Nos expériences laissent des traces dans le cerveau, stockées dans de petits groupes de cellules appelées « engrammes ». On pense que les engrammes détiennent les informations d’un souvenir et sont réactivés lorsque nous nous en souvenons, ce qui les rend très intéressants pour la recherche sur la mémoire et la perte de mémoire liée à l’âge ou à un traumatisme.
Dans le même temps, les scientifiques savent que la biologie de l’apprentissage s’accompagne de changements épigénétiques, qui font référence à la manière dont la cellule régule les gènes en ajoutant des « post-it » chimiques sur l’ADN.
Mais la question de savoir si l’état épigénétique d’un seul gène peut à son tour provoquer une modification d’un souvenir est jusqu’à présent restée sans réponse.
Une équipe dirigée par le professeur Johannes Gräff du Laboratoire de neuroépigénétique de l'EPFL a combiné le contrôle génétique basé sur CRISPR avec une technique qui marque les cellules engrammes chez la souris. Ils se sont concentrés sur Arcun gène qui aide les neurones à ajuster leurs connexions avec d’autres neurones. En ciblant la région de contrôle de Arcl'équipe a demandé si le fait d'appuyer sur son « commutateur » épigénétique pouvait directement modifier la mémoire.
Un « interrupteur épigénétique »
Les chercheurs ont développé des outils spécialisés basés sur CRISPR qui pourraient soit réduire, soit augmenter Arc activité dans les neurones de la mémoire. Certains, comme l'outil KRAB-MeCP2, ont été conçus pour désactiver l'activité des gènes en ajoutant des marques répressives qui rendent l'ADN moins accessible, tandis que d'autres ont ouvert l'ADN et activé le gène. Ces outils constituaient essentiellement un « commutateur épigénétique » pour le Arc gène.
Ils ont ensuite utilisé des virus inoffensifs pour délivrer ces outils directement dans l’hippocampe des souris, une région cérébrale centrale pour le stockage et la récupération de la mémoire. Les souris ont ensuite été entraînées à relier un endroit spécifique avec un léger choc du pied. En modifiant l'état épigénétique de Arc dans les neurones, les scientifiques ont pu voir si les animaux se souvenaient du choc ou non. Ils ont également ajouté un « interrupteur de sécurité » qui pouvait annuler l'édition et réinitialiser l'état de la mémoire.
L'étude a montré que le silence épigénétique Arc dans les cellules engrammes empêchait les souris d'apprendre, tandis que son renforcement rendait leur mémoire plus forte. Ces changements pourraient être inversés chez le même animal, montrant que ce « commutateur » épigénétique peut augmenter ou diminuer l’expression de la mémoire. Même les souvenirs vieux de plusieurs jours, qui sont généralement difficiles à modifier, pourraient être modifiés. Au niveau moléculaire, l'édition a provoqué des changements dans l'activité des gènes et dans l'emballage de l'ADN qui correspondaient aux effets comportementaux.
Contrôler l'expression de la mémoire
L’étude est la première démonstration directe que la modification de l’état épigénétique des cellules mémoire est nécessaire et suffisante pour contrôler l’expression de la mémoire. Cela ouvre la voie à de nouvelles façons d’explorer la façon dont les souvenirs sont stockés et modifiés, ce qui pourrait éventuellement également s’appliquer aux humains.
À l’avenir, des approches similaires pourraient aider les chercheurs à mieux comprendre les conditions dans lesquelles le traitement de la mémoire tourne mal, comme les souvenirs traumatiques dans le SSPT, les souvenirs liés à la drogue dans la dépendance ou les problèmes de mémoire qui apparaissent dans les maladies neurodégénératives.
Autres contributeurs
- Centre de compétences en bioinformatique de l'EPFL
- Centre de recherche Synapsy de l'EPFL pour les neurosciences et la santé mentale
