Les sources de calcium impliquées dans la formation de la mémoire

Dans notre travail, nous avons eu recours à des agents pharmacologiques qui agissent directement ou indirectement sur le calcium intracellulaire. Les agents tels que le BAPTA-AM et le NP-EGTA-AM ciblent spécifiquement le calcium intracellulaire et permettent de moduler la [Ca2+]i quelle que soit son origine (provenant des stocks interne ou extracellulaire). Nous avons également utilisé l’ionomycine et la caféine, des agents pharmacologiques spécifiques des sources respectivement extracellulaire et intracellulaire, mais qui n’agissent pas directement sur le calcium. De nombreux travaux portent sur l’importance des sources de calcium, et nous permettent de discuter de son importance sur la formation de la mémoire.

• Les sources de calcium extracellulaire :

L’inhibition des récepteurs NMDA ou de certains canaux CCVD a un effet sur la modulation de la [Ca2+]i (voir Introduction générale paragraphes I.2.2.a) et sur la formation de la mémoire à long terme chez différents modèles animaux vertébrés et pour différents types d’apprentissage (Quevedo et al., 1998 ; Rampon et al., 2000 ; Rodrigues

et al., 2001 ; Bauer et al., 2002 ; Woodside et al., 2004 ; Seoane et al., 2009). Chez les

invertébrés, l’importance des récepteurs NMDA a également été démontrée chez la drosophile (Xia et al., 2005) et est en cours de discussion chez l’aplysie (Ha et al., 2006).

Chez l’abeille, l’implication des récepteurs NMDA dans la formation de la mémoire n’a pas été mise en évidence. En revanche, les récepteurs nicotiniques, dont certains permettent une entrée de calcium (Goldberg et al., 1999), sont impliqués dans la formation de la mémoire olfactive à long terme chez l’abeille (Gauthier et al., 2006). Dans nos expériences, nous avons testé, sans succès, l’effet de l’ionomycine sur la formation de la mémoire à long terme. L’ionomycine est un ionophore calcique qui entraîne une entrée de calcium dans la cellule (voir Matériels et Méthodes paragraphe

III.1.3.c). Le résultat que nous avons obtenu ne signifie pas pour autant que le calcium

extracellulaire n’est pas nécessaire pour la formation de la mémoire à long terme chez l’abeille. Il est difficile aujourd’hui de savoir si les effets observés sont dus à des phénomènes biochimiques (comme le pH intracellulaire), la nature de l’ionophore ou à la concentration d’ionomycine utilisée. Il serait donc intéressant de tester, dans nos conditions, d’autres concentrations d’ionomycine, ou d’autres ionophores calciques telle que la calcimycine (A23187) qui a des affinités différentes de celles de l’ionomycine pour les phospholipides. Ainsi, ces expériences supplémentaires nous permettraient de savoir si cette source de calcium est importante pour la formation de la mémoire à long terme, comme c’est le cas chez le grillon (Matsumoto et al., 2006).

• Les sources de calcium intracellulaires :

De nombreux travaux, portant essentiellement sur les vertébrés, ont montré l’importance du calcium issu du réticulum endoplasmique dans la formation de la mémoire à long terme. En effet, la libération de calcium par les canaux RyR ou par les IP3R est cruciale pour l’établissement d’une mémoire à long terme lors de la tâche

d’évitement discriminatif chez le poulet (Salinska et al., 2001 ; Edwards et Rickard, 2006 ; Baker et al., 2008), dans la mémoire spatiale à long terme chez le rongeur (Ohnuki

et al., 1996 ; Balschun et al., 1999) ou encore pour la formation d’une mémoire de peur

au contexte chez la souris (Kouzu et al., 2000). Par ailleurs, une activation des RyR par le 4-chloro-m-cresol (4-CMC), lors de l’apprentissage de la tâche d’évitement discriminatif chez le poulet, entraîne une augmentation des performances mnésiques à long terme (Baker et al., 2009). Chez les invertébrés, l’implication des stocks internes de calcium a été démontrée dans la formation d’un conditionnement associatif in vitro chez le mollusque Hermissenda crassicornis (Blackwell et Alkon, 1999). De la même façon, il semble que le calcium issu des stocks internes joue un rôle important dans nos expériences. Ainsi, l’application de caféine, qui entraîne une augmentation de la [Ca2+]i en agissant sur les RyR (McPherson et al., 1991), associée à un essai de conditionnement, induit une forte augmentation des performances mnésiques à long terme. Un point très important est que la caféine doit obligatoirement être associée à un essai de conditionnement pour être suffisante pour former une mémoire à long terme. En effet, la caféine associée à l’odeur seule ne permet pas l’induction d’une telle mémoire (figure

41). Une indication supplémentaire de l’implication des sources de calcium intracellulaire

dans la formation de la mémoire à long terme est que l’octopamine, la voie du renforcement sucré lors du conditionnement du REP (Hammer et Menzel, 1998), permet l’augmentation de la [Ca2+]i (probablement via la voie de signalisation de l’IP3)

(Grohmann et al., 2003). Les expériences menées par Hammer et Menzel en 1998 ont révélé que l’injection d’octopamine au sein des lobes antennaires ou des calices des corps pédonculés, peut remplacer le renforcement sucré et permettre, en association avec une odeur, de former une mémoire à long terme. Ainsi, au sein de ces structures, l’octopamine entraîne une augmentation de la [Ca2+]i pendant l’apprentissage qui a permis, en partie, le déclenchement de la formation de la mémoire à long terme.

L’ensemble de ces travaux suggère que les deux principales sources de calcium sont impliquées dans la formation de la mémoire à long terme. En utilisant des agents pharmacologiques spécifiques du calcium intracellulaire, nous avons agi sur ces deux sources de calcium et montré qu’elles permettent de conférer au calcium intracellulaire le rôle de déclencheur moléculaire de la formation de la mémoire à long terme.

Le calcium, en tant que déclencheur moléculaire, va donc permettre l’activation de molécules pouvant ainsi relayer le calcium pour préparer l’arrivée d’un nouvel essai de conditionnement et assurer le maintien de l’information au sein d’un réseau de neurones. Lors d’un conditionnement en 3 essais espacés de 10 minutes, une forte [Ca2+]i ne peut être maintenue sur une période trop importante car celle-ci pourrait entraîner un effet néfaste sur la survie cellulaire ou une perturbation de la transcription de gènes. Ainsi, des protéines activées par le calcium pourraient prendre le relais du calcium. Un candidat potentiel serait la CaMKII qui maintient son activité enzymatique à long terme grâce à un processus d’autophosphorylation déclenché par des augmentations transitoires répétées de la [Ca2+]i (Dupont et Goldbeter, 1998 ; Dupont et al., 2003 ; Cammarota et al., 2008). Chez les vertébrés, la CaMKII phosphoryle certains récepteurs tels que NMDA et AMPA, entraînant une augmentation du flux ionique permettant ainsi d’amplifier l’arrivée simultanée des informations olfactive et gustative (Soderling, 1993 ; Derkach et

al., 1999). De plus, de nombreux travaux montrent le rôle primordial que joue la CaMKII

dans la formation de la mémoire à long terme (Mayford et al., 1996 ; Cammarota et al., 2008). Pour valider cette hypothèse, nous pourrions injecter un inhibiteur de la CaMKII avant un conditionnement en 3 essais espacés de 10 minutes et observer si les performances mnésiques des animaux à long terme sont dégradées. Nous pourrions également réaliser une injection de caféine ou de NP-EGTA-AM accompagnée de l’injection d’un inhibiteur de la CaMKII, associées à un conditionnement en un seul essai. Nous nous attendons ainsi à observer une diminution de l’effet pro-mnésique de la caféine ou du NP-EGTA-AM obtenu dans nos expériences précédemment décrites (représenté sur le modèle figure 53D).