Neurosciences III- Bases cellulaire de la ... - Université Paris 8

Université Paris 8 - Master Technologie et Handicap
Neurosciences
III- Bases cellulaire de la
communication (2)
Jérôme Dupire dupire@cnam.fr

Plan général
1 – Anatomie du système nerveux
2 – Concept de neurone
3 – Bases cellulaires de la communication (1)
4 – Bases cellulaires de la communication (2)
5 – Vision
6 – Audition
7 – Motricité (1)
8 – Motricité (2)

Plan général
3 – Bases cellulaires de la communication
- Structure membranaire
- Mouvements ioniques
- Potentiel de repos
- Potentiel d’action (PA)
- Propagation du PA
- Les synapses
- Principes de la transmission synaptique
- Intégration synaptique

Introduction
Communication entre neurones par message « électrique ».
Les connections entre deux neurones se font au niveau des
synapses. Elles sont soit électriques, soit chimiques (les plus
fréquentes).
Mécanismes mis en œuvre dans une synapse chimique pour
transmettre l’influx nerveux.

Rappels
Rappel de la structure de la synapse chimique :

Rappels
Existence d’un espace à franchir
l’espace synaptique.
Utilisation de médiateurs
les neurotransmetteurs.
Différentes étapes dans ce processus:
Production et stockage des neurotransmetteurs
Libération en réponse à un signal
Récupération/élimination du neurotransmetteur
La contrainte de temps est fondamentale.

Les neurotransmetteurs
Ils sont d’un parmi trois types possibles :
les acides aminés
les amines
les peptides
Les 2 premiers sont de petites molécules
stockés dans les vésicules synaptiques.
Les 3èmes sont de plus grande taille
stockés dans les granules de sécrétion.
On peut trouver les trois types dans un même bouton
synaptique
mais leur libération dépend de facteurs différents.

Les neurotransmetteurs
En général, des
neurones différents
libèrent des
neurotransmetteurs
différents.
La transmission
synaptique rapide
Glu et GABA
Jonction
neuromusculaire
ACh

Les neurotransmetteurs - Synthèse
Le Glu est un des précurseur dans la synthèse des protéines alors
que GABA, ACh, DA et les amines ne sont produits que par les
neurones, qui détiennent les enzymes spécifiques à cette synthèse.
Les amines et les acides aminés sont synthétisés dans le cytosol de
la terminaison axonique
et sont stockés dans les vésicules synaptiques.
Les peptides sont synthétisés au niveau du corps cellulaire, dans le
RER, affinés dans l’appareil de Golgi
et libérés dans un granule de sécrétion qui sera dirigé vers la
terminaison axonique via le transport axoplasmique.

Les neurotransmetteurs
Images des 3 familles ?

Les neurotransmetteurs

Les neurotransmetteurs - Libération
Libération des neurotransmetteurs
Elle est sous la dépendance du potentiel d’action.
La dépolarisation entraîne l’ouverture des canaux calciques (Ca 2+ )
dans les zones actives.
Il en résulte une entrée massive d’ions calcium dans le milieu
interne. Cette augmentation de la concentration est le signal pour
la libération des neurotransmetteurs.
Cette phase est très rapide, grâce au gradient et à la force
électromotrice importants.

Les neurotransmetteurs - Exocytose
La libération des médiateurs se fait par exocytose : cela consiste en
une fusion des membranes du vésicule et du neurone au niveau
de la zone active.
L’augmentation de [Ca2+] est très rapidement « détectée » et la
libération quasi-instantanée. Il existe une interaction forte entre
les protéines membranaires de la zone active et celles des
vésicules.

Les neurotransmetteurs - Exocytose

Les neurotransmetteurs - Exocytose
Le vésicule, une fois vidé de son contenu retourne par le
processus inverse (endocytose) dans l’attente de
neurotransmetteurs à contenir.
Les neuropeptides sont aussi libérés par exocytose, mais n’étant
pas stockés au niveau des zones actives, ils sont moins
sensibles (moins réactifs) à l’entrée de calcium.
Il demandent donc à être « stimulés » de manière plus importante.
Ce processus requiert un train de PA et présente une latence plus
importante (50ms contre 2ms pour amines et acides aminés).

Les neurotransmetteurs - Exocytose

Les récepteurs
Les neurotransmetteurs libérés se fixent sur des récepteurs
spécifiques
situés sur la densité post-synaptique.
Cette assemblage entraîne le changement de configuration de la
protéine réceptrice.
On a différencié deux groupes de récepteurs
les récepteurs canaux
les récepteurs couplés aux protéines G.

Les récepteurs canaux
Protéine membranaire formée de 5 sous-unités
dont la configuration change en fonction de la présence de
neurotransmetteur
les sous-unités pivotent légèrement provoquant l’ouverture du
canal.
La sélectivité de ces canaux est moindre que pour les
canaux dépendant du potentiel.
Par exemple, les récepteurs ACh laissent passer Ca 2+
et Na + avec pour effet une dépolarisation de la
membrane.
Ce phénomène est dit excitateur puisqu’il amène le potentiel
de membrane vers le seuil de génération d’un PA.
On parle alors de Potentiel Post Synaptique Excitateur
(PPSE)

Les récepteurs canaux

Les récepteurs canaux

Les récepteurs canaux
A l’inverse, des récepteurs-canaux perméables à Cl - vont tendre
vers l’hyper-polarisation de la membrane
et donc éloigner le potentiel de membrane du seuil de
déclenchement du PA.
On parle alors de Potentiel Post Synaptique Inhibiteur (PPSI).
Les PPSE sont liés aux récepteurs
ACh
glutamate
Les PPSI sont principalement associés aux récepteurs
GABA

Les récepteurs canaux

Les récepteurs couplés aux protéines G
C’est un processus plus lent que les récepteurs-canaux car il
comporte plus d’étapes intermédiaires.
Fixation du neurotransmetteur sur le récepteur.
Activation des protéines G
Les protéines G activent les effecteurs finaux
soit des canaux
soit des enzymes assurant la synthèse de molécules médiatrices
(seconds messagers).

Les récepteurs couplés aux protéines G

Les récepteurs couplés aux protéines G
Les effets des neurotransmetteurs sont différents en fonction
des contextes.
Une même molécule peut avoir une action excitatrice ou
inhibitrice selon les canaux auxquels les récepteurs sont
associés.
Dans les muscles, les récepteurs ACh sont associés à des
canaux sodiques, provoquant des PPSE.
Dans le cœur, ces récepteurs sont associés à des canaux
potassiques, par l’intermédiaire d’une protéine G, et sont
responsables de l’hyperpolarisation (PPSI).

Les auto-récepteurs
La présence de récepteurs au niveau présynaptique va
permettre de détecter finement la présence de
neurotransmetteurs (et donc leur libération) dans l’espace
synaptique.
Ce processus permet de réguler les flux de neurotransmetteurs
(stopper la libération ou encore, favoriser la synthèse).

Devenir des neurotransmetteurs
Pris en charge du retrait ou de la destruction de ces
médiateurs
pour empêcher par exemple les situations de désensibilisation
1. Retour dans le cytosol de la terminaison axonique par des
protéines spécifiques
puis destruction ou réintégration dans des vésicules.
2. Activité des cellules gliales
qui récupèrent aussi les neurotransmetteurs.
3. Destruction dans l’espace synaptique par des enzymes
exemple de L’ACh-estérase pour l’ACh

L’intégration synaptique
Le neurone n’est pas un simple relais
il a la capacité de générer (ou non) un PA en fonction
d’informations complexes : les afférences multiples
spatialement et temporellement distribuées
de qualités différentes
L’atteinte du seuil de génération du PA dans un neurone va donc
être sous la dépendance des ces différents paramètres.

L’intégration synaptique
Contrairement à l’axone, un dendrite n’est pas myélinisé : il existe
donc une atténuation du signal électrique en fonction de la
distance parcourue.
La topologie des synapses sur la dendrite est donc importante
(pondération): pour une stimulation équivalente, les effets perçus
au niveau du soma seront plus fort pour les synapses les plus
proches sur la dendrite.
Les caractéristiques de la dendrite entrent directement en jeu dans
cette propagation : résistance membranaire et résistance interne.

L’intégration synaptique

L’intégration synaptique
Dendrites excitables
Il existe, dans certains neurones, des dendrites présentant des
canaux dépendant du potentiel sur leur membrane.
Ceux-ci ne permettent toutefois pas de générer un PA, mais servent
alors d’amplificateurs (ou de répétiteurs, au sens informatique,
en atténuant la perte de signal décrite précédemment).

L’intégration synaptique

L’intégration synaptique
La sommation des PPSE
Elle représente la forme la plus simple d’intégration dans le SN.
Deux types de sommations sont possibles, pour une dendrite:
- temporelle, en prenant en compte la fréquence de succession
des PPSE sur une synapse donnée.
- spatiale, en envisageant des PPSE simultanés sur des
synapses différentes.

L’intégration synaptique

L’intégration synaptique
Les PPSI
Ce sont les signaux antagonistes des PPSE.
La plupart des synapses inhibitrices sont constituées de récepteurs
canaux perméables à Cl - .
Le passage de Cl - au travers de ces canaux va entrainer une
hyperpolarisation tendant vers le potentiel d’équilibre du chlore (-
65mV).

L’intégration synaptique

Lectures
NEUROSCIENCES: A la découverte du cerveau. Bear, Connors, Paradiso.
Ed. Pradel. (très pédagogique, agréable à lire, complet, LE livre de chevet)
1-Anatomie Générale. Kamina. Ed. Maloine. (pas très rigolo mais détaillémédecine)
Le cerveau. Dudink, Van der Meer. Ed. Seuil. (très rigolo mais moins complet)