«Greffe de mémoire» réalisée chez les escargots
Mémoire transférée entre les escargots, défiant la théorie standard de la façon dont le cerveau se souvient
Transfert de mémoire réussi chez les escargots réalisé par des scientifiques de l’Université de Californie publié dans la revue «eNeuro»
L’ARN de l’aplysie entraînée peut induire un engramme épigénétique pour une sensibilisation à long terme chez l’aplysie non entraînée
La nature précise de l’engramme, substrat physique de la mémoire, reste incertaine. Ici, il est rapporté que l’ARN extrait du système nerveux central d’ Aplysia a reçu une formation de sensibilisation à long terme (LTS) induit une sensibilisation lorsqu’il est injecté à des animaux non entraînés ; en outre, la sensibilisation induite par l’ARN, comme la sensibilisation induite par l’entraînement, nécessitait une méthylation de l’ADN. Dans des expériences cellulaires, le traitement avec de l’ARN extrait d’animaux entraînés s’est avéré augmenter l’excitabilité des neurones sensoriels, mais pas des motoneurones, dissociés des animaux naïfs. Ainsi, les modifications comportementales et un sous-ensemble des modifications cellulaires caractéristiques d’une forme de mémoire à long terme non associative (LTM) dans l’Aplysiepeut être transféré par ARN. Ces résultats indiquent que l’ARN est suffisant pour générer un engramme pour le LTS dans l’Aplysie et sont cohérents avec l’hypothèse selon laquelle les changements épigénétiques induits par l’ARN sous-tendent le stockage de la mémoire dans l’Aplysie .
Déclaration d’importance : Il est généralement admis que la mémoire à long terme (LTM) est codée comme des altérations de la force synaptique. Un modèle alternatif, cependant, propose que le LTM soit codé par des changements épigénétiques. Les ARN non codants (ARNnc) peuvent induire des modifications épigénétiques. Par conséquent, l’ARN d’un animal entraîné pourrait être capable de produire un changement de comportement semblable à celui de l’apprentissage chez un animal non entraîné. Ici, il est démontré que la mémoire pour la sensibilisation à long terme (LTS) dans le mollusque marin Aplysia peut être transférée avec succès en injectant de l’ARN de sensibilisés dans des animaux naïfs. De plus, une altération cellulaire spécifique qui sous-tend la sensibilisation dans l’Aplysie , l’hyperexcitabilité des neurones sensoriels, peut être reproduite en exposant les neurones sensoriels in vitroà l’ARN d’animaux entraînés. Les résultats fournissent un support pour un modèle épigénétique non synaptique de stockage de la mémoire dans Aplysia .«Greffe de mémoire» réalisée chez les escargots
Le transfert de mémoire est au cœur de la science-fiction depuis des décennies, mais il devient de plus en plus un fait scientifique.Une équipe a réussi à transplanter des souvenirs en transférant une forme d’information génétique appelée ARN d’un escargot à un autre.
Les escargots ont été formés pour développer une réaction défensive.
Lorsque l’ARN a été inséré dans des escargots qui n’avaient pas subi ce processus, ils se sont comportés comme s’ils avaient été sensibilisés.
La recherche, publiée dans la revue eNeuro, pourrait fournir de nouveaux indices dans la recherche de la base physique de la mémoire.
ARN signifie acide ribonucléique; c’est une grande molécule impliquée dans divers rôles essentiels au sein des organismes biologiques – y compris l’assemblage des protéines et la façon dont les gènes sont exprimés plus généralement.
Les scientifiques ont donné de légers chocs électriques à la queue d’une espèce d’escargot marin appelée Aplysia californica . Après l’administration de ces chocs, le réflexe de retrait défensif des escargots – où les escargots se contractent pour se protéger du mal – est devenu plus prononcé.
Lorsque les chercheurs ont ensuite tapoté les escargots, ils ont découvert que ceux qui avaient reçu les chocs affichaient une contraction défensive d’environ 50 secondes, tandis que ceux qui n’avaient pas reçu les chocs ne se contractaient que pendant environ une seconde.
Les escargots choqués avaient été « sensibilisés » au stimulus.
Encre violette
Les scientifiques ont extrait l’ARN du système nerveux des escargots qui ont reçu les chocs et l’ont injecté à un petit nombre d’escargots marins qui n’avaient pas été sensibilisés de cette manière.
Les escargots non sensibilisés injectés avec l’ARN des animaux choqués se sont comportés comme s’ils avaient eux-mêmes reçu les chocs caudaux, affichant une contraction défensive d’environ 40 secondes.
Ils ont constaté un effet similaire lorsqu’ils ont fait la même chose avec des cellules nerveuses sensorielles étudiées dans des boîtes de Pétri.
Le professeur David Glanzman, l’un des auteurs, de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA), a déclaré que le résultat était « comme si nous avions transféré la mémoire ».
Il a également souligné que les escargots n’ont pas été blessés : « Ce sont des escargots marins et lorsqu’ils sont alarmés, ils libèrent une belle encre violette pour se cacher des prédateurs. Donc, ces escargots sont alarmés et libèrent de l’encre, mais ils ne sont pas physiquement endommagés par les chocs », a-t-il dit.
Traditionnellement, on pensait que les souvenirs à long terme étaient stockés dans les synapses du cerveau, les jonctions entre les cellules nerveuses. Chaque neurone possède plusieurs milliers de synapses.
Mais le professeur Glanzman a déclaré: « Si les souvenirs étaient stockés au niveau des synapses, il n’y a aucun moyen que notre expérience ait fonctionné. »
Le professeur de biologie intégrative de l’UCLA a un point de vue différent, estimant que les souvenirs sont stockés dans les noyaux des neurones. L’article pourrait soutenir des indices d’études menées il y a des décennies selon lesquelles l’ARN était impliqué dans la mémoire.
On pense que le type d’ARN pertinent pour ces découvertes régule diverses fonctions dans la cellule impliquée dans le développement et la maladie.
Les chercheurs ont déclaré que les cellules et les processus moléculaires des escargots marins sont similaires à ceux des humains, malgré le fait que l’escargot possède environ 20 000 neurones dans son système nerveux central et que les humains en auraient environ 100 milliards.
Les chercheurs voient ce résultat comme une étape vers l’atténuation des effets de maladies telles que la maladie d’Alzheimer ou le trouble de stress post-traumatique (SSPT).
Lorsqu’on lui a demandé si ce processus serait propice à la transplantation de souvenirs établis à travers des expériences de vie, le professeur Glanzman était incertain, mais il a exprimé son optimisme sur le fait qu’une meilleure compréhension du stockage de la mémoire conduirait à une plus grande opportunité d’explorer différents aspects de la mémoire.
Des biologistes «transfèrent» une mémoire entre escargots
Les biologistes de l’UCLA rapportent qu’ils ont transféré une mémoire d’un escargot marin à un autre, créant une mémoire artificielle, en injectant de l’ARN de l’un à l’autre. Cette recherche pourrait conduire à de nouvelles façons d’atténuer le traumatisme des souvenirs douloureux avec l’ARN et de restaurer les souvenirs perdus.
« Je pense que dans un avenir pas trop lointain, nous pourrions potentiellement utiliser l’ARN pour améliorer les effets de la maladie d’Alzheimer ou du trouble de stress post-traumatique », a déclaré David Glanzman, auteur principal de l’étude et professeur de biologie intégrative et de physiologie à l’UCLA. et de la neurobiologie. La recherche de l’équipe est publiée le 14 mai dans eNeuro, le journal en ligne de la Society for Neuroscience.
L’ARN, ou acide ribonucléique, est largement connu comme un messager cellulaire qui fabrique des protéines et transmet les instructions de l’ADN à d’autres parties de la cellule. Il est maintenant compris qu’il a d’autres fonctions importantes en plus du codage des protéines, y compris la régulation d’une variété de processus cellulaires impliqués dans le développement et la maladie.
Les chercheurs ont donné de légers chocs électriques à la queue d’une espèce d’escargot marin appelée Aplysia. Les escargots ont reçu cinq chocs caudaux, un toutes les 20 minutes, puis cinq autres 24 heures plus tard. Les chocs renforcent le réflexe de retrait défensif de l’escargot, une réponse qu’il affiche pour se protéger des dommages potentiels. Lorsque les chercheurs ont ensuite tapoté les escargots, ils ont découvert que ceux qui avaient reçu les chocs affichaient une contraction défensive qui durait en moyenne 50 secondes, un type simple d’apprentissage appelé «sensibilisation». Ceux qui n’avaient pas reçu les chocs se sont contractés pendant environ une seconde seulement.
Les scientifiques de la vie ont extrait l’ARN du système nerveux des escargots marins qui ont reçu les chocs de la queue le lendemain de la deuxième série de chocs, ainsi que des escargots marins qui n’ont reçu aucun choc. Ensuite, l’ARN du premier groupe (sensibilisé) a été injecté dans sept escargots marins qui n’avaient reçu aucun choc, et l’ARN du deuxième groupe a été injecté dans un groupe témoin de sept autres escargots qui n’avaient également reçu aucun choc.
Remarquablement, les scientifiques ont découvert que les sept qui ont reçu l’ARN des escargots qui ont reçu les chocs se sont comportés comme s’ils avaient eux-mêmes reçu les chocs de la queue : ils ont affiché une contraction défensive qui a duré en moyenne environ 40 secondes.
Comme prévu, le groupe témoin d’escargots n’a pas présenté de contraction prolongée.
Une nouvelle théorie du stockage de la mémoire
Ensuite, les chercheurs ont ajouté de l’ARN à des boîtes de Pétri contenant des neurones extraits de différents escargots n’ayant pas reçu de chocs. Certains plats contenaient de l’ARN d’escargots marins qui avaient reçu des chocs électriques sur la queue, et certains plats contenaient de l’ARN d’escargots qui n’avaient pas reçu de chocs électriques. Certains des plats contenaient des neurones sensoriels, et d’autres contenaient des motoneurones, qui chez l’escargot sont responsables du réflexe.
Lorsqu’un escargot marin reçoit des chocs électriques sur la queue, ses neurones sensoriels deviennent plus excitables. Fait intéressant, les chercheurs ont découvert que l’ajout d’ARN des escargots qui avaient reçu des chocs produisait également une excitabilité accrue des neurones sensoriels dans une boîte de Pétri ; il ne l’a pas fait dans les motoneurones. L’ajout d’ARN d’un escargot marin qui n’a pas reçu les chocs de la queue n’a pas produit cette excitabilité accrue dans les neurones sensoriels.
Dans le domaine des neurosciences, on a longtemps pensé que les souvenirs étaient stockés dans les synapses. (Chaque neurone a plusieurs milliers de synapses.) Glanzman a un point de vue différent, croyant que les souvenirs sont stockés dans le noyau des neurones.
« Si les souvenirs étaient stockés au niveau des synapses, notre expérience n’aurait en aucun cas fonctionné », a déclaré Glanzman, qui a ajouté que l’escargot marin est un excellent modèle pour étudier le cerveau et la mémoire.
Les scientifiques en savent plus sur la biologie cellulaire de cette forme simple d’apprentissage chez cet animal que sur toute autre forme d’apprentissage dans tout autre organisme, a déclaré Glanzman. Les processus cellulaires et moléculaires semblent être très similaires entre l’escargot marin et l’homme, même si l’escargot a environ 20 000 neurones dans son système nerveux central et que l’homme en aurait environ 100 milliards.
À l’avenir, a déclaré Glanzman, il est possible que l’ARN puisse être utilisé pour réveiller et restaurer des souvenirs qui sont devenus dormants aux premiers stades de la maladie d’Alzheimer. Lui et ses collègues ont publié des recherches dans la revue eLife en 2014 indiquant que les souvenirs perdus peuvent être restaurés .
Il existe de nombreux types d’ARN et, dans le cadre de recherches futures, Glanzman souhaite identifier les types d’ARN pouvant être utilisés pour transférer des souvenirs.
Les co-auteurs sont Alexis Bédécarrats, un chercheur postdoctoral de l’UCLA qui a travaillé dans le laboratoire de Glanzman ; et Shanping Chen, Kaycey Pearce et Diancai Cai, associés de recherche dans le laboratoire de Glanzman.
La recherche a été financée par l’Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux, l’Institut national de la santé mentale et la National Science Foundation.
Mémoire transférée entre les escargots, défiant la théorie standard de la façon dont le cerveau se souvient
La recherche trouve des indices sur la possibilité de nouveaux traitements pour restaurer les souvenirs perdus
Des neuroscientifiques de l’UCLA ont rapporté lundi qu’ils avaient transféré une mémoire d’un animal à un autre via des injections d’ARN, un résultat surprenant qui remet en question la vision largement répandue de l’endroit et de la manière dont les souvenirs sont stockés dans le cerveau.
La découverte du laboratoire de David Glanzman laisse entrevoir le potentiel de nouveaux traitements à base d’ARN pour restaurer un jour les souvenirs perdus et, s’ils sont corrects, pourraient bouleverser le domaine de la mémoire et de l’apprentissage.
« C’est assez choquant », a déclaré le Dr Todd Sacktor, neurologue et chercheur sur la mémoire au SUNY Downstate Medical Center à Brooklyn, NY « La vue d’ensemble est que nous travaillons sur l’alphabet de base de la façon dont les souvenirs sont stockés pour la première fois. » Il n’a pas participé à la recherche, qui a été publiée dans eNeuro , la revue en ligne de la Society for Neuroscience.
On s’attend à ce que de nombreux scientifiques considèrent la recherche avec plus de prudence. Le travail concerne les escargots, des animaux qui se sont révélés être un puissant organisme modèle pour les neurosciences, mais dont le cerveau simple fonctionne très différemment de celui des humains. Les expériences devront être reproduites, y compris chez des animaux au cerveau plus complexe. Et les résultats vont à l’encontre d’une quantité massive de preuves soutenant l’idée profondément enracinée selon laquelle les souvenirs sont stockés par des changements dans la force des connexions, ou synapses, entre les neurones.
« S’il a raison, ce serait absolument bouleversant », a déclaré Tomás Ryan, professeur adjoint au Trinity College de Dublin, dont le laboratoire recherche les engrammes, ou les traces physiques de la mémoire. « Mais je ne pense pas que ce soit juste. »
Glanzman sait que sa rétrogradation sans cérémonie de la synapse ne passera pas bien sur le terrain. « Je m’attends à beaucoup d’étonnement et de scepticisme », a-t-il déclaré. « Je ne m’attends pas à ce que les gens organisent un défilé pour moi lors de la prochaine réunion de la Society for Neuroscience. »
Même ses propres collègues étaient dubitatifs. « Il m’a fallu beaucoup de temps pour convaincre les gens de mon laboratoire de faire l’expérience », a-t-il déclaré. « Ils pensaient que c’était fou. »
Les expériences de Glanzman, financées par les National Institutes of Health et la National Science Foundation, consistaient à donner de légers chocs électriques à l’escargot marin Aplysia californica. Les escargots choqués apprennent à retirer leurs délicats siphons et branchies pendant près d’une minute pour se défendre lorsqu’ils reçoivent ensuite un faible contact; les escargots qui n’ont pas été choqués ne se retirent que brièvement.
Les chercheurs ont extrait l’ARN du système nerveux des escargots qui avaient été choqués et ont injecté le matériau dans des escargots non choqués. Le rôle principal de l’ARN est de servir de messager à l’intérieur des cellules, transportant les instructions de fabrication des protéines à partir de son cousin l’ADN. Mais lorsque cet ARN a été injecté, ces escargots naïfs ont retiré leurs siphons pendant de longues périodes après un toucher doux. Les escargots témoins qui ont reçu des injections d’ARN provenant d’escargots qui n’avaient pas reçu de chocs n’ont pas retiré leurs siphons aussi longtemps.
« C’est comme si nous transférions une mémoire », a déclaré Glanzman
Le groupe de Glanzman est allé plus loin, montrant que les neurones sensoriels d’aplysie dans les boîtes de Pétri étaient plus excitables, comme ils ont tendance à l’être après avoir été choqués, s’ils étaient exposés à l’ARN d’escargots choqués. L’exposition à l’ARN d’escargots qui n’avaient jamais été choqués n’a pas rendu les cellules plus excitables.
Les résultats, a déclaré Glanzman, suggèrent que les souvenirs peuvent être stockés dans le noyau des neurones, où l’ARN est synthétisé et peut agir sur l’ADN pour activer et désactiver les gènes. Il a dit qu’il pensait que le stockage de la mémoire impliquait ces changements épigénétiques – des changements dans l’activité des gènes et non dans les séquences d’ADN qui composent ces gènes – qui sont médiés par l’ARN.
Ce point de vue remet en question la notion largement répandue selon laquelle les souvenirs sont stockés en améliorant les connexions synaptiques entre les neurones. Au contraire, Glanzman voit les changements synaptiques qui se produisent pendant la formation de la mémoire comme découlant de l’information que l’ARN transporte.
« Cette idée est radicale et défie définitivement le domaine », a déclaré Li-Huei Tsai, neuroscientifique qui dirige l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire au Massachusetts Institute of Technology. Tsai, qui a récemment co-écrit une revue majeure sur la formation de la mémoire , a qualifié l’étude de Glanzman d' »impressionnante et intéressante » et a déclaré qu’un certain nombre d’études soutiennent l’idée que les mécanismes épigénétiques jouent un certain rôle dans la formation de la mémoire, qui est probablement un processus complexe et à multiples facettes. Mais elle a dit qu’elle était fortement en désaccord avec la notion de Glanzman selon laquelle les connexions synaptiques ne jouent pas un rôle clé dans le stockage de la mémoire.
Ryan du Trinity College, comme Glanzman, se tient aux côtés d’une minorité de neuroscientifiques – certains les appellent des rebelles – qui remettent en question l’idée que la mémoire est stockée grâce à la force synaptique. En 2015, Ryan était l’auteur principal d’un article scientifique avec Susumu Tonegawa, prix Nobel du MIT, qui montrait que les souvenirs pouvaient être récupérés même après le blocage du renforcement des synapses. Ryan a déclaré qu’il poursuit l’idée que les souvenirs sont stockés à travers des ensembles de neurones liés par de nouvelles connexions synaptiques, et non par le renforcement des connexions existantes.
Ryan connaît Glanzman et fait confiance à son travail. Il a dit qu’il croit les données dans le nouveau document. Mais il ne pense pas que le comportement des escargots ou des cellules prouve que l’ARN transfère des souvenirs. Il a dit qu’il ne comprenait pas comment l’ARN, qui fonctionne sur une échelle de temps allant de quelques minutes à quelques heures, pourrait provoquer un rappel de la mémoire presque instantané, ou comment l’ARN pourrait connecter de nombreuses parties du cerveau, comme les systèmes auditif et visuel, qui sont impliqués dans des mémoires plus complexes.
Mais Glanzman a déclaré qu’il était convaincu que l’ARN joue un rôle qui éclipse la synapse. En 2014, son laboratoire a montré que les souvenirs de chocs qui avaient été perdus chez les escargots en raison d’une série de procédures expérimentales pouvaient être récupérés, mais les schémas de synapse qui ont été perdus avec la mémoire se sont reformés de manière aléatoire lorsque les souvenirs ont été récupérés, suggérant que les souvenirs étaient pas stocké là-bas. Le laboratoire de Glanzman et d’autres ont également montré que la formation de la mémoire à long terme peut être bloquée en empêchant les changements épigénétiques, même lorsque la formation ou le renforcement des synapses n’est pas altéré.
« Les synapses peuvent aller et venir, mais la mémoire peut toujours être là », a-t-il dit, affirmant qu’il considère les synapses comme simplement le « reflet de la connaissance contenue dans le noyau ».
Glanzman a étudié la mémoire pendant plus de trois décennies. Il a fait un travail postdoctoral avec nul autre qu’Eric Kandel – le neuroscientifique qui a partagé le prix Nobel 2000 pour la recherche sur l’aplysie, sondant le rôle de la synapse dans la mémoire – et il a dit qu’il a passé la majeure partie de sa carrière à croire que le changement synaptique était la clé au stockage en mémoire.
Mais il a dit qu’une série de découvertes d’autres laboratoires et du sien ces dernières années l’ont amené à remettre en question le dogme synaptique. Il se qualifie lui-même de « synaptologue en convalescence ».
Le scepticisme à l’égard de la recherche de Glanzman peut être en partie dû au fait que le travail renvoie à un épisode troublant de la science impliquant un psychologue non conventionnel, James V. McConnell, qui a passé des années à l’Université du Michigan à tenter de prouver que quelque chose en dehors du cerveau – un facteur qu’il appelé « ARN mémoire » – pourrait transférer des souvenirs. Dans les années 50 et 60, McConnell a entraîné des vers plats, puis a nourri les corps de vers entraînés avec des vers non entraînés. Les vers non entraînés semblaient alors présenter le comportement des vers entraînés qu’ils avaient cannibalisés, ce qui suggère que des souvenirs ont été en quelque sorte transférés. Il a également montré que les vers entraînés qui étaient décapités pouvaient se souvenir de leur entraînement après avoir fait pousser de nouvelles têtes.
Bien que le travail ait été reproduit par d’autres laboratoires, le travail de McConnell a été largement ridiculisé et est souvent décrit comme un récit édifiant parce que tant de temps et d’argent ont été dépensés par d’autres laboratoires essayant, souvent sans succès, de reproduire le travail. (McConnell est décédé en 1990, cinq ans après avoir été la cible de l’Unabomber Theodore Kaczynski.)
Récemment, le biologiste du développement Michael Levin de Tufts a reproduit les expériences de McConnell sur des vers sans tête dans des environnements plus contrôlés et pense que McConnell avait peut-être effectivement raison.
Glanzman a déclaré que l’un des étudiants de McConnell, Al Jacobson, a démontré le transfert de souvenirs entre les vers plats via des injections d’ARN, par coïncidence alors qu’il était professeur adjoint à l’UCLA. Le travail a été publié dans Nature en 1966 mais Jacobsen n’a jamais été titularisé, peut-être en raison de doutes sur ses découvertes. L’expérience a cependant été reproduite chez des rats peu de temps après.
Glanzman a découvert le travail de McConnell – et son journal satirique « Worm Runner’s Digest » – alors qu’il était étudiant en psychologie à l’Université de l’Indiana, mais n’a jamais pris les résultats au sérieux. Maintenant, bien qu’il ne soit toujours pas convaincu que McConnell avait tout à fait raison de pouvoir transférer des souvenirs, il pense que McConnell et Jacobson étaient sur quelque chose.
Travailler dans le domaine de la mémoire peut être difficile pour ceux qui défient le statu quo. Sacktor de SUNY, par exemple, a passé plus de 25 ans – malgré le scepticisme, le rejet et la dérision pure et simple de ses collègues scientifiques – à traquer une seule molécule, PKMzeta, qui, selon lui, est essentielle à la formation de souvenirs à long terme et peut être liés aux mécanismes de l’ARN découverts par Glanzman.
Les enjeux dans le domaine sont élevés parce que la mémoire est si essentielle à notre sens de soi et de nombreux scientifiques pensent que comprendre le fonctionnement de la mémoire est quelque chose qui aurait dû être compris maintenant. « C’est la dernière des grandes questions de biologie du XXe siècle », a déclaré Sacktor. « Certains aspects ont rendu la tâche difficile pour les neuroscientifiques. »
La difficulté peut être due en partie à l’accent mis sur la force synaptique. Quelque 12 000 articles ont été publiés sur la force synaptique sans fournir une bonne explication de la façon dont les souvenirs sont stockés, a noté Ryan, ajoutant qu’il applaudit Glanzman pour avoir ouvert une nouvelle voie, aussi radicale soit-elle, à explorer.
« La réalité est que nous en savons si peu sur la mémoire », a déclaré Ryan. « Je suis enthousiasmé par toutes les nouvelles perspectives et avenues. »
https://www.universityofcalifornia.edu/news/biologists-transfer-memory-between-snails
https://www.eneuro.org/content/5/3/ENEURO.0038-18.2018
https://www.bbc.com/news/science-environment-44111476