Une fenêtre temporelle pour la consolidation de la mémoire pendant le sommeil NREM révélée par l'oscillation de l'AMPc

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Une fenêtre temporelle pour la consolidation de la mémoire – Les oscillations de cAMP révèlent un mécanisme clé pendant le sommeil NREM

Contexte académique

Le sommeil joue un rôle crucial dans la formation de la mémoire, en particulier le sommeil non paradoxal (NREM), qui est considéré comme une phase clé pour la consolidation de la mémoire. Cependant, les mécanismes spécifiques de la consolidation de la mémoire, en particulier la manière dont les molécules de signalisation intracellulaire coordonnent leur activité avec l’activité neuronale, restent un mystère. Parmi ces molécules, l’AMP cyclique (cyclic adenosine monophosphate, cAMP), en tant que second messager intracellulaire, joue un rôle important dans l’apprentissage et la mémoire. Bien que l’importance de la voie de signalisation du cAMP dans la formation de la mémoire ait été largement étudiée, ses dynamiques en temps réel pendant le sommeil et sa coordination avec l’activité neuronale restent mal comprises.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont exploré les variations dynamiques du cAMP pendant le sommeil, en particulier ses modes d’oscillation pendant le sommeil NREM, et ont cherché à comprendre comment ces oscillations influencent les interactions entre l’hippocampe et le cortex, favorisant ainsi la consolidation de la mémoire. Cette étude comble non seulement les lacunes dans la compréhension des dynamiques du signal cAMP pendant le sommeil, mais offre également de nouvelles perspectives sur les mécanismes de consolidation de la mémoire.

Source de l’article

Cette recherche a été menée par Ziru Deng, Xiang Fei, Siyu Zhang et Min Xu, entre autres, issus de plusieurs institutions, dont l’Institut des neurosciences de l’Académie chinoise des sciences, l’Hôpital Songjiang de l’École de médecine de l’Université Jiao Tong de Shanghai et l’Institut de recherche Songjiang. L’article a été publié le 18 juin 2025 dans la revue Neuron, sous le titre A Time Window for Memory Consolidation during NREM Sleep Revealed by cAMP Oscillation.

Processus et résultats de la recherche

1. Dynamiques du signal cAMP pendant l’apprentissage

L’étude a d’abord mesuré le signal cAMP dans l’hippocampe de souris par photométrie à fibres (fiber photometry). Les chercheurs ont utilisé un capteur de cAMP fluorescent vert à haute sensibilité (GFLAMP), combiné à un indicateur de calcium génétiquement encodé (GCaMP) pour surveiller simultanément l’activité neuronale. Les souris ont été soumises à des tâches d’exploration spatiale (spatial exploration task) et de conditionnement de peur auditive (auditory fear conditioning, AFC) pour étudier la relation entre le signal cAMP et l’activité neuronale.

Les résultats ont montré que lors de l’exploration d’objets, les signaux cAMP et calcium augmentaient significativement et étaient positivement corrélés. Cela indique que le signal cAMP est étroitement lié à l’activité neuronale pendant l’apprentissage. De plus, dans la tâche de conditionnement de peur auditive, un choc électrique aux pattes (footshock) a également provoqué une augmentation rapide du signal cAMP, confirmant davantage le rôle clé du cAMP dans la formation de la mémoire.

2. Dynamiques du signal cAMP pendant le cycle veille-sommeil

Ensuite, les chercheurs ont analysé les variations du signal cAMP pendant différentes phases du sommeil. En utilisant la polysomnographie pour enregistrer l’électroencéphalogramme (EEG) et l’électromyogramme (EMG) des souris, combinée à la photométrie à fibres pour mesurer le signal cAMP, ils ont étudié les dynamiques du cAMP pendant le sommeil NREM, le sommeil paradoxal (REM) et l’état de veille.

Les résultats ont révélé que le signal cAMP pendant le sommeil NREM présentait des oscillations ultra-lentes (infra-slow oscillation, ISO) d’une période d’environ 60 secondes. Ces oscillations étaient synchronisées avec l’activité neuronale de l’hippocampe et du cortex, et pendant le sommeil NREM, le signal cAMP était négativement corrélé avec le signal calcium. De plus, le signal cAMP atteignait son niveau le plus bas pendant le sommeil REM, tandis qu’il était positivement corrélé avec le signal calcium pendant l’état de veille. Ces résultats montrent que le signal cAMP présente des modes dynamiques différents selon les phases du sommeil.

3. Rôle des oscillations cAMP dans la consolidation de la mémoire

Pour approfondir le rôle des oscillations cAMP dans la consolidation de la mémoire, les chercheurs ont conçu une expérience d’optogénétique en boucle fermée. Dans cette expérience, les souris ont d’abord été entraînées à une tâche de mémoire spatiale, puis, pendant les 3 heures de sommeil suivant l’entraînement, les chercheurs ont inhibé sélectivement l’activité de la région CA1 de l’hippocampe pendant les pics d’oscillation cAMP par optogénétique.

Les résultats ont montré que l’inhibition de l’activité hippocampique pendant les pics d’oscillation cAMP altérait significativement la performance de la mémoire spatiale des souris, tandis que l’inhibition pendant les creux d’oscillation n’avait pas d’effet notable sur la mémoire. Cela indique que l’activité de l’hippocampe pendant les pics d’oscillation cAMP est cruciale pour la consolidation de la mémoire. De plus, les chercheurs ont observé que la connectivité fonctionnelle entre l’hippocampe et le cortex était renforcée pendant les pics d’oscillation cAMP, soutenant davantage le rôle des oscillations cAMP dans la consolidation de la mémoire.

4. Rôle de la signalisation noradrénergique dans les oscillations cAMP

Enfin, les chercheurs ont exploré le rôle de la signalisation noradrénergique (norepinephrine, NE) dans les oscillations cAMP. En mesurant simultanément les signaux cAMP et NE, ils ont découvert que le signal NE pendant le sommeil NREM était fortement corrélé avec le signal cAMP, et que le pic du signal NE précédait celui du signal cAMP d’environ 6 secondes. Des expériences pharmacologiques supplémentaires ont montré que le blocage des récepteurs β1-adrénergiques réduisait significativement l’amplitude des oscillations cAMP sans affecter leur rythme. Cela suggère que la signalisation NE module l’amplitude des oscillations cAMP via les récepteurs β1, influençant ainsi la consolidation de la mémoire.

Conclusion et signification

Cette étude révèle le mode d’oscillation ultra-lente du signal cAMP pendant le sommeil NREM et démontre que ces oscillations sont synchronisées avec l’activité neuronale de l’hippocampe et du cortex, créant une fenêtre temporelle clé pour la consolidation de la mémoire. Les chercheurs ont également découvert que la signalisation noradrénergique module l’amplitude des oscillations cAMP via les récepteurs β1, influençant ainsi la consolidation de la mémoire. Ces découvertes offrent de nouvelles perspectives sur les mécanismes de consolidation de la mémoire et fournissent des cibles potentielles pour le développement de stratégies thérapeutiques contre les troubles de la mémoire.

Points forts de la recherche

  1. Oscillations ultra-lentes du signal cAMP pendant le sommeil NREM : L’étude révèle pour la première fois le mode d’oscillation ultra-lente du signal cAMP pendant le sommeil NREM, comblant une lacune dans la compréhension des dynamiques du signal cAMP pendant le sommeil.
  2. Expérience d’optogénétique en boucle fermée : Grâce à une méthode d’optogénétique en boucle fermée, l’étude démontre que l’activité de l’hippocampe pendant les pics d’oscillation cAMP est cruciale pour la consolidation de la mémoire.
  3. Rôle de la signalisation noradrénergique : L’étude montre que la signalisation noradrénergique module l’amplitude des oscillations cAMP via les récepteurs β1, offrant de nouvelles perspectives sur les mécanismes de régulation neuronale de la consolidation de la mémoire.

Autres informations utiles

L’étude a également révélé que les oscillations cAMP sont étroitement liées à des événements électrophysiologiques associés à la mémoire, tels que les ondes ripples de l’hippocampe et les fuseaux corticaux (spindles). Ces découvertes soutiennent davantage le rôle crucial des oscillations cAMP dans la consolidation de la mémoire et ouvrent de nouvelles directions pour les recherches futures sur les mécanismes neuronaux de la consolidation de la mémoire.

Cette recherche, grâce à une conception expérimentale innovante et une analyse approfondie des données, révèle les variations dynamiques du signal cAMP pendant le sommeil NREM et son rôle clé dans la consolidation de la mémoire. Ces découvertes approfondissent non seulement notre compréhension des mécanismes de formation de la mémoire, mais ouvrent également de nouvelles perspectives pour le développement de stratégies thérapeutiques contre les troubles de la mémoire.