Jean-Pierre Changeux, né le 6 avril 1936 à Domont (Val-d'Oise), est un neurobiologiste français, connu pour ses recherches dans plusieurs domaines de la biologie, de la structure et de la fonction des protéines (en particulier les protéines allostériques), au développement précoce du système nerveux jusqu’aux fonctions cognitives. Célèbre dans les sciences biologiques pour le modèle Monod-Wyman-Changeux, il est aussi reconnu pour l’identification et la purification du récepteur nicotinique de l’acétylcholine et la théorie de l’épigenèse par stabilisation sélective des synapses. Changeux est connu du public non scientifique pour des idées concernant la relation entre l’esprit et le cerveau. Comme il l’écrit dans son livre Matière à pensée, Changeux défend la conception selon laquelle le système nerveux est actif plutôt que réactif et que l’interaction avec l’environnement, au lieu d’être instructive, résulte de la sélection de représentations internes préexistantes.
Il est membre de l'Académie des sciences depuis 1986.
Jean-Pierre Changeux entre en 1955 à l’École normale supérieure. Il obtient sa licence en 1957 et son diplôme d’études supérieures en 1958. Il est reçu à l’agrégation de sciences naturelles la même année. Il commence sa carrière scientifique alors qu'il se trouve encore à l’École normale supérieure, lors de stages d’été au laboratoire Arago de Banyuls-sur-Mer, où il identifie une nouvelle espèce de parasite. Il rédige sa thèse à l’Institut Pasteur sous la direction de Jacques Monod et de François Jacob, et obtient son doctorat en 1964. Changeux quitte ensuite la France pour des études post-doctorales d’abord à l’Université de Californie (Berkeley) (1965-1966), puis à l’Université Columbia College of Physicians and Surgeons, New York (1967). Il rentre en France comme sous-directeur de la chaire de biologie moléculaire occupée par Jacques Monod au Collège de France et, en 1972, il est nommé directeur de l’Unité de neurobiologie moléculaire à l’Institut Pasteur, où il devient professeur en 1975. La même année, Changeux est élu professeur au Collège de France, chaire de « communications cellulaires », qu’il occupe jusqu’en 2006.
Il est auteur de plus de 600 articles scientifiques et de plusieurs livres spécialisés ou destinés à un plus large public.
Pendant toute sa carrière scientifique, Changeux a été fidèle à une conception moniste du cerveau de l’Homme alliant niveaux moléculaire, cellulaire et cognitif. Si l’on souhaite trouver un thème unificateur, c’est la conviction que la sélection est à la base de processus vitaux plutôt que l’instruction. Alors que ses lignes de recherche ont débuté comme des approches séparées, elles se sont trouvées réunies au cours des décennies récentes, autour des mécanismes allostériques comme fondement du rôle des récepteurs de neurotransmetteurs dans les fonctions cognitives.
Dans les années 1980, Francis Crick affirme que la conscience peut être étudiée scientifiquement. D'autres neurologues, dont Jean-Pierre Changeux de l'Institut Pasteur lui emboîtent le pas. Une controverse entre les dualistes et les matérialistes voit le jour en parallèle au développement des neurosciences.
Pendant son travail de thèse, effectué sous la direction de Jacques Monod et de François Jacob, Changeux étudie les propriétés allostériques d’enzymes régulatrices bactériennes, dont l’activité est modulée par des signaux chimiques de structure différente de celle de leurs substrats. Son travail conduit au développement du modèle de transition concertée pour les protéines allostériques dit de Monod-Wyman-Changeux. L’idée principale de cette théorie est que : 1) ces protéines peuvent exister sous plusieurs conformations en équilibre thermique et en l’absence de signal régulateur : les effecteurs modifiant l’équilibre entre conformations en stabilisant celle pour laquelle ils montrent l’affinité la plus élevée, 2) toutes les sous-unités d’une protéine multimérique existent dans la même conformation, la transition ayant lieu de manière concertée. Le modèle explique la coopérativité concertée des protéines régulatrices sans changement progressif des paramètres biophysiques. Ce cadre conceptuel est encore utilisé pour expliquer les propriétés coopératives de protéines régulatrices comme l’hémoglobine.
Dans sa thèse de doctorat, Changeux suggère que la reconnaissance et la transmission de signaux par la membrane, en particulier par les membranes synaptiques, pourraient utiliser le même mécanisme que la régulation allostérique des enzymes bactériens. Pendant plus de quarante ans de recherche, Changeux a focalisé sa recherche sur les récepteurs de l’acétylcholine. En 1967, Changeux étend le modèle Monod, Wyman, Changeux à des réseaux bi-dimensionnels de récepteurs (une idée qui sera développée trente ans plus tard par Dennis Bray). Il applique également le modèle aux récepteurs présents dans la membrane post-synaptique de l’organe électrique. Son équipe démontre l’existence de plusieurs états interconvertibles du récepteur nicotinique - de repos, ouvert et désensibilisé - qui présentent des affinités différentes pour les ligands comme l’acétylcholine. Les transitions entre ces états suivent des cinétiques différentes et ces cinétiques ainsi que différentes affinités suffisent pour expliquer la forme du potentiel post-synaptique. Un modèle mécaniste plus complet du récepteur nicotinique du muscle strié (ou de l’organe électrique) est publié plus tard en collaboration avec Stuart Edelstein, un autre spécialiste de l’allostérie, qui a travaillé pendant plusieurs décennies sur l’hémoglobine.
Structure du récepteur nicotinique
En 1970, Changeux isole le récepteur nicotinique de l’acétylcholine à partir de l’organe électrique d'un gymnote, le premier récepteur pharmacologique membranaire jamais isolé et cela grâce aux propriétés d’une toxine de venin de serpent. L’isolement du même récepteur à partir de l’organe électrique de torpille était rapporté quelques mois plus tard par Ricardo Miledi. L’amélioration des méthodes de purification développées dans le groupe lui permet de proposer que le récepteur est une protéine pentamérique, un résultat confirmé par la suite par l’équipe d’ Arthur Karlin. Le groupe de Changeux a été parmi les premiers à élucider la structure primaire des sous-unités du récepteur, en parallèle avec le groupe de Shosaku Numa et de Stephen Heinemann.
Au cours des années 1980 et 1990, les méthodes de biologie moléculaire qu’il a développées dans son laboratoire lui ont permis de déchiffrer les structures tertiaire et quaternaire de ce récepteur. Il a localisé le canal ionique au niveau du second segment transmembranaire, un résultat confirmé plus tard par les groupes de Shosaku Numa et de Ferdinand Hucho. Les déterminants moléculaires de la sélectivité ionique étaient aussi identifiés dans le même segment transmembranaire. La structure du site de liaison de l’acétylcholine et de la nicotine était identifiée comme une niche aromatique située à l’interface entre sous-unités adjacentes dans le domaine extracellulaire.
Les recherches de Changeux sur la structure du récepteur nicotinique ont culminé récemment avec la publication de la structure au niveau atomique d’un homologue bactérien du récepteur nicotinique dans la conformation ouverte, supportant l’idée d’une ouverture concertée et symétrique du canal ionique.
Stabilisation sélective des synapses par l’activité neuronale
En 1973, avec Philippe Courrège et Antoine Danchin, Changeux propose un modèle décrivant comment au cours du développement du système nerveux, l’activité du réseau entraine la stabilisation ou l’élimination des synapses qu’il contient et l’illustre avec des expériences sur la jonction neuromusculaire. Ce modèle est précurseur de la thèse biologisante du « Darwinisme neuronal » qui a été défendue par la suite par Gerald Edelman. Changeux poursuit et illustre cette idée. Pendant les années 1980, il essaie de le documenter soit avec des souris mutantes, soit avec des expériences de dénervation.