Nobel de Physiologie ou Médecine 2026 : les chercheurs en optogénétique primés

Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel ont remporté le Prix Nobel de physiologie ou médecine 2026 « pour leurs découvertes concernant les canaux ioniques activés par la lumière et l’optogénétique« .

Le Prix Nobel de physiologie ou médecine 2026 récompense l’optogénétique, une technique qui permet d’observer comment les cellules nerveuses orchestrent les souvenirs, les émotions et les comportements dans le cerveau vivant.

Peter Hegemann et Georg Nagel ont découvert une protéine remarquable, la channelrhodopsine, dans une algue unicellulaire; Karl Deisseroth l’a transformée en un interrupteur pour les cellules nerveuses, actionnable par la lumière. Les scientifiques primés ont jeté les bases d’une nouvelle ère des neurosciences.

L’optogénétique permet de mapper le cerveau avec une précision autrefois inimaginable. Au cours du XXe siècle, les neuroscientifiques se sont demandés quelles zones du cerveau régissaient les différentes fonctions, mais les méthodes disponibles ne permettaient pas d’établir une relation de cause à effet. On ne pouvait pas affirmer, par exemple, qu’un certain type de cellule nerveuse provoquait un comportement donné. La compréhension du fonctionnement du cerveau ressemblait alors à une photographie floue.

L’optogénétique a bouleversé notre compréhension du cerveau, car elle permet de commander les cellules nerveuses à l’aide de la lumière. En utilisant cette technique, les scientifiques sont aujourd’hui capables de détecter quels circuits neuronaux gouvernent les comportements, les souvenirs, les sensations d’un intérêt neurologique ou pour les études sur les maladies psychiatriques.

D’où l’optogénétique revêt une importance clé dans les neurosciences, car elle permet de comprendre le fonctionnement du cerveau dans le détail. Mais elle se révèle aussi essentielle sur le plan clinique : par exemple, elle a été utilisée pour restaurer partiellement la vue chez des personnes atteintes de rétinite pigmentaire, en rendant les cellules rétiniennes des patients sensibles à la lumière.

Karl Deisseroth, américain, né en 1971, est Professeur de Bioingénierie, de psychiatrie et de sciences comportementales à l’Howard Hughes Medical Institute et à l’Université Stanford (États-Unis).

Peter Hegemann, né en Allemagne en 1954, est Professeur de Neurosciences à l’Université Humboldt de Berlin (Allemagne). Les découvertes primées par le Nobel ont été réalisées au Max-Planck-Institut für Biochemie de Martinsried (Allemagne).

Georg Nagel, né en Allemagne en 1953, est professeur de Physiologie moléculaire des plantes au Département de Physiologie moléculaire des plantes et Bioélectronique (Botanique I) de l’Université de Würzburg (Allemagne). Les découvertes récompensées ont été effectuées au Max-Planck-Institut für Biophysik de Francfort (Allemagne).

L’idée de pouvoir activer les seules cellules nerveuses par la lumière avait été évoquée par Francis Crick, le biologiste moléculaire Nobel 1962, partagé avec James Watson et Maurice Wilkins pour la découverte de la structure en double hélice de l’ADN.

Karl Deisseroth, Peter Hegemann et Georg Nagel ont transformé cette vision en réalité.

La découverte jette les bases d’une curiosité scientifique qui semble à première vue éloignée des neurosciences. Dans les années 1990, Peter Hegemann se demanda comment l’algue unicellulaire Chlamydomonas parvenait à réagir si rapidement à la lumière pour nager vers celle-ci. Ces algues perçoivent la lumière grâce à une tache oculaire (un petit point orange sur la surface de la cellule) qui contient une molécule capable de réagir à la lumière.

En mesurant les signaux électriques générés dans l’algue lorsque la tache était éclairée, Hegemann remarqua qu’à peine un demi-millisecond après que la lumière atteignait la tache, un signal électrique était généré : une réaction incroyablement rapide par rapport à d’autres systèmes biologiques. Par exemple, la réponse lumière dans l’œil humain prend au moins 10 millisecondes, soit environ 20 fois plus lent.

Hegemann émit l’hypothèse que le processus devait être bien plus simple que la réaction chimique en plusieurs étapes qui se produit dans l’œil humain. Il supposa qu’un seul complexe protéique capterait la lumière et agirait comme un canal ionique, une hypothèse qui suscita le scepticisme des autres scientifiques: à l’époque, on connaissait plusieurs types de canaux ioniques (protéines permettant le passage sélectif d’ions à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule), aucun n’ayant la capacité de réagir directement à la lumière.

Au début des années 2000, après des années d’essais infructueux pour isoler la protéine sensible à la lumière dans l’algue Chlamydomonas, et après que le génome de l’organisme vient d’être cartographié par une équipe japonaise, Hegemann identifia deux gènes très similaires à d’autres protéines connues pour capter la lumière.

En collaboration avec Nagel, un collègue biochimiste qui utilisait des ovocytes de grenouilles pour étudier les protéines, Hegemann découvrit que son hypothèse était correcte : les deux gènes signalés produisaient des protéines — la channelrhodopsine-1 et la channelrhodopsine-2 — qui aboutissaient à la surface des cellules et présentaient des propriétés uniques : ce sont des canaux ioniques qui s’ouvrent lorsqu’ils sont exposés à la lumière.

C’est la channelrhodopsine-2 qui a pris une importance cruciale pour l’optogénétique. Lorsque la protéine est éclairée par une lumière bleue, dans un délai de 0,2 millisecondes s’ouvre un canal et les ions chargés peuvent pénétrer dans la cellule, générant un potentiel électrique. Nagel et Hegemann comprirent que, peu importe le type de cellule dans laquelle la protéine était introduite, cette cellule devenait photosensible.

Lorsque ce gène fut introduit dans des cellules rénales humaines en culture, ces cellules devinrent sensibles à la lumière et produisirent des impulsions électriques.

En 2003, Hegemann et Nagel publièrent les résultats de leurs expériences, soutenant que la protéine pouvait être un outil puissant pour générer des impulsions électriques dans les cellules sur commande, à l’aide de la lumière.

C’est à Karl Deisseroth que revient le mérite d’avoir transposé tout cela dans l’application clinique des neurosciences. Le scientifique avait une formation médicale et travaillait dans une clinique psychiatrique, et se demandait : qu’est-ce qui empêche les patients souffrant de dépression de ressentir de la joie ? Qu’est-ce qui cause l’autisme, ou les délires dans la schizophrénie ?

En accord avec Nagel, Deisseroth introduisit le gène de la channelrhodopsine dans les neurones de rats et, en les éclairant avec de la lumière bleue, il réussit à déclencher un signal nerveux qui se propageait à travers le cerveau. En 2005, il publia les résultats de cette découverte, considérée comme historique, même si maîtriser l’activité des neurones dans des animaux vivants restait un objectif encore éloigné.

Deisseroth, Hegemann et Nagel ont partagé leurs résultats avec d’autres chercheurs et ont lancé de nombreuses collaborations, le laboratoire Deisseroth servant de référence. Les progrès ont ensuite été fulgurants. On a d’abord découvert d’autres protéines capables d’activer (et de désactiver) les cellules nerveuses à différentes longueurs d’onde de la lumière. En 2006, la technique est officiellement baptisée optogénétique, et l’année suivante Deisseroth l’utilisa pour activer des neurones de la cortex moteur de souris en vie, en la utilisant pour contrôler les mouvements de leurs vibrisses.

La même année, Deisseroth utilisa l’optogénétique pour éveiller de manière contrôlée des souris qui dormaient et confirmer qu’un type de cellule nerveuse récemment découvert contrôlait effectivement l’état de veille.

En 2012, l’optogénétique fut utilisée pour démontrer quelles cellules nerveuses servent à former un souvenir. Aux côtés du scientifique japonais Susumu Tonegawa, Deisseroth l’utilisa pour réactiver un engramme, l’ensemble des tracés neuronaux qui se forment lors de la création d’un souvenir, par exemple une peur. En manipulant ces cellules par la lumière, il était possible de faire revivre la peur chez des souris même lorsqu’elles n’étaient pas en danger.

Depuis lors, l’optogénétique a été utilisée pour identifier les circuits neuronaux qui régulent la perception de la douleur, les comportements sociaux, la soif, l’ingestion, la gratification et l’attention, ceux qui contrôlent les rythmes circadiens ou l’apparition de la fièvre lors de la maladie, ou ceux responsables des différentes composantes d’un comportement complexe, comme celui de prendre soin.

Les scientifiques ont également employé cette approche pour démontrer comment les interactions entre le cerveau et d’autres organes, comme le cœur ou l’intestin, peuvent influencer nos comportements.

L’optogénétique permet ainsi de comprendre les bases des troubles psychiatriques et neurologiques, tels que la dépression, l’anxiété, la schizophrénie, la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson.

L’optogénétique révolutionne aussi les traitements des maladies menant à la cécité, comme la rétinite pigmentaire. L’introduction d’une protéine similaire à la channelrhodopsine dans la rétine d’une personne aveugle a permis de restaurer partiellement la vision et de distinguer et saisir les objets sur une table.

Un autre espoir concerne son utilisation pour améliorer les implants cochléaires, dispositifs destinés aux personnes souffrant d’une surdité profonde qui substituent la fonction de l’oreille interne en stimulant le nerf auditif par des impulsions électriques. L’optogénétique pourrait permettre d’activer le nerf auditif avec une précision accrue.

Le Prix Nobel de physiologie ou médecine, institué selon le testament d’Alfred Nobel en 1895, est attribué par un jury de professeurs de médecine du Karolinska Institutet, université médicale suédoise. Le Nobel de physiologie ou médecine est attribué aux auteurs de découvertes d’importance vitale, qui ont changé le paradigme scientifique antérieur et qui apportent un bénéfice considérable à l’humanité.

Les lauréats reçoivent une médaille, un diplôme et un document indiquant le montant du Prix, qui cette année s’élève à 12 millions de couronnes suédoises, soit environ 1,066 million d’euros.

En 2025, il a été attribué à Mary E. Brunkow, Fred Ramsdell et Shimon Sakaguchi pour leurs découvertes révolutionnaires sur la tolérance immunitaire périphérique, le mécanisme qui empêche le système immunitaire d’endommager l’organisme. Il s’agit d’études fondamentales pour comprendre l’origine et améliorer les traitements des maladies auto-immunes, pour développer de nouvelles thérapies contre le cancer et améliorer la science des transplantations (pour en savoir plus).

Depuis 1901 jusqu’à aujourd’hui, 116 Prix Nobel de Physiologie ou de Médecine ont été attribués: 40 à un seul scientifique, 36 partagés entre deux chercheurs et 40 partagés entre trois (le nombre maximum de lauréats possibles). Le plus jeune à avoir reçu le Nobel est Frederick G. Banting: il avait 31 ans en 1923 lorsqu’il reçut le Nobel pour la découverte de l’insuline. Le plus âgé est — pour l’instant — Peyton Rous, qui avait 87 ans lorsqu’en 1966 il reçut le Nobel pour la découverte des virus qui induisent des tumeurs.

Seules 14 femmes sur 232 lauréats au total ont été honorées à ce jour: l’une d’elles est l’Italienne Rita Levi-Montalcini, qui en 1986 remporta le Nobel de médecine pour l’identification du premier facteur de croissance, partagée avec le biochimiste américain Stanley Cohen (lisez l’histoire de la manière dont Levi-Montalcini est arrivée au Nobel).

Dans ce petit groupe, la biologiste américaine Barbara McClintock fut la seule à remporter le Nobel de médecine sans co-lauréat: en 1983, elle reçut le prix pour avoir découvert l’existence des transposons, des segments d’ADN capables de se déplacer d’un chromosome à l’autre.