Dopamine et sérotonine sont deux neurotransmetteurs qui accompagnent, pour ne pas dire qui dirigent nos comportements. Mais on vient de leur découvrir une autre fonction, tout aussi importante: ils agissent directement sur l’ADN des neurones (épigénétique) pour modifier à long terme notre fonctionnement cérébral.
La moitié de ce que qu’on vous a appris à l’université est faux. Le problème, c’est que nous ne savons pas quelle moitié. C’est ce que disent les biologistes qui ont un peu de bouteille.
C’est vrai que la science avance très vite, et que les certitudes d’un temps sont des erreurs trente ans plus tard.
On nous a appris à se moquer de Jean-Baptiste Lamarck et de sa théorie selon laquelle les traits acquis par l’expérience de la vie pourraient être transmis à la génération suivante. L’exemple traditionnel, destiné à ridiculiser notre savant, est la maman girafe qui étire son cou pour atteindre la nourriture haut dans les arbres, ce qui donne des bébés girafes au cou extra-long.
Car la théorie, étayée et confirmée durant un siècle, des gènes mémoire et organisateurs, puis des chaînes d’ADN de nos noyaux cellulaires, devait expliquer toute la biologie.
En voici un résumé
Toutes les informations génétiques sont codées dans la séquence d’ADN de nos gènes, et les traits sont transmis par l’échange aléatoire de gènes entre l’ovule et le sperme qui déclenche une nouvelle vie. Les informations et instructions génétiques sont codées dans une séquence de quatre molécules différentes (nucléotides en abrégé A, T, G et C) sur le long brin d’ADN à double hélice. Le code linéaire est assez long (environ 1,80 mètre de long par cellule humaine), il est donc soigneusement rangé autour de bobines de protéines, de la même manière que la bande magnétique est enroulée autour des bobines des cassettes.
Les gènes hérités sont activés ou inactivés pour construire un individu unique à partir d’un œuf fécondé, mais les cellules activent et désactivent constamment des gènes spécifiques tout au long de la vie pour que les protéines dont les cellules ont besoin pour fonctionner. Lorsqu’un gène est activé, des protéines spéciales s’accrochent à l’ADN, y lisent la séquence de lettres et font une copie jetable de cette séquence sous forme d’ARN messager. L’ARN messager transmet ensuite les instructions génétiques aux ribosomes de la cellule, qui déchiffrent le code et produisent la protéine spécifiée par le gène.
Pour cela, il faut un « chef d’orchestre » qui donne des indications, voire des ordres, à l’ADN …
Par analogie, si la bande magnétique reste étroitement enroulée, vous ne pouvez pas lire les informations sur la cassette.
L’épigénétique fonctionne en déroulant ou non la bande pour contrôler quelles instructions génétiques sont exécutées. Dans l’héritage épigénétique, le code ADN n’est pas modifié, mais l’accès à celui-ci l’est.
C’est pourquoi les cellules de notre corps peuvent être si différentes même si chaque cellule a un ADN identique. Si l’ADN n’est pas déroulé de ses différentes bobines – des protéines appelées histones – la machinerie de la cellule ne peut pas lire le code caché. Ainsi, les gènes qui feraient des globules rouges, par exemple, sont bloqués dans les cellules qui deviennent des neurones.
Comment les cellules savent-elles quels gènes lire? La bobine d’histone autour de laquelle l’ADN d’un gène spécifique s’enroule est marquée d’une étiquette chimique spécifique, comme une note Post-it moléculaire. Ce marqueur demande à d’autres protéines de «rouler la bande» et de dérouler l’ADN pertinent de cette histone (ou de ne pas la rouler, selon l’étiquette).
C’est un processus fascinant sur lequel nous en apprenons encore plus, mais nous ne nous attendions pas à ce qu’un produit chimique du cerveau apparemment sans rapport puisse également jouer un rôle. Les neurotransmetteurs sont des molécules spécialisées qui transmettent des signaux entre les neurones. Cette signalisation chimique entre les neurones est ce qui nous permet de penser, d’apprendre, d’éprouver différentes humeurs et, lorsque la signalisation des neurotransmetteurs tourne mal, de souffrir de difficultés cognitives ou de maladie mentale.
La sérotonine et la dopamine mènent la danse …
Les deux sont des monoamines, une classe de neurotransmetteurs impliqués dans des maladies psychologiques telles que la dépression, les troubles anxieux et la toxicomanie. La sérotonine aide à réguler l’humeur et les médicaments connus sous le nom d’inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine sont largement prescrits et efficaces pour traiter la dépression chronique. Ils fonctionnent en augmentant le niveau de sérotonine dans le cerveau, ce qui stimule la communication entre les neurones dans les circuits neuronaux contrôlant l’humeur, la motivation, l’anxiété et la récompense. Cela a du sens, bien sûr, mais il est curieux que cela prenne généralement un mois ou plus avant que le médicament soulage la dépression.
La dopamine, en revanche, est le neurotransmetteur à l’œuvre dans les circuits de récompense du cerveau. Presque toutes les drogues addictives, comme la cocaïne et l’alcool, augmentent les niveaux de dopamine, et la récompense de dopamine induite chimiquement conduit à de nouvelles envies de drogue. Un circuit de récompense affaibli pourrait être une cause de dépression, ce qui aiderait à expliquer pourquoi les personnes souffrant de dépression peuvent s’auto-traiter en prenant des drogues illicites qui stimulent la dopamine.
Mais des recherches menées l’année dernière par Ian Maze, neuroscientifique à l’école de médecine Icahn du mont Sinaï, ont montré que la sérotonine a une autre fonction : elle il peut se lier à un type d’histone connu sous le nom de H3, qui contrôle les gènes responsables de la transformation des cellules souches humaines (précurseurs de toutes sortes de cellules) en neurones sérotoninergiques.
Lorsque la sérotonine se lie à l’histone, l’ADN se déroule, activant les gènes qui dictent le développement d’une cellule souche en neurone sérotoninergique, tout en désactivant les autres gènes en gardant leur ADN étroitement enroulé.
Cette découverte a inspiré l’équipe de Maze à se demander si la dopamine pouvait agir de la même manière, en régulant les gènes impliqués dans la toxicomanie et le sevrage. Ils ont montré que la même enzyme qui attache la sérotonine à H3 peut également catalyser l’attachement de la dopamine à H3 – un processus, appelé dopaminylation.
Ensemble, ces résultats représentent un énorme changement dans notre compréhension de ces neurotranmetteurs. En se liant à l’histone H3, la sérotonine et la dopamine peuvent réguler la transcription de l’ADN en ARN et, par conséquent, la synthèse de protéines spécifiques à partir de celles-ci. Cela transforme ces molécules en agents doubles, agissant évidemment comme des neurotransmetteurs, mais aussi comme des maîtres clandestins de l’épigénétique.
L’équipe de Maze a naturellement commencé à explorer cette nouvelle relation. Ils ont d’abord examiné le tissu cérébral post-mortem des consommateurs de cocaïne. Ils ont trouvé une diminution de la quantité de dopaminylation de H3 dans le groupe de neurones dopaminergiques dans une région du cerveau connue pour être importante dans la dépendance: la zone tegmentale ventrale, ou VTA.
Pour savoir si la consommation de cocaïne affecte réellement la dopaminylation de H3 dans ces neurones, les chercheurs ont étudié des rats avant et après s’être auto-administré de la cocaïne pendant 10 jours.
Résultat : tout comme dans le cerveau des consommateurs humains de cocaïne, la dopaminylation de H3 a chuté dans les neurones de l’AVT des rats. Les chercheurs ont également trouvé un effet de rebond un mois après avoir retiré les rats de la cocaïne, avec une dopaminylation de H3 beaucoup plus élevée dans ces neurones que chez les animaux témoins. Cette augmentation peut être importante pour contrôler les gènes activés ou désactivés, recâbler les circuits de récompense du cerveau et provoquer une envie intense de drogue pendant le sevrage.
En fin de compte, il semble que la dopaminylation – et pas seulement le fonctionnement normal de la dopamine dans le cerveau – puisse contrôler le comportement de recherche de drogue. La consommation de cocaïne à long terme modifie les circuits neuronaux dans la voie de la récompense du cerveau, ce qui rend un apport constant de la drogue nécessaire au fonctionnement normal des circuits. Cela nécessite d’activer et de désactiver des gènes spécifiques pour fabriquer les protéines nécessaires à ces changements, et il s’agit d’un mécanisme épigénétique entraîné par la dopamine agissant sur H3, et non par un changement de séquence d’ADN.
Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont modifié génétiquement des histones H3 chez le rat en remplaçant l’acide aminé auquel la dopamine se fixe par un autre avec lequel il ne réagit pas. Cela empêche la dopaminylation de se produire.
Pour le dire clairement, cette découverte de l’action épigénétique de la dopamine est fondamentale..
Et les implications vont probablement bien au-delà de la dépendance, étant donné le rôle crucial de la signalisation de la dopamine et de la sérotonine dans d’autres maladies neurologiques et psychologiques. En effet, on a trouvé ce type de marquage épigénétique dans les tissus cérébraux de personnes atteintes de trouble dépressif majeur.
On aurait ainsi l’explication du “retard à l’allumage” des médicaments antidépresseurs: en activant ce processus épigénétique, plutôt que de simplement fournir la sérotonine manquante du cerveau, cela peut prendre des jours voire des semaines avant que ces changements génétiques ne deviennent apparents.