10 Déc Ils préfèrent mourir : la leçon que les vers ronds mâles refusent d’apprendre

Les chercheurs ont découvert que les vers mâles n’apprennent pas aussi bien que les femelles par l’expérience et ont identifié le récepteur neuronal responsable, qui existe également chez l’homme.

Dans la société humaine, les hommes ont tendance à être considérés comme des preneurs de risques, tandis que les femmes sont perçues comme étant plus prudentes. Selon les psychologues évolutionnistes, cette différence s’est développée à la suite des menaces pesant sur chaque sexe et de leurs besoins respectifs. Bien que de telles généralisations soient, bien sûr, trop binaires et simplistes pour décrire fidèlement le comportement humain complexe et multiforme, des différences nettes entre les femmes et les hommes sont souvent évidentes chez d’autres animaux, même chez des organismes simples tels que les vers. Dans une nouvelle étude publiée dans Nature Communications, des chercheurs de l’Institut Weizmann des Sciences ont montré que les vers mâles apprennent moins bien à partir de leurs expériences et ont du mal à éviter de prendre des risques, même au prix de leur propre vie, et que le fait de leur permettre de s’accoupler avec des membres du sexe opposé améliore ces capacités. Les scientifiques ont également découvert une protéine, conservée de manière évolutive chez les créatures allant des vers aux humains, qui semble être responsable des différentes capacités d’apprentissage des deux sexes.

(l-r) Dr. Asaf Gat, Dr. Rizwanul Haque ( assis), Dr. Sonu Peedikayil-Kurien and Dr. Meital Oren-Suissa

C. elegans, un minuscule ver rond, est un modèle parfait pour étudier les différences génétiques fondamentales entre les sexes, puisque le sexe du ver est déterminé uniquement par les gènes, sans aucun facteur hormonal ou autre. Ces vers sont divisés en deux sexes : les mâles et les femelles qui sont en réalité des hermaphrodites qui produisent également des cellules sexuelles mâles et peuvent se féconder elles-mêmes ou s’accoupler avec des mâles.

Ces minuscules vers ont un système nerveux simple composé de quelques centaines de cellules nerveuses seulement, et ils sont le seul organisme pour lequel les scientifiques ont cartographié toutes les connexions neuronales des deux sexes. Au début de leur cycle de vie, il n’y a pas de différence entre ces connexions dans les deux sexes ; les différences apparaissent après que les vers ont atteint la maturité sexuelle. Les chercheurs du laboratoire du Dr Meital Oren-Suissa, dans les départements des Sciences du Cerveau et des Neurosciences Moléculaires de l’Institut Weizmann, profitent de l’opportunité offerte par ces vers pour révéler les différences fondamentales entre les cerveaux et les systèmes nerveux des mâles et des femelles.

Dans leur nouvelle étude, les chercheurs se sont concentrés sur les différences dans les processus d’apprentissage entre les sexes. Les vers ronds se nourrissent de bactéries et, malheureusement pour eux, sont particulièrement attirés par l’odeur d’une bactérie pathogène qui, si elle est consommée, leur est nocive. Les scientifiques se sont posé une question essentielle : les vers des deux sexes peuvent-ils apprendre à éviter cette bactérie ? L’équipe, dirigée par Sonu Peedikayil-Kurien, doctorant du groupe du docteur Oren-Suissa, a commencé son étude par un « entraînement », en cultivant séparément des vers des deux sexes et en les nourrissant d’un régime à base de la bactérie nocive. Après cet entraînement, les vers ont été placés dans un plat « test », où ils étaient libres de choisir entre la bactérie toxique et une autre qui, bien que moins tentante, ne leur ferait aucun mal. Les vers femelles ont rapidement appris à faire le lien entre l’odeur de la bactérie nocive et la maladie qu’elle provoque, et ont donc choisi de manger l’autre bactérie. La plupart des mâles, cependant, n’ont pas appris et ont continué à consommer la bactérie nocive, même s’ils tombaient tout aussi malades : la bactérie pénétrait dans leur système digestif, sécrétait des toxines et provoquait une réponse immunitaire. Lorsque les chercheurs ont attendu plus longtemps, quelques mâles ont fini par apprendre à éviter la bactérie nocive, mais seulement après avoir été gravement infectés, être tombés malades et être nombreux à mourir.

Forts de ces découvertes, les chercheurs ont commencé à rechercher des différences dans l’activité du système nerveux des deux sexes. Les vers ont deux types de neurones impliqués dans la détection des odeurs : l’un est responsable de l’attraction et l’autre de la répulsion. Lorsque ces cellules sont activées, elles se remplissent d’ions calcium qui peuvent être marqués, ce qui permet de surveiller l’activité neuronale chez les vers transparents. Cela a permis aux chercheurs de déterminer que chez les vers femelles – et uniquement chez les vers femelles – le neurone responsable du sens de la répulsion devenait nettement plus actif en réponse à la maladie que les vers contractaient en mangeant la bactérie attractive. Apparemment, c’était le conditionnement qui les guiderait plus tard pour se nourrir d’une autre source.

Apprentissage instinctif

Au cours de la phase suivante de l’étude, les chercheurs ont tenté de comprendre les différences entre les sexes aux niveaux génétique et moléculaire. « Grâce au génie génétique, nous avons créé des vers femelles avec un système nerveux masculin, et nous avons observé une baisse spectaculaire de leur capacité d’apprentissage », explique Sonu Peedikayil-Kurien. « D’autre part, pour que les vers mâles commencent à relier la maladie du système digestif à l’odeur de la bactérie, il ne suffisait pas de changer le sexe de leur système nerveux. Nous avons également dû changer le sexe de leur système digestif. Cette découverte, ainsi que d’autres, nous a amenés à postuler que les systèmes digestif et nerveux communiquent entre eux, peut-être en utilisant des neuropeptides, de courtes protéines qui se fixent aux neurones et les affectent, et que cette communication réprime la capacité des vers à apprendre. »

Avec l’aide du Crown Institute for Genomics de l’Institut Weizmann, l’équipe de recherche a examiné les changements d’expression génique chez les mâles ayant survécu à l’exposition aux deux types de bactéries, c’est-à-dire ceux qui ont appris à éviter le danger, et a constaté une diminution de l’expression du récepteur npr-5 dans leur cerveau. Lorsque les chercheurs ont créé des vers mâles dépourvus de ce récepteur, les vers ont pu apprendre ; lorsqu’ils ont réintroduit le npr-5 uniquement dans les neurones sensoriels des vers, ceux-ci ont de nouveau perdu leur capacité d’apprentissage. Les chercheurs en ont donc conclu que ce récepteur est responsable de la suppression de l’apprentissage sensoriel chez les mâles.

Les images de microscopie confocale de vers des deux sexes montrent une forte expression d’un gène immunitaire (vert) lors de l’exposition à une bactérie pathogène chez les femelles (deuxième à partir de la gauche) et les mâles (extrême droite). D’autres images montrent l’absence de réponse immunitaire après l’exposition à l’autre bactérie chez les femelles (extrême gauche) et les mâles (deuxième à partir de la droite). Les mâles n’ont pas tiré les leçons de l’expérience, même si leur réponse immunitaire à la bactérie nocive était identique à celle des femelles.

Apprendre à partir de l’expérience et développer un sentiment de répulsion face au danger sont des outils de survie importants. Pourquoi, alors, cette capacité est-elle supprimée chez les mâles ? « Nous savons que les vers mâles abandonnent la nourriture pour chercher une partenaire, il est donc possible que leur envie de procréer l’emporte sur d’autres pressions évolutives, telles que la nécessité d’éviter le danger », suggère Sonu Oren-Suissa. « Un point important que nous avons découvert dans ce contexte est que lorsque nous avons permis aux vers mâles de s’accoupler avec des vers femelles pendant la période d’« entraînement », nous avons constaté que leur capacité à apprendre à partir de l’expérience s’améliorait. En fait, on pourrait dire que le récepteur que nous avons identifié est responsable du fait que les mâles privilégient la reproduction à l’apprentissage à partir de l’expérience dans leur processus de prise de décision. »

Le récepteur que les chercheurs de l’Institut Weizmann ont identifié chez les vers a un équivalent chez les mammifères, y compris les humains. Chez les mammifères, il est activé par un neuropeptide connu sous le nom de NPY, qui a été associé dans des études antérieures à la sensation de stress, au contrôle de l’alimentation et à de nombreux autres processus. « Dans des études antérieures, les scientifiques ont découvert que les souris femelles ont des niveaux de NPY plus faibles que les mâles, et ils ont émis l’hypothèse que c’est la raison pour laquelle elles sont plus sensibles au stress en réponse au danger », explique Sonu Oren-Suissa. « Cette hypothèse correspond bien à nos résultats, qui montrent que la répulsion du danger s’accompagne d’une diminution de l’expression du récepteur. Les troubles humains tels que le SSPT et l’anxiété, qui impliquent des sentiments négatifs envers ce qui est perçu comme un danger, sont plus fréquents chez les femmes. Même si le comportement humain est beaucoup plus complexe, notre étude jette les bases de la compréhension des différences entre les sexes chez les organismes plus complexes. »

La Science en Chiffres

Le SSPT est diagnostiqué chez 5 à 6 % des hommes et 10 à 12 % des femmes. Le trouble anxieux est également 1,7 fois plus fréquent chez les femmes que chez les hommes