Neurosciences III- Bases cellulaire de la communication (2)

Transcription

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

2 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)

3 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

4 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.

5 Rappels Rappel de la structure de la synapse chimique :

6 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.

7 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.

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

9 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.

10 Les neurotransmetteurs Images des 3 familles?

11 Les neurotransmetteurs

12 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.

13 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.

14 Les neurotransmetteurs - Exocytose

15 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).

16 Les neurotransmetteurs - Exocytose

17 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.

18 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)

19 Les récepteurs canaux

20 Les récepteurs canaux

21 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

22 Les récepteurs canaux

23 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).

24 Les récepteurs couplés aux protéines G

25 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).

26 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).

27 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

28 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.

29 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.

30 L intégration synaptique

31 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).

32 L intégration synaptique

33 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.

34 L intégration synaptique

35 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).

36 L intégration synaptique

37 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 détaillé médecine) Le cerveau. Dudink, Van der Meer. Ed. Seuil. (très rigolo mais moins complet)