Annexe aux articles 02 et 03. les autres protéines de Notre Mémoire
La plasticité des synapses est indispensable à l’apprentissage mnésique, lui-même est associé à la formation des souvenirs.
Dans le premier article analysé dans cette Annexe, des protéines sont bien engagées dans la plasticité les synapses mais ce ne sont pas des protéines de mémoire.
Ce sont des récepteurs protéiques dont la « sensibilité particulière » provoque une plasticité des synapses, c'est-à-dire une faculté de modifications des synapses ; qui elles-mêmes permettent l’apprentissage mnésique, donc la formation des souvenirs.
À la question posée par Serge Laroche :
« Quelle est la nature physique des traces mnésiques - les souvenirs ? »
La réponse pourrait être :
Le champ (ferro)électrique des protéines de mémoires mises à la disposition de la synapse par les astrocytes.
Tout d’abord il faut revenir sur la définition de la plasticité.
Pour un (bio)physicien, la plasticité est une propriété mécanique particulière de certains matériaux, par exemple : l’argile du potier, le beurre du pâtissier, le chewing-gum mâché par l’adolescent … ou les protéines.
Pour un neurobiologiste la plasticité d’une synapse devient la faculté de cette synapse d’être modifiée ; cette modification permet un apprentissage, une mise en mémoire des souvenirs.
La plasticité est ici une faculté physiologique conférant la mémoire.
Rappel :
C’est la plasticité des protéines de mémoire qui confère sa plasticité à la synapse
Les protéines ne sont pas réellement oubliées par les neurobiologistes, mais leur plasticité n’a pas le même sens. Serge Laroche dans « Formation et consolidation des souvenirs » indique que la « La plasticité [synaptique] résulte d'une sensibilité particulière des protéines qui constituent le récepteur NMDA à l'activité neuronale »
Les récepteurs NMDA sont des protéines formées de plusieurs sous-unités (protéiques). Ils sont activés par le N-méthyl-D-aspartate (NMDA), qui lui a donné son appellation.
Ces récepteurs permettent l’entrée de l’ion calcium dans le neurone et cette entrée « serait un mécanisme d'induction de la plasticité synaptique »
« Lorsqu'on bloque les récepteurs NMDA … les synapses perdent leur plasticité et les animaux présentent d'importants déficits d'apprentissage. »
Si les récepteurs NMDA semblent jouer un rôle central, de nombreuses autres protéines interviennent dans le mécanisme de la plasticité synaptique, notamment de nombreuses kinases
(… comme c’est souvent le cas dans les cascades métaboliques. Ces cascades ne sont pas sans rappeler celles des processus immunitaires, et ce n’est peut être pas un hasard.
L’évolution n’a pas sélectionné du simple mais du complexe ! Le complexe donne de larges possibilité de régulations, de diversité d’acheminement d’une
information, … ).
Les kinases sont des enzymes qui ajoutent un ion phosphate à une autre protéine, souvent une autre enzyme.
(le OH est celui d’une fonction latérale de la protéine, une sérine ou une tyrosine)
La fixation d’un groupe phosphoryle modifie considérablement les propriétés biophysiques de la protéine :
- sa solubilité : ses possibilités d’agrégation avec d’autres protéines et/ou de se fixer sur une membrane comme celle de l’astrocytes, sachant que l’intérieur du double feuillet constituant les membranes est hydrophobe.
- le barycentre des charges électrique de la protéine, donc son champ électrique. Même si les trois charges négatives sont en partie neutralisées par des cations du milieu extérieur, par exemple les ions sodium Na+ ou potassium K+, il reste un charge résiduelle qui modifie le champ électrique de la protéine.
La phosphorylation ne serait-ce que de quelques protéines de mémoire collées à la paroi de la synapse changerait considérablement le champ électrique auquel est soumis le signal neuronal.
Quand Serge Laroche indique que « Le processus de consolidation [de la mémoire] implique toute la machinerie biochimique et moléculaire des neurones »,
… ou
La « consolidation des modifications synaptiques passent par l'activation de gènes et la synthèse de protéines dans les neurones ».
… il conviendrait d’ajouter
« et dans les astrocytes »
Voir 05. Enregistrement de notre mémoire
Aux questions posées par Serge Laroche :
« … quels sont les mécanismes qui vont modifier durablement les synapses ? »
.. ou
« Comment les souvenirs s'impriment-ils dans le cerveau ? Quelle est la nature physique des traces mnésiques - les souvenirs ? »
La réponse pourrait être :
Le champ (ferro)électrique des protéines de mémoires mises à la disposition de la synapse par les astrocytes
Au sujet de « l’inhibition de la synthèse protéique pendant l'apprentissage qui ne perturbe pas l'apprentissage lui-même, ni une mémoire à court terme durant quelques heures, mais empêche la formation d'une mémoire à long terme de l'apprentissage. »
La mémoire à court terme modifie le champ (ferro)électrique des protéines de mémoire préexistantes sans doute particulièrement plastiques …
… tandis que la mémoire à long terme nécessite la synthèse de nouvelles protéines de mémoire
(sachant que ces deux types de mémoire ne sont pas localisées dans les mêmes parties du cerveau, voir
18. Notre Mémoire, des synapses floues )