Des amas de protéines comme mémoire

Les levures ont une vie amoureuse quelque peu compliquée. D'une part, une cellule mère peut produire des cellules filles génétiquement identiques par division cellulaire (mitose). D'autre part, des cellules de levure issues de deux types d'accouplement différents peuvent fusionner entre elles et réunir ainsi deux ensembles de gènes différents. Deux cellules de levure ayant chacune un jeu de chromosomes deviennent ce que l'on appelle un zygote de levure avec deux jeux de chromosomes.

Pour que deux cellules de levure désireuses de fusionner puissent se rapprocher, chaque type d'accouplement émet un leurre spécifique. Si elles le perçoivent, la division cellulaire s'arrête et les partenaires sexuels forment un prolongement particulier, une sorte de prolongement d'accouplement. Lorsqu'ils se rencontrent, les cellules peuvent fusionner et former le zygote. Mais si les partenaires se manquent, ils continuent tous deux à produire des descendants de manière asexuée.

Mémoire insoupçonnée

Aujourd'hui, les chercheurs de l'ETH Fabrice Caudron et Yves Barral, professeur de biochimie, ont découvert un mécanisme jusqu'ici inconnu qui permet aux cellules de levure de mémoriser les "mauvaises expériences" en matière de reproduction. Si une tentative d'approche ne donne aucun résultat, la cellule infructueuse forme une mémoire moléculaire. La protéine Whi3 est alors transformée et donc inactivée. Une fois déformée, la Whi3 modifiée "contamine" d'autres protéines du même type. Elles se fixent les unes aux autres et forment des agrégats. La cellule de levure ne peut pratiquement plus les dissoudre. Les agrégats de Whi3 font que les futurs "amants" doivent envoyer une quantité beaucoup plus importante du messager pour que cette cellule y réagisse. Si la quantité est trop faible, elle continuera à se diviser uniquement de manière mitotique.

"Jusqu'à présent, personne ne pensait trouver une telle mémoire dans un organisme unicellulaire", souligne Yves Barral pour souligner le caractère unique de cette découverte. Il est intéressant de noter qu'il existe un lien entre la mémoire et le vieillissement. En effet, plus la cellule vieillit, plus les éléments de mémoire s'accumulent sous forme de tels agrégats dans une cellule. "Trouver un partenaire sexuel adéquat devient de plus en plus difficile avec le temps", explique le professeur de l'ETH. En effet, le processus d'agrégation n'est pratiquement plus réversible. Ce n'est que très rarement que la mémoire est perdue, la cellule pouvant alors détruire les agrégats. Les cellules filles qu'une cellule mère étrangle ne reçoivent pas la mémoire en héritage, les agrégats restent dans la mère. Ainsi, la descendance n'est pas prédisposée, la cellule fille est jeune. La manière dont la cellule mère retient les agrégats de protéines est un mécanisme important que Barral et Caudron étudient actuellement.

La mémoire permet d'économiser de l'énergie

Ce qui n'a pas encore été étudié, c'est la raison pour laquelle les cellules de levure stockent ces substances (et d'autres). "Une mémoire pourrait donc être utile à la levure pour éviter d'autres tentatives d'accouplement improductives mais gourmandes en énergie", explique Caudron, qui a passé les six dernières années à faire des recherches sur ce phénomène. La levure est confrontée à un dilemme. Si elle ne forme que des clones, la population devient génétiquement uniforme et peut par exemple s'éteindre en cas de changement soudain des conditions environnementales. La reproduction sexuée, en revanche, conduit à une population génétiquement variable, mais les cellules doivent dépenser plus d'énergie pour cela. Les levures "tricheuses" posent problème. En effet, si une autre cellule, voire un organisme étranger, produit l'attractif sans offrir de possibilité d'accouplement, une cellule sans préjugés attend en vain le partenaire supposé et ne se divise plus pendant ce temps. Cela l'élimine en tant que concurrente pour les nutriments, à son propre détriment. C'est pourquoi il ne vaut la peine de réagir aux attractifs que si le succès de la reproduction est garanti. Une cellule de levure n'a cette chance que si l'attractif est très concentré et indique la proximité immédiate d'un partenaire.

De la bactérie à l'organisme multicellulaire

Grâce à leur travail, les scientifiques de l'ETH mettent pour la première fois en évidence une forme de mémoire non héréditaire chez un être vivant unicellulaire. Le système d'agrégats de protéines semble toutefois universel et relativement ancien dans l'histoire de l'évolution. Barral connaît également des bactéries qui "vieillissent" comme les cellules de levure. Elles pourraient elles aussi disposer d'un mécanisme de mémoire similaire, suppose-t-il. Un tel mécanisme a également été démontré chez la mouche du vinaigre Drosophila. Les mâles exécutent une danse nuptiale pour gagner les faveurs d'une femelle. Si celle-ci est déjà fécondée, il n'y répond pas. Le mâle stocke cette expérience dans des terminaisons nerveuses, les synapses, à l'aide d'agrégats de protéines. Pour Barral et Caudron, ce sont des indices qui montrent que les processus de mémorisation sont très similaires chez les organismes pluricellulaires et unicellulaires. "Qui aurait cru qu'un organisme unicellulaire comme la levure puisse nous aider à comprendre comment nous mémorisons nos expériences ?" dit Barral.