ADN G-quadruplex ou ADN G4 : une structure dynamique
Gauche : structure moléculaire de l’ADN du G-quadruplex. A droite, visualisation et coloration de cet ADN dans les noyaux des cellules humaines et dans les chromosomes (Source : Jean-Paul Rodriguez et Giulia Biffi, Université de Cambridge)
Une équipe de recherche internationale comprenant des scientifiques du Queensland Brain Institute, un institut australien de recherche en neurosciences, a découvert un mécanisme important impliqué dans la formation de la mémoire et de nos souvenirs.
Les résultats de cette étude se concentrent sur le comportement dynamique d’une structure particulière d’ADN connue sous le nom d’ADN G-quadruplex ou ADN G4. L’équipe vient de mettre en évidence le rôle essentiel de cette structure dans la régulation de l’expression des gènes associés à la mémoire à long terme.
Cette étude, publiée dans Journal des neurosciences, constitue la première preuve que cet ADN G-quadruplex se trouve dans les neurones et qu’il est activement impliqué dans la modulation et l’expression de différents états de mémoire.
Qu’est-ce que l’ADN G-quadruplex ou ADN G4 ? Habituellement, l’ADN de nos cellules adopte une conformation standard appelée ADN-B. Il s’agit de la fameuse double hélice d’ADN qui a été décrite pour la toute première fois par James Watson (né en 1926), Francis Crick (1916-2004) et Maurice Wilkins (1916-2004) en 1953.
Bien que fortement présente dans toutes nos cellules, cette conformation de l’ADN n’est pas la seule. L’ADN peut en fait se replier en d’autres structures telles que l’ADN-A et l’ADN-Z qui sont également des doubles hélices, mais un peu différentes.
Outre ces structures en double hélice, l’ADN peut adopter d’autres conformations comme celle de l’épingle à cheveux, la jonction de Holliday, l’ADN triplex qui est un ADN à trois brins et enfin l’ADN G-quadruplex.
Grande importance dans la consolidation de la mémoire
Des structures de type quadruplex se forment dans les acides nucléiques tels que l’ADN et l’ARN. Dans une telle structure, quatre guanines sont liées ensemble par un type de liaison quelque peu spécial appelé appariement de Hoogsteen.
Les structures sont ainsi formées non pas avec deux brins comme dans l’ADN B, mais avec des structures à quatre brins. Un cation monovalent (ion métallique porteur d’une charge positive) intervient dans cette structure pour la stabiliser.
L’ADN G-quadruplex est l’un des vingt états différents de l’ADN que les chercheurs ont identifiés à ce jour. Chacun de ces états joue potentiellement un rôle particulier dans la régulation des gènes.
Au cours de cette nouvelle étude, qui porte principalement sur la structure G4, les chercheurs ont découvert qu’elle s’accumule dans les cellules nerveuses en réponse à l’apprentissage.
Lors d’une phase d’apprentissage, cet ADN G-quadruplex s’accumule temporairement dans les neurones. La formation de l’ADN G4 est très rapide et ne prend que quelques millisecondes.
Pour cette étude, les chercheurs ont travaillé avec des souris. Chez cet animal, ils ont réalisé que l’ADN G4 est impliqué dans la transcription croissante et décroissante des neurones actifs, en fonction de leur activité, pour permettre différents états de mémoire.
Ce mécanisme est très intéressant, car il met en évidence la manière dont l’ADN réagit à une expérience, montrant qu’elle n’est pas statique, mais dynamique. Les résultats de cette étude suggèrent que l’ADN a la capacité de stocker des informations dans son code, mais aussi dans sa structure.
L’extinction de la peur, un mécanisme essentiel à la survie
L’une des implications pratiques de cette recherche est son impact potentiel sur la compréhension et potentiellement sur le traitement des affections liées à la mémoire, telles que l’extinction de la peur, un mécanisme de survie essentiel.
La peur est une émotion ressentie par chacun. Elle découle d’une menace de préjudice physique, émotionnel ou psychologique, réel ou imaginaire. Bien que considérée comme une émotion négative, la peur joue en réalité un rôle essentiel dans notre sécurité, car elle nous mobilise face au danger.
L’extinction de cette peur repose sur la formation de nouveaux souvenirs à long terme contenant des éléments environnementaux similaires. Ces nouveaux souvenirs rivalisent avec la mémoire liée à la peur et la remplacent.
La formation de ces nouvelles mémoires dépend de changements coordonnés dans l’expression des gènes. Il s’agit d’un processus qui dépend des interactions temporelles entre la machinerie transcriptionnelle et diverses structures d’ADN telles que l’ADN G-quadruplex.
Cette découverte élargit non seulement la compréhension fondamentale du fonctionnement de l’ADN en tant que dispositif de contrôle transcriptionnel, mais elle ouvre également la voie à de futures études qui pourraient conduire à des thérapies innovantes pour divers troubles psychiatriques, en tirant parti de la nature dynamique de l’ADN dans le cerveau.
Source :
Paul R. Marshall, Joshua Davies, Qiongyi Zhao, Wei-Siang Liau, Yujin Lee, Dean Basic, Ambika Periyakaruppiah, Esmi L. Zajaczkowski, Laura J. Leighton, Sachithrani U. Madugalle, Mason Musgrove, Marcin Kielar, Arie Maeve Brueckner, Hao Gong, Haobin Ren, Alexander Walsh, Lech Kaczmarczyk, Walker S. Jackson, Alon Chen, Robert C. Spitale et Timothy W. Bredy, « L’ADN G-Quadruplex est un dispositif de contrôle transcriptionnel qui régule la mémoire », Journal des neurosciences, 10 avril 2024, 44 (15) e0093232024 ; DOI : https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0093-23.2024
