L’optogénétique, de l’étude des algues au prix Nobel de médecine : applications pour la rétine

Le 5 octobre 2026, le Karolinska Institutet de Stockholm a décerné le prix Prix ​​Nobel de physiologie ou médecine à Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagelpour les recherches qui ont permis le développement duoptogénétiqueune technique qui a révolutionné la façon dont nous étudions le cerveau et les circuits nerveux.

Grâce à l’optogénétique, exploitant la lumière et des protéines photosensibles particulières appelées opsinesles chercheurs sont désormais en mesure de activer et désactiver des populations spécifiques de neurones en temps réeltant in vitro qu’à l’intérieur du cerveau d’animaux vivants, et d’étudier précisément les émotions, comportements et mécanismes à la base de nombreuses pathologies du système nerveuxmettant ainsi en lumière les propriétés du système nerveux.

Contrôler l’activité cellulaire à l’aide de la lumière

Imaginez-vous regarder le ciel et vouloir identifier une étoile spécifique parmi les centaines de milliards qui peuplent notre galaxie, modifier son champ gravitationnel et observer les conséquences sur toutes les autres étoiles. Cela semble être un exploit impossible, mais d’une certaine manière, l’optogénétique permet aux scientifiques de faire quelque chose de similaire : identifier avec une grande précision des populations spécifiques de cellules et modifier leur activité en temps réel. Tout cela en exploitant principalement deux éléments : les protéines sensibles à la lumière, appelées opsines (du grec ancien ὄψις, signifiant vue) et une source de lumière.

Mais qu’est-ce que ça veut dire exactement optogénétique? Pour comprendre cela, nous pouvons utiliser les mots de Karl Deisserothprofesseur de Stanford et l’un des pionniers de l’optogénétique, qui a reçu le 5 octobre 2026 le prix Nobel de physiologie ou médecine, avec Peter Hegemann et Georg Nagel, précisément pour les découvertes qui ont conduit au développement de cette technologie. Deisseroth a défini l’optogénétique comme :

«l’intégration de techniques optiques et génétiques afin d’obtenir une perte ou un gain de fonction d’événements bien définis dans des cellules spécifiques ou des tissus spécifiques in vivo».

L’optogénétique, en fait, en exploite un propriété unique des opsins: lorsqu’elles sont frappées par une source de lumière d’une longueur d’onde spécifique, ces protéines changent de forme, permettant à la passage des ions (c’est-à-dire de particules chargées électriquement) à travers la membrane des cellules qui les expriment, générant ainsi un courant électrique (précisément appelé photocourant). Le système fonctionne de la même manière que les lampes équipées d’un panneau solaire, qui s’allument lorsque le capteur détecte des changements de lumière. En optogénétique, les opsines servent de capteurs de lumièrevous permettant de contrôler l’activité des cellules objet d’étude.

Un interrupteur pour allumer et éteindre les neurones

En réalité, le propriétés photosensibles Les opsines sont connues depuis plus de 50 ans, puisqu’en 1971, on a découvert qu’une petite protéine extraite de micro-organismes, appelée bactériorhodopsineétait capable de transporter des ions à travers la membrane cellulaire en réponse à la lumière. Pourtant, ce n’est qu’en 2005 que le groupe de recherche du professeur Deisseroth a réussi à démontrer comment exploiter cette caractéristique pour manipuler l’activité des neurones vivants.

A travers une étude publiée dans la prestigieuse revue Neurosciences naturellesle groupe de Deisseroth a démontré qu’une opsine particulière produite par les algues, appelée canalrhodopsineune fois introduit dans certains neurones in vitro grâce à des techniques de génie génétique, a pu les rendre sensibles à la lumière, permettant le passage d’un courant à travers la membrane cellulaire. Et comme l’activité électrique est à la base du fonctionnement des neurones, cela impliquait de trouver une sorte d’interrupteur artificiel permettant de contrôler l’activité des cellules nerveuses. Par la suite, il a été démontré que cette méthodologie fonctionnait non seulement sur des neurones dans un tube à essai, mais également sur un cerveau intact et sur des animaux vivants et mobiles, chez lesquels les opsines avaient été exprimées dans les neurones.

C’est là le véritable pouvoir de l’optogénétique en neurosciences : la capacité de activer ou désactiver l’activité des neurones avec un précision spatiale et temporelle (de l’ordre de la milliseconde) difficile à réaliser avec d’autres techniques, sans endommager les cellules ou altérer excessivement leur physiologie.

Parce que l’optogénétique a révolutionné la façon dont nous étudions le cerveau

L’optogénétique fait partie de ces inventions qui ont marqué un avant et un après dans notre capacité à étudier et à comprendre le cerveau et les circuits neuronaux. Mais comment est-ce possible ?

Toute fonction de notre cerveau dépend de la coordination de milliards de neurones, organisés en populations et circuits répartis dans les différentes zones cérébrales qui, tout comme les morceaux d’une mosaïque contribuent à former une image, collaborent entre eux, chacun remplissant un rôle spécifique, nous permettant d’accomplir une fonction spécifique.

Grâce aux techniques de génie génétique, il est possible de choisir (même in vivo) les neurones dans lesquels exprimer les opsines, qui deviennent ainsi sensibles à la lumière. De cette façon, l’optogénétique vous permet de étudier les propriétés des cellules nerveuses et manipuler les circuits neuronaux avec une précision vestimentaire, isolant la contribution de neurones particuliers par rapport à tous les autres. Le tout grâce à un simple faisceau de lumière aux caractéristiques précises (manipulées par des scientifiques) et en temps réel, pendant que, par exemple, un animal de laboratoire se déplace, effectue un test de mémoire ou exécute des comportements spécifiques, permettant d’observer immédiatement les conséquences de la manipulation sur le comportement.

C’est précisément cette possibilité d’établir une relation de cause à effet entre l’activité de populations neuronales spécifiques et un comportementune émotion ou une fonction cérébrale qui a transformé l’optogénétique en l’un des outils les plus importants des neurosciences modernes.

En seulement 20 ans, cette technique a permis de mieux comprendre les mécanismes à l’origine de certaines pathologies du système nerveux, commeaccident vasculaire cérébral ou maladie de Parkinsonet d’étudier en profondeur le rôle de circuits neuronaux spécifiques impliqués dans mémoire, émotions et contrôle des mouvements.

Certaines recherches récentes émettent l’hypothèse d’une possible application thérapeutique chez l’homme également, non pas tant pour les pathologies cérébrales, où le caractère invasif de la technique limite actuellement son application clinique, mais pour l’une des régions de notre corps constituée de neurones les plus facilement accessibles : la rétine. Des études prometteuses comme «Thérapie optogénétique avec UGX-201 dans la rétinite pigmentaire non syndromique avancée : sécurité et efficacité d’un essai clinique exploratoire », ils ont en effet démontré comment cette technique pouvait être utilisée pour restaurer partiellement la vision chez les personnes souffrant de dégénérescence rétinienneidentifiant ainsi l’une des premières applications thérapeutiques possibles de l’optogénétique chez l’homme.