Mémoire et cerveau : ces protéines toxiques qui seraient en fait vitales pour nos souvenirs

Le double visage des protéines amyloïdes

Dans l’imaginaire médical collectif et la recherche neurobiologique, les protéines amyloïdes ont longtemps tenu le rôle de l’ennemi public numéro un. Elles sont systématiquement associées à des pathologies dévastatrices, jouant un rôle de premier plan dans le développement de la maladie d’Alzheimer et de la maladie de Parkinson. Ces protéines sont connues pour former des agrégats pathologiques, des fibres protéiques nuisibles qui étouffent et détruisent les cellules cérébrales, entraînant avec elles la perte des souvenirs.

Cependant, une perspective radicalement différente émerge des laboratoires du Stowers Institute à Kansas City, dans le Missouri. Depuis près de deux décennies, les chercheurs de cet institut explorent une hypothèse audacieuse : et si une version fonctionnelle de ces mêmes amyloïdes était en réalité indispensable à la formation de nos souvenirs à long terme ? Ce qui est perçu comme un agent destructeur pourrait, dans un autre contexte, être l’architecte même de notre mémoire.

L’histoire de notre vie est encodée dans nos souvenirs, mais les scientifiques ne maîtrisent pas encore totalement la manière dont le cerveau transforme une expérience sensorielle fugace en une réminiscence durable. Il s’avère aujourd’hui que l’un des principaux moteurs des maladies neurologiques, celles-là mêmes associées à la perte de mémoire, pourrait être responsable de la création des souvenirs à long terme en premier lieu. C’est ce paradoxe biologique que vient d’éclairer une nouvelle étude.

La mouche du vinaigre, modèle réduit de l’esprit humain

Pour mener à bien cette enquête, l’équipe du neuroscientifique Kausik Si s’est tournée vers un allié de taille modeste : la mouche du vinaigre. Bien que le cerveau de cet insecte ne fasse que la taille d’un grain de sable, il recèle une complexité fascinante. Il contient plus de 137 mètres (150 yards) de câblage neuronal reliant 140 000 neurones en une toile complexe appelée le connectome. En 2024, les scientifiques ont réussi à cartographier intégralement ce connectome, qui sert désormais souvent de modèle pour explorer les mécanismes internes de l’esprit biologique.

Dans cette nouvelle étude publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), les chercheurs se sont concentrés sur l’analyse des « protéines chaperons ». Ces molécules jouent un rôle d’assistant essentiel : elles aident les autres protéines à se replier dans des états corrects. L’équipe de Kausik Si a découvert qu’un type spécifique de protéine chaperon permet la création d’amyloïdes fonctionnels. Contrairement à leurs homologues pathologiques qui s’agglutinent de manière néfaste, ces amas de protéines adoptent des formes repliées qui les rendent utiles à l’intérieur du cerveau.

Il apparaît que lorsqu’il s’agit de fabriquer des souvenirs, ces amyloïdes fonctionnels jouent un rôle étonnamment central. Le neuroscientifique Kausik Si a déclaré dans un communiqué de presse : « Nous avons la preuve définitive qu’il existe des processus au sein du système nerveux qui peuvent prendre une protéine et lui faire former un amyloïde à un moment très précis, à un endroit précis et en réponse à une expérience spécifique. »

Une quête scientifique de vingt ans

Kausik Si n’est pas un novice lorsqu’il s’agit d’explorer les potentiels effets positifs des amyloïdes sur la production de la mémoire. Ses travaux remontent loin : dès 2003, il avait découvert des amyloïdes fonctionnels chez les lièvres de mer. Plus récemment, dans une étude de 2020 publiée dans la revue Science, le laboratoire de Kausik Si rapportait que les amyloïdes fonctionnaient comme des protéines adaptatives pour la formation des souvenirs.

À l’époque de cette précédente étude, l’équipe restait face à une énigme. Selon les propres mots du chercheur, son équipe « ne savait pas comment ni quand » les amyloïdes pouvaient jouer un rôle positif dans la formation de la mémoire. Cependant, il notait que « le fait que l’amyloïde soit nécessaire pour former la mémoire impliquait qu’il devait y avoir un mécanisme qui contrôle le processus ». C’est ce mécanisme de contrôle précis qui manquait jusqu’alors à l’appel.

La persévérance des chercheurs du Stowers Institute visait donc à combler ce vide théorique. Il ne suffisait pas de constater la présence de ces protéines ; il fallait comprendre l’engrenage moléculaire qui permettait de basculer d’une protéine classique à une structure amyloïde bénéfique, sans basculer dans la pathologie destructrice associée aux maladies neurodégénératives.

La découverte de la protéine « Funes »

Dans leur étude actuelle, l’équipe a entrepris de résoudre ce mystère en manipulant les concentrations de 30 protéines chaperons différentes dans le centre de la mémoire de la mouche. Au cours de ce processus méticuleux, les scientifiques ont découvert une protéine chaperon non décrite auparavant. Ils l’ont surnommée « Funes », en hommage au personnage principal de la nouvelle de Jorge Luis Borges, Funes ou la Mémoire, qui acquiert la capacité de se souvenir de tout dans les moindres détails.

Pour tester leur hypothèse selon laquelle les protéines chaperons Funes étaient responsables de la création des amyloïdes à l’origine de la formation de la mémoire, les scientifiques ont mis au point une expérience comportementale. Ils ont entraîné des mouches du vinaigre à s’attendre à une récompense sucrée après avoir été exposées à une odeur désagréable. Les résultats ont été probants : les mouches présentant des niveaux accrus de Funes se souvenaient avec succès de la récompense liée à l’odeur après 24 heures.

Ce test a permis d’isoler le rôle crucial de cette protéine spécifique. En augmentant sa présence, la capacité de l’insecte à conserver une information sur la durée s’est trouvée consolidée, validant ainsi le lien direct entre l’action de ce chaperon moléculaire et la persistance du souvenir.

Validation du mécanisme par l’ingénierie génétique

Pour confirmer ces résultats, des recherches supplémentaires ont été menées à l’Université de Hong Kong. Les scientifiques y ont étudié des variantes génétiquement modifiées de la protéine chaperon Funes. Ces variantes se liaient bien à Orb2 (appelée CPEB chez les mammifères), une sorte de protéine impliquée dans la formation de la mémoire chez les mouches du vinaigre. Cependant, une différence majeure distinguait ces variantes : contrairement aux protéines chaperons Funes originales, elles ne déclenchaient pas la formation d’amyloïdes.

Le résultat de cette manipulation a été remarquable et sans appel. Les mouches dotées de ces variantes de chaperons ont échoué à former des souvenirs à long terme. Cette observation démontre que le repliement amyloïde est critique pour la formation de la mémoire à long terme. Il ne suffit pas que les protéines soient présentes ou qu’elles interagissent ; elles doivent spécifiquement adopter cette structure amyloïde pour que le souvenir se fige.

Cette étape de validation croisée entre le Stowers Institute et l’Université de Hong Kong apporte une robustesse significative à la découverte. Elle permet de distinguer l’interaction simple entre protéines de la transformation structurelle nécessaire à l’encodage durable de l’information dans le réseau neuronal.

Vers de nouvelles thérapies neurologiques

Cette percée scientifique ouvre des horizons inédits pour la compréhension du cerveau humain et le traitement de ses dysfonctionnements. En identifiant ce type de protéine chaperon, les chercheurs ont potentiellement déverrouillé de nouvelles voies thérapeutiques pour les maladies neurologiques. Comprendre comment le cerveau utilise contrôlablement les amyloïdes pourrait changer notre approche des pathologies où ce mécanisme déraille.

Kausik Si conclut sur les implications plus larges de cette découverte pour la perception de la réalité elle-même : « En fin de compte, les chaperons pourraient permettre au cerveau de percevoir, de traiter ou de stocker des informations sur le monde extérieur. Et dans les maladies où nous ne voyons pas le monde tel qu’il est, comme la schizophrénie ou les troubles bipolaires, nous pourrions imaginer que les chaperons jouent un rôle. »

Ainsi, ce qui a commencé par l’étude d’une protéine souvent crainte dans le contexte d’Alzheimer pourrait non seulement expliquer comment nous nous souvenons de notre passé, mais aussi offrir des clés pour soigner les troubles psychiatriques complexes qui altèrent notre perception du présent.

Selon la source : popularmechanics.com

Créé par des humains, assisté par IA.