L'interférence génétique de l'autisme fait taire la mémoire du chant chez les oiseaux

Refuser l'expression du gène FOXP1 entrave l'apprentissage des chansons chez les jeunes diamants mandarins et le développement du langage chez certains enfants autistes.

spectrumnews.org Traduction de "Autism gene interference silences song memory in birds" par Sarah DeWeerdt / 19 février 2021

Diamans mandarins © Neil McIntosh from Cambridge, United Kingdom, CC BY 2.0 , via Wikimedia Commons Diamans mandarins © Neil McIntosh from Cambridge, United Kingdom, CC BY 2.0 , via Wikimedia Commons
L'expression étouffée d'un gène lié à l'autisme dans le cerveau des jeunes diamants mandarins les rend incapables d'apprendre les chants des oiseaux plus âgés, selon une nouvelle étude. Mais cela n'altère pas leur capacité à pratiquer et à perfectionner des mélodies préalablement mémorisées.

Le gène, FOXP1, appartient à une famille de gènes qui régulent l'expression d'autres gènes et façonnent le développement du système nerveux et du langage. Les personnes à qui il manque une copie de FOXP1 souffrent de troubles du langage et de déficience intellectuelle ; celles qui présentent des mutations dans le gène ont souvent des traits d'autisme.

"Notre objectif général était d'essayer de comprendre si nous pouvions utiliser les oiseaux chanteurs comme système modèle pour comprendre comment les gènes associés à l'autisme peuvent influencer la transmission des comportements d'une génération à l'autre", explique Todd Roberts, directeur de l'étude et professeur associé de neurosciences au centre médical de l'université du sud-ouest du Texas à Dallas.

Les oiseaux chanteurs, tels que les diamants mandarins, apprennent à chanter en imitant les oiseaux adultes, tout comme les jeunes enfants apprennent le langage et les compétences sociales en imitant leurs aidants - un processus perturbé dans l'autisme.

Cet apprentissage consiste à former une mémoire - d'un motif de chanson, d'un mot ou d'un comportement social, comme faire un signe de la main - puis à pratiquer ce morceau mémorisé ou cette action pour le perfectionner. La nouvelle étude suggère que FOXP1 joue un rôle dans la première étape de ce processus.

"Elle montre que nous pouvons commencer à démêler ces différents aspects de l'apprentissage", déclare M. Roberts.

D'autres recherches ont montré que le fait de refuser l'activité d'un autre gène lié à l'autisme, le CNTNAP2, dans les régions du cerveau liées à la chanson, entrave également la capacité des diamantins mandarins à apprendre des chansons. FOXP2, un gène étroitement apparenté à FOXP1, est également impliqué dans l'apprentissage des chants chez les oiseaux.

Mais on sait relativement peu de choses sur le rôle de FOXP1 dans l'apprentissage du chant, explique Jon Sakata, professeur associé de biologie à l'université McGill de Montréal (Canada), qui n'a pas participé aux travaux. "Je pense que la conception expérimentale et les résultats sont assez convaincants en ce qui concerne l'apprentissage".

Conseils pour le choix du moment

Roberts et son équipe ont conçu une molécule qui bloque partiellement l'expression de FOXP1 et l'ont injectée dans le cerveau de diamants mandarins mâles à environ 35 jours - un âge où les oiseaux sont généralement occupés à mémoriser des chants.

Les chercheurs ont dirigé les injections vers une zone appelée HVC, qui correspond approximativement à certaines régions du cortex cérébral humain liées à la parole et joue un rôle clé dans l'apprentissage et la production de chants chez les oiseaux chanteurs.

Les cellules de l'HVC expriment la protéine FOXP1, en particulier les neurones qui se connectent à une autre région du cerveau liée aux chants appelée zone X. Les oiseaux traités avec la molécule bloquant la protéine FOXP1 avaient environ la moitié de la quantité normale de protéine FOXP1 dans ces neurones.

Diamants mandarins chantant © Spectrum News

Sur la base de recherches antérieures, M. Roberts et ses collègues s'attendaient à ce que cette pénurie de protéine FOXP1 entrave la phase de pratique et de perfection de l'apprentissage des chansons. Mais les oiseaux qui avaient entendu des adultes chanter avant que la FOXP1 ne soit perturbée ont grandi en chantant des chants typiques de diamant mandarin, a constaté l'équipe.

"C'était vraiment surprenant pour nous", dit Roberts.

Les chercheurs se sont donc tournés vers des diamants mandarins élevés en isolement sans avoir la possibilité de mémoriser les chants des oiseaux adultes. Ils ont injecté à ces oiseaux un bloqueur FOXP1 et les ont ensuite mis en cage avec un "tuteur" adulte.

Répétez après moi : Les jeunes pinsons zébrés apprennent les chants de leurs tuteurs adultes en deux parties, en mémorisant les chants puis en les répétant.

"C'était un peu comme un effort ultime sur le projet", dit Roberts. "Et c'est là que nous avons vu cet énorme effet."

Les oiseaux qui avaient l'expression FOXP1 atténuée avant d'entendre le chant d'un tuteur ont grandi en interprétant des chants variables et désorganisés - un peu comme ceux des oiseaux adultes qui n'ont jamais entendu le chant des adultes dans leur jeunesse.

Les résultats suggèrent que la FOXP1 "a un effet très spécifique, juste sur la capacité à encoder les souvenirs du modèle social que vous voulez imiter", dit M. Roberts. L'étude a été publiée le 3 février dans "Science Advances".

La nouvelle étude n'aborde pas le rôle de la FOXP2 dans le processus de mémorisation des chansons, explique Gudrun Rappold, généticienne à l'université de Heidelberg en Allemagne, qui n'a pas participé aux travaux. Les protéines codées par FOXP1 et FOXP2 forment des complexes entre elles, et toutes deux interagissent avec CNTNAP2. Les recherches futures devraient viser à élucider comment FOXP2 interagit avec FOXP1 dans le HVC lorsque les oiseaux se souviennent du chant d'un tuteur, disent tous deux Rappold et Sakata.

Bloc de rupture

Roberts et son équipe ont également étudié comment l'expression atténuée de FOXP1 affecte l'activité cérébrale lorsque les oiseaux entendent le chant d'un tuteur.

Le manque de protéine FOXP1 a rendu les neurones reliant le HVC et la zone X moins excitables que la normale, ont-ils constaté, alors que ces neurones deviennent généralement plus excitables lorsqu'un oiseau est exposé pour la première fois au chant d'un tuteur. Cela a également perturbé l'organisation de l'activité neuronale en "rafales", ce qui se produit généralement lorsque les oiseaux entendent le chant d'un tuteur pour la première fois.

L'exposition au chant des oiseaux adultes augmente aussi normalement l'abondance des récepteurs AMPA par rapport aux récepteurs NMDA sur les neurones HVC. Mais ce changement ne s'est pas produit pour les oiseaux exposés au bloqueur FOXP1 avant d'entendre le chant d'un précepteur.

Enfin, la rareté du FOXP1 a ralenti le renouvellement des épines dendritiques, des protubérances impliquées dans la réception des messages envoyés entre les neurones, un processus connu pour aider les oiseaux à apprendre les chants des tuteurs.

"Ce sont des corrélats très classiques et très forts de l'apprentissage et de la formation de la mémoire", et tous sont perturbés par la perte de FOXP1, explique M. Roberts.

L'affaiblissement de la FOXP1 dans le HVC n'affecte pas seulement les neurones qui se connectent à la zone X, dit Sakata. Ainsi, d'autres neurones du HVC pourraient également être importants pour coder les souvenirs de chansons, tout comme la FOXP1 dans d'autres circuits cérébraux. Par exemple, selon d'autres recherches, l'interférence avec FOXP1 dans la zone X entrave également l'apprentissage des chansons chez les diamants mandarins.

Roberts prévoit de mener des expériences similaires dans d'autres régions du cerveau impliquées dans l'apprentissage et la production de chansons.

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