Une méta-analyse de plus de 300 études préalables sur les effets de l’enrichissement environnemental sur le cerveau des rongeurs a identifié des motifs communs dans l’expression des gènes liés à la communication entre les neurones et à la plasticité synaptique, des processus fondamentaux pour l’adaptation cérébrale.
Le travail, publié dans la revue ‘Molecular Neurobiology’, est copiloté par le chercheur Federico Miozzo, de l’Institut des Neurosciences (IN), centre mixte du Conseil supérieur de recherches scientifiques (CSIC) et de l’Université Miguel Hernández d’Elche (UMH), et le chercheur Bartek Wilczynski, de l’Université de Varsovie (Pologne).
De plus, les résultats « renforcent » le rôle du facteur de transcription AP-1 dans les changements associés à l’enrichissement environnemental, en ligne avec des recherches antérieures de l’équipe d’Ángel Barco à l’IN.
Le cerveau change en réponse aux expériences, mais identifier les mécanismes moléculaires communs à ces changements s’avère complexe, car chaque étude peut présenter des conditions expérimentales différentes.
« L’une des forces de la méta-analyse est que, bien que les études présentent des différences entre elles, les analyser ensemble augmente le nombre d’échantillons disponibles. Cela permet de détecter des motifs communs qui pourraient passer inaperçus dans des recherches individuelles », explique Federico Miozzo, chercheur au laboratoire des mécanismes transcriptionnels et épigénétiques de la plasticité neuronale à l’IN CSIC-UMH.
Pour identifier ces motifs, l’équipe a analysé conjointement les données d’études antérieures sur l’expression génique dans le cerveau des rongeurs exposés à un environnement enrichi. Il s’agit d’animaux qui, dans leur environnement, disposent de plus d’occasions d’explorer, d’effectuer une activité physique et d’interagir avec d’autres animaux que dans les conditions habituelles.
La recherche initiale a identifié plus de 300 publications et, après vérification des études disposant des données nécessaires, les chercheurs ont sélectionné 20 travaux basés sur le séquençage de l’ARN, une technique permettant de mesurer quels gènes s’expriment et dans quelle mesure, pour une analyse plus détaillée.
L’objectif était d’identifier une signature moléculaire associée à l’enrichissement environnemental, c’est‑à‑dire l’ensemble des changements dans l’expression génique détectés de manière cohérente dans différentes études.
RÉSULTATS PRINCIPAUX
Selon un communiqué de l’IN, le traitement des données selon les mêmes critères et la combinaison des résultats en utilisant trois méthodes statistiques différentes ont permis d’identifier des changements moléculaires récurrents entre les études, au‑delà des particularités de chaque expérience.
Ainsi, la méta-analyse identifie une présence marquée de gènes reliés aux synapses, les structures qui permettent la communication entre les neurones, et à la plasticité synaptique, la capacité de ces connexions à modifier leur fonctionnement en réponse à l’activité et à l’expérience.
De plus, parmi les résultats, on relève aussi la présence de gènes de réponse rapide à l’activation neuronale, tels que ceux des familles Fos et Jun, qui codent des protéines faisant partie du complexe AP-1.
Ce facteur de transcription régule l’expression de nombreux gènes impliqués dans la communication entre les neurones et la plasticité synaptique. Cette découverte, selon l’IN, est « particulièrement pertinente » pour son équipe, qui avait déjà étudié le rôle d’AP-1 dans une étude antérieure publiée dans la revue ‘Nature Communications’.
Ce travail a démontré chez la souris que ce complexe participe aux mécanismes reliant les expériences vécues au cours des premières étapes de la vie à des changements durables dans les capacités cognitives, a rappelé l’institution.
« Le fait que le facteur de transcription AP-1 refasse surface dans cette analyse plus large est important, car il renforce et généralise nos découvertes et désigne ces protéines comme les principaux régulateurs de la réponse moléculaire du cerveau à l’enrichissement environnemental », souligne le chercheur Ángel Barco, qui dirige le laboratoire des mécanismes transcriptionnels et épigénétiques de la plasticité neuronale.
Les chercheurs soulignent que les résultats doivent être interprétés en tenant compte de la diversité des études incluses. Les différences dans les conceptions expérimentales et les conditions des animaux introduisent une variabilité, et les résultats obtenus chez les rongeurs ne peuvent être extrapolés directement à l’homme. La méta-analyse identifie des motifs cohérents dans l’expression génique, mais déterminer le rôle causal de chaque mécanisme nécessite de nouvelles recherches expérimentales.
OUTIL OUVERT
L’équipe a développé mEEtaBrain, une application web en libre accès qui permet d’explorer les résultats de la méta-analyse. L’outil permet de rechercher des gènes précis, de sélectionner des régions cérébrales et de modifier les critères d’analyse pour interroger les données d’intérêt.
« L’application permet de naviguer dans les résultats en fonction de ce qui intéresse chaque chercheur : par exemple, consulter un gène donné ou se concentrer sur une région cérébrale concrète. L’idée est que les données puissent être réutilisées et servir de point de départ pour de nouvelles questions », explique Miozzo.
L’étude s’inscrit dans le cadre du projet international EPI-3E (JPND2022-115), financé par l’Institut de la Santé Carlos III (AC22-00030) dans le cadre d’un programme conjoint européen de recherche sur les maladies neurodégénératives JPND.
Également, cela a été possible grâce au financement de l’Agence nationale de la Recherche, du Fonds européen de développement régional, de la Fondation la Caixa et de la Generalitat Valenciana. L’IN CSIC-UMH est un Centre d’Excellence Severo Ochoa, ont indiqué l’institution.
