Lo, Alicia R. Bernhardt et Megan J. von Abo ; Kasuni K. Bodinayake, assistant de recherche au Kwapis Lab ; Shoko Murakami, chercheur au Kwapis Lab ; et Istvan Albert, professeur-chercheur en bioinformatique.
Cette recherche a été financée par les National Institutes of Health des États-Unis, la Whitehall Foundation, la Fédération américaine pour la recherche sur le vieillissement, le Eberly College of Science et le Département de biologie de Penn State et le National Institute on Aging.
