Dynamique des phases de mémoire et réseaux neuronaux chez Drosophila melanogaster

Julien Séjourné

Résumé

Comment les différentes phases de mémoire interagissent-elles ? Quels sont les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans la formation de la mémoire consolidée ? Drosophila melanogaster s'avère être un excellent modèle pour l'étude des mécanismes neurologiques de l'apprentissage et de la mémoire car, malgré la relative simplicité de son cerveau, elle est capable d'apprentissages variés et performants. Ainsi, un protocole de conditionnement pavlovien associant une odeur à des chocs électriques permet la formation d'une mémoire olfactive aversive. Un cycle unique de conditionnement induit la formation d'une mémoire labile ne durant que quelques heures, alors que cinq cycles de conditionnement espacés avec un intervalle de repos induisent la formation de la mémoire à long terme (MLT). La MLT est une mémoire consolidée et dépendante d'une synthèse protéique de novo. Une autre forme de mémoire consolidée, la mémoire résistante à l'anesthésie (MRA), est formée après un cycle ou plusieurs cycles de conditionnement massés. Même si les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation des mémoires labiles et de la MLT commencent à être relativement bien caractérisés, ceux de la MRA restent largement inconnus à ce jour, peu de mutants pour ce type de mémoire ayant été identifiés. Par ailleurs, les relations entre les deux formes de mémoire consolidée restaient à définir, certains modèles proposant que ces deux formes de mémoire coexistent après un conditionnement espacé, alors que notre équipe a suggéré que la MRA et la MLT étaient exclusives. Pendant ma thèse, j'ai recherché de nouveaux mutants de MRA afin d'essayer de répondre à ces questions. Le criblage après conditionnement de lignées homozygotes portant un élément transposable P(Gal4) a permis d'identifier un nouveau mutant de MRA, memory-gating-defective (megad). Le gène megad code un transporteur aux acides monocarboxyliques, tel que le lactate. Chez la souche sauvage la protéine Megad est exprimée dans le centre de la mémoire olfactive, les corps pédonculés (CPs), où elle pourrait jouer un rôle dans l'approvisionnement énergétique de certains neurones lors de la formation de la MRA. L'inhibition de l'expression de megad uniquement dans les CPs de l'adulte induit un défaut de MRA, indiquant que ce gène joue un rôle physiologique dans la formation de cette mémoire. Au contraire après un conditionnement espacé le mutant megad présente une performance mnésique normale, confirmant l'hypothèse proposée au laboratoire selon laquelle la MRA n'est plus détectée après un conditionnement espacé. Pourquoi la MRA est-elle effacée ou bloquée après un conditionnement espacé ? Nous montrons que la formation de la MLT est facilitée chez le mutant megad puisqu'elle se forme après trois seulement trois cycles de conditionnement espacés, alors qu'il en faut au moins 5 chez la souche sauvage. Ce résultat important suggère que la présence de la MRA contrôle chez la souche sauvage la formation de la MLT, empêchant cette mémoire coûteuse en énergie de se former après un conditionnement unique. Les rôles des CPs ainsi que de certains réseaux neuronaux extrinsèques aux CPs dans la mémorisation olfactive ont été bien caractérisés ces dernières années. Néanmoins, il n'est pas connu comment la trace mnésique sort des CPs lors du rappel mnésique. Dans le but de répondre à cette question j'ai criblé des neurones extrinsèques aux CPs à l'aide d'une toxine thermosensible permettant une inactivation spécifique et conditionnelle de ces neurones. J'ai ainsi montré que les neurones MB-V2, qui sont efférents aux lobes verticaux des CPs, sont impliqués dans le rappel de toutes les formes de mémoire olfactive aversive. De plus la neurotransmission des neurones MB-V2 n'est requise ni pendant l'apprentissage ni pendant la consolidation mnésique. Les neurones MB-V2 projettent sur la corne latérale, une structure impliquée dans l'évitement aux odeurs aversives chez les mouches naïves. Ainsi, pendant le rappel de la mémoire olfactive aversive, la trace mnésique présente dans les CPs activerait les neurones MB-V2 qui renforceraient, via la corne latérale, la voie naturelle d'évitement de l'odeur.

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