Les neurones modifient leur propre ADN 06.05.2015

La stabilité de l'ADN est la clé d'une vie longue et heureuse, c'est pourquoi la cellule essaie d'éliminer toutes les mutations à l'aide de machines moléculaires spéciales. Bien sûr, on peut rappeler ici le phénomène de croisement, qui se produit, par exemple, lors de la maturation des cellules germinales (et dans les cellules en division en général) - lors du croisement, un échange à grande échelle de fragments d'ADN se produit entre chromosomes homologues .

Cependant, ce processus est sous contrôle minutieux et il est toujours lié à la division cellulaire. Quant aux autres cas d'instabilité du génome, ils sont dus soit à des causes externes (comme les rayonnements mutagènes), soit au travail peu précis des machines moléculaires impliquées dans la duplication et la réparation de l'ADN. Une cellule normale et saine essaie d'aussi près que possible de surveiller les changements dans les chromosomes et, si possible, de tout restaurer tel qu'il était.

D'autant plus surprenants sont les résultats du groupe de recherche de Hongjun Song à l'Université Johns Hopkins. Lui et ses collaborateurs ont découvert que les neurones cérébraux normaux et matures modifient constamment leur propre ADN en utilisant des marques épigénétiques. Comme vous le savez, pour modifier l'activité d'un gène particulier, la cellule n'a pas besoin d'interférer avec la séquence nucléotidique, il suffit de fournir au gène des marqueurs spéciaux qui le rendront moins attractif pour les protéines synthétisant l'ARN. Ces marqueurs sont des groupements méthyle qui se fixent sur la base azotée de la cytosine, l'une des quatre "lettres" du code génétique. (Entre parenthèses, juste au cas où, nous notons que les marques de méthyle et la régulation épigénétique en général sont loin d'être le seul moyen de contrôler l'activité des gènes.)

La méthylation de l'ADN est facile, mais il arrive que le marqueur doive être retiré de la cytosine. Ce n'est plus si facile à faire, et ici toute une chaîne de réactions est lancée, et en cours de route, la "lettre" étiquetée est découpée et de la cytosine ordinaire non méthylée est insérée à sa place. C'est-à-dire qu'un trou se forme dans l'une des chaînes d'ADN, ce qui est un élément d'instabilité important - après tout, une autre «lettre» peut arriver ici par erreur et nous obtiendrons une véritable mutation. Néanmoins, les processus de méthylation et de déméthylation de l'ADN sont assez actifs dans les cellules de mammifères, même dans un organe aussi « délicat » que le cerveau, qui est généralement protégé au maximum d'un environnement extérieur imprévisible et du reste du corps.

Dans leur article paru dans Nature Neuroscience, les auteurs écrivent que dans les neurones du cerveau de souris, l'activité de déméthylation était clairement associée à la plasticité cellulaire synaptique. La plasticité synaptique est comprise comme la capacité d'un neurone à réguler la force de la connexion interneuronale avec ses voisins - grâce à elle, l'impulsion dans la chaîne peut s'affaiblir ou augmenter. Au niveau moléculaire, cela peut être vu par la façon dont le nombre de neurotransmetteurs qui transmettent un signal d'un neurone à un autre change, et comment le nombre de récepteurs de neurotransmetteurs du "côté récepteur" change - plus la gamme de changements est large, plus la la plasticité du neurone. Ainsi, lorsque le gène Tet3, qui supprime la déméthylation, a été désactivé dans les cellules cérébrales, la plasticité synaptique a augmenté ; à l'inverse, lorsque l'activité de Tet3 était stimulée, la plasticité diminuait.

D'autres expériences ont montré que le gène Tet3 affecte le niveau de la protéine synaptique GluR1, qui sert simplement de récepteur pour les neurotransmetteurs. Si les neurones commençaient à répondre au stimulus le plus insignifiant, l'activité de Tet3 augmentait et, par conséquent, le niveau de récepteur GluR1 diminuait - c'est-à-dire que les cellules cessaient de répondre aux moindres changements d'impulsions, les synapses retournaient au mode de fonctionnement standard. Mais l'inverse pourrait aussi être vrai: si l'activité des synapses était fortement réduite, dans Tet3, elle diminuait également, de sorte que le niveau de GluR1 augmentait - ce qui, à son tour, se reflétait dans le travail des synapses. L'activité du gène responsable de la déméthylation pouvait être vue par l'état de l'ADN, par la fréquence à laquelle un nucléotide y était découpé.

La plasticité synaptique est associée à la capacité d'apprendre - on pense que plus elle est importante, mieux c'est pour le cerveau. Mais il doit évidemment avoir une sorte de régulateurs, dont l'un s'est révélé de manière inattendue être le gène Tet3, qui réagit aux changements dans l'activité des contacts interneuronaux. Bien sûr, la question se pose de savoir comment exactement cette "microchirurgie" de l'ADN, c'est-à-dire la suppression constante de lettres d'une séquence de nucléotides, affecte la capacité des synapses à répondre à différents signaux. Il est possible que les lacunes dans les chaînes d'ADN tombent précisément sur les gènes qui affectent directement la force et la sensibilité des synapses, mais ce qui s'y passe exactement ne peut être connu que par des recherches plus approfondies.