6- La transmission synaptique.

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1 6- La transmission synaptique

2 Ces points de «connexion» entre deux neurones sont situés Entre les axones et les dendrites: Synapses axodendritiques Et quelques synapses axo-axoniques Entre les axones et le corps cellulaire : Synapses axosomatiques 1 mm 3 de substance grise du cortex peut contenir 5 milliards de synapses.

3 Synapses axosomatiques Synapses axodendritiques

4 Anatomie de la synapse Quel que soit le type de synapse, il y a toujours : Neurone présynaptique : transmet l information Neurone postsynaptique: reçoit l information Neurone présynaptique Neurone postsynaptique

5 Deux types de synapses: La synapse électrique Permet le passage direct des courants électriques d un neurone à l autre La synapse chimique Permet le passage indirect de l influx nerveux via des molécules chimiques : les neurotransmetteurs.

6 A/ La synapse électrique Dans Les synapses électriques,appelées aussi : jonctions ouvertes, jonctions communicantes, gap junction, nexus Les membranes pré et postsynaptiques sont accolées On note la présence de canaux en vis à vis Passage direct des ions par les canaux modification de la polarité de la membrane postsynaptique

7 Transmission directe des influx nerveux Rapidité de la transmission Synchronisation possible de l activité de plusieurs neurones (ex. : muscle cardiaque ou muscles lisses)

8 B/Synapses chimiques Cas de la plupart des synapses Dans Les synapses chimiques, Les membranes pré et post synaptiques sont séparées par un espace : la fente synaptique (20 à 50 nm) contenant du liquide extracellulaire qui fait office d isolant La transmission doit utiliser un intermédiaire : le neurotransmetteur

9 Les ions se «perdraient» dans la fente synaptique Il faut un intermédiaire : le neuromédiateur Au niveau de l élément pré-synaptique: Vésicules de neuromédiateurs Au niveau de l élément post-synaptique: Récepteurs spécifiques Délai synaptique de 0,5 ms

10 Exemple d une synapse axo-dendritique Vésicules synaptiques remplies de neurotransmetteur Terminaison axonale de l axone présynaptique Bouton synaptique Dendrite de l axone postsynaptique

11 a- Libération du neurotransmetteur La libération du neurotransmetteur dans la fente synaptique se fait par exocytose

12 En résumé

13 Dépolarisation de la membrane du bouton synaptique Ouverture de canaux à Ca ++ voltage dépendants dans la membrane du bouton et entrée de Ca ++ Libération par exocytose du neurotransmetteur dans la fente synaptique Le neurotransmetteur se fixe sur son récepteur sur le neurone postsynaptique La fixation du neurotransmetteur provoque l ouverture de canaux ioniques

14 Que provoque l ouverture de canaux ioniques? Selon le type de neurotransmetteur et le type de récepteurs sur lequel il agit, il y a : Dépolarisation de la membrane post-synaptique Hyperpolarisation de la membrane post-synaptique la synapse est Excitatrice la synapse est Inhibitrice

15 b- Action du neurotransmetteur sur le neurone postsynaptique

16 Le type de canal qui s ouvre suite à la fixation du neurotransmetteur sur son récepteur, conditionne le type d ions qui traversent la membrane post-synaptique et par conséquent le sens de la modification de la polarisation de cette membrane. Exemple d une synapse excitatrice

17 La fixation du neurotransmetteur sur le récepteur provoque l ouverture du canal sodium les ions Na+ suivent leur gradient de concentration : ils pénètrent dans le neurone post-synaptique

18 MEC Gradients de concentration MIC 5mmol/l 150mmol/l 150mmol/l 15mmol/l 110mmol/l 10mmol/l 0,2mmol/l 65mmol/l

19 Si la liaison du récepteur avec le neurotransmetteur une ouverture de canaux à sodium ==> entrée de Na+ dans le neurone ==> polarité de la membrane (l intérieur devient plus positif et l extérieur plus négatif) = PPSE = Potentiel Post Synaptique Excitateur ==> potentiel d action si la dépolarisation > seuil ==> influx nerveux

20 MEC Gradients de concentration MIC 5mmol/l 150mmol/l 150mmol/l 15mmol/l 110mmol/l 10mmol/l 0,2mmol/l 65mmol/l

21 Si la liaison du récepteur avec le neurotransmetteur Ouverture de canaux à Cl- ==> entrée de Cl - dans le neurone (il suit son gradient de concentration) ==> polarité de la membrane (l intérieur devient plus négatif et l extérieur plus positif) = PPSI = Potentiel Post Synaptique Inhibiteur ==> neurone plus difficile à dépolariser (seuil plus difficile à atteindre)

22 MEC Gradients de concentration MIC 5mmol/l 150mmol/l 150mmol/l 15mmol/l 110mmol/l 10mmol/l 0,2mmol/l 65mmol/l

23 Si la liaison du récepteur avec le neurotransmetteur Ouverture de canaux supplémentaires K+ ==> perméabilité au K + ==> diffusion du K + vers l extérieur ==> polarité donc PPSI Un neurone hyperpolarisé est plus difficile à dépolariser jusqu au seuil. Tant qu il est hyperpolarisé, il est moins sensible.

24 Effet du neurotransmetteur dépend : du neurotransmetteur lui même et du récepteur sur lequel il se fixe Un neurotransmetteur est dit «excitateur» quand il ==> un PPSE Un neurotransmetteur est dit «inhibiteur» quand il ==> un PPSI Mais attention le neurotransmetteur n est excitateur ou inhibiteur que pour une synapse donnée En effet

25 Dans une synapse donnée, un neurotransmetteur donné cause toujours un PPSE ou un PPSI. Mais il peut exister plusieurs récepteurs différents pour un même neurotransmetteur un neurotransmetteur donné peut engendrer un PPSE dans une synapse et un PPSI dans une autre synapse Exemple de l'acétylcholine: Elle est excitatrice quand elle agit sur les récepteurs nicotiniques contraction des muscles squelettiques Elle est inhibitrice quand elle agit sur les récepteurs muscariniques du tissu cardiaque C est donc la synapse qui est excitatrice ou inhibitrice

26 c- Inactivation du neurotransmetteur Les effets du neurotransmetteurs ne s exercent que pendant quelques millisecondes. Le neurotransmetteur est donc éliminé : par dégradation par l action d une enzyme spécifique présente dans la fente synaptique. par recaptage par des cellules gliales ou par le bouton synaptique qui l a sécrété par diffusion hors de la fente synaptique

27 Tous nos neurones baignent dans une «soupe» de neurotransmetteurs dont la composition varie sans cesse = milieu central fluctuant Un peu plus d adrénaline, de dopamine de sérotonine et c est la grande forme! Un peu moins et c est la déprime.

28 7- Intégration des messages nerveux Chaque neurone peut recevoir des milliers de synapses qui peuvent fonctionner en même temps, les unes étant excitatrices, les autres inhibitrices. Comment réagit le neurone face à tous ces influx?

29 Les Potentiels Post Synaptiques : PPS sont des potentiels gradués. 1/ Ils ont des amplitudes qui varient avec la quantité de neurotransmetteur qui se fixe sur les récepteurs. Plus le stimulus est important, plus il y a de récepteurs «occupés», plus l amplitude du PPS est grande 2/ Ils s atténuent avec la distance Ils se propagent avec amortissement jusqu au cône axonal Illustrations

30 Synapse excitatrice Stimulus Fibres Ia homonymes Dérivation Stimulus Stimulus PPSE avec intensité croissante de stimulation Mn

31 Synapse inhibitrice Fibres Ia antagonistes dérivation PPSI avec intensité croissante de stimulation Mn

32 Au niveau du cône axonal, les PPS vont se sommer selon 2 modes différents pour engendrer ou non un PA. Purves et al., Life, Sinauer Associates, Inc. p. 788

33 A/ Sommation temporelle Un neurone (synapse 1) émet des influx excitateurs à une certaine fréquence. Si le 2ième influx arrive et génère un PPSE avant que le 1er ne soit totalement amorti, ils se somment et ainsi de suite le seuil d excitation du neurone post synaptique peut être atteint PA

34 B/ Sommation spatiale Dans cet exemple, les 4 synapses représentées sont excitatrices. 3 d entre elles produisent un PPSE en même temps le seuil d excitation est atteint le PA est déclenché.

35 Pour résumer Sommation temporelle : stimulus simple (1 flèche) et double (2 flèches, intervalle de stimulation 4 ms) provoquent chacun un PPSE infraliminaire, le 3ième stimulus déclenche un PA. Sommation spatiale : stimulus 1 et stimulus 2 déclenchent chacun 1 PPSE infraliminaire, la stimulation simultanée des 2 axones (1+2) conduit à un PA.

36 Mais un neurone donné reçoit généralement des «terminaisons PPSE» et des «terminaisons PPSI»! Ex. neurone moteur Calcul somme des PPSE et somme des PPSI Si la somme des PPSE est supérieure à la somme des PPSI, le neurone moteur est dépolarisé, au-delà du seuil il y a influx. Si la somme des PPSI est supérieure à la somme des PPSE, le neurone moteur ne se dépolarise pas, il n y a pas d influx voir même hyperpolarisation.

37 C/ Modulation de l activité post-synaptique Ex. modulation de la douleur Si le neurone inhibiteur est actif, le neurone d association devient peu sensible (plus difficile à dépolariser) Illustrations diapo suivante

38 Transmission excitatrice entre a et b PA1 a c b Inhibition présynaptique de la transmission par le neurone modulateur c PA1 a c b PA2 PA1 PA1+PA2

39 8- Quelques neurotransmetteurs L Acétylcholine (Ach) C est le neurotransmetteur excitateur des jonctions neuromusculaires, mais on le retrouve aussi ailleurs dans le SNC et le SNP.

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41 Transmission synaptique au niveau de la jonction neuromusculaire

42 Fonctionnement de la jonction neuromusculaire. L arrivée du PA dans le bouton terminal du Mn déclenche l ouverture de canaux Ca 2+ dépendant du voltage entrée consécutive de Ca 2+ dans le bouton exocytose de vésicules d Ach l Ach diffuse dans l espace synaptique et se lie aux récepteurs spécifiques de la plaque motrice de la membrane plasmique de la cellule musculaire ouverture de canaux cationiques qui laissent entrer massivement le Na + dans la cellule musculaire et sortir un peu de K + potentiel de plaque. Il se produit des courants locaux entre la plaque motrice dépolarisée et les régions adjacentes de la membrane ce qui déclenche le PA qui se propage à toute la fibre musculaire. L Ach est détruite par l acétylcholinestérase : enzyme de la membrane plasmique du muscle, ce qui interrompt la réponse de la fibre musculaire.

43 Ex. Élimination de l'acétylcholine Diffusion hors de la fente (peu) Dégradation par la cholinestérase (ou acétylcholinestérase, AchE) Acholine AChE Ac. acétique + Choline = enzyme qui se fixe à des glycolipides (phospholipides liés à des glucides) du bouton synaptique et du neurone postsynaptique. Près de 50% de l'acétylcholine est détruit sans même avoir pu se fixer à un récepteur. Les organophosphorés (insecticides, gaz de combat) sont des inhibiteurs de l'ache

44 En tant que neuromédiateur de la plaque motrice, de nombreuses synapses du SNC, et de toutes les terminaisons pré-ganglionnaires du SNV, l ACh agit sur des récepteurs nicotiniques. Agoniste : la nicotine Antagonistes : les ammoniums quaternaires et le curare En tant que neuromédiateur des terminaisons postganglionnaires du SNV, l ACh agit sur des récepteurs muscariniques. Agoniste : la muscarine Antagoniste : l atropine

45 Quelques modes d action des drogues Effet agoniste La drogue a le même effet que le neurotransmetteur. Effet antagoniste La drogue bloque le récepteur du neurotransmetteur. Inhibiteur de recaptage La drogue empêche le recaptage du neurotransmetteur. Inhibiteur de la sécrétion La drogue empêche la sécrétion du neurotransmetteur

46 Le curare est une neurotoxine synthétisée par une plante poussant en Amérique du Sud. Certaines tribus arborigènes savent l'extraire et en enduisent les fléchettes de leurs sarbacanes. Le curare provoque une paralysie totale. La personne intoxiquée demeure consciente, mais sent la paralysie la gagner progressivement. La paralysie des muscles respiratoires entraîne la mort. On utilise diverses variétés chimiques du curare en anesthésie pour paralyser le patient.

47 La muscarine est une neurotoxine présente, entre autre, dans l'amanite tue mouche, un champignons hallucinogène toxique très répandu. L'effet hallucinogène n'est pas dû à la muscarine, mais à d'autres substances psychoactives. Un "hight" d'amanite s'accompagne donc nécessairement des malaises très désagréables dus à la muscarine.

48 Les amines biogènes Adrénaline et noradrénaline (A et NA) sont les neuromédiateurs (+ ou -) de nombreuses synapses dans le tronc cérébral et de la plupart des terminaisons post- ganglionnaires du SN Sympathique. Ils agissent sur deux types de récepteurs : les récepteurs α et β et leurs sous-unités. Les amphétamines favorisent la libération de la NA (sensation de bien être), la cocaïne empêche son retrait des synapses (l Halopéridol est utilisé pour combattre les overdoses de cocaïne)

49 Dopamine (DA) Les amines biogènes (suite) Est le neurotransmetteur (+ en général) de nombreuses synapses du SNC. Il agit sur les récepteurs D1 et D2 (effets agonistes : idem que précédemment) Sérotonine (5-HT) Neuromédiateur (- en général) présent dans le SNC (tronc cérébral et cortex préfrontal). Le LSD bloque son activité. Le Prozac, antidépresseur de la famille des ISRS, est utilisé dans les cas de dépression nerveuse associée à une baisse de l'activité des neurones à sérotonine du cerveau. On ne sait pas encore si cette baisse est une cause ou une conséquence de la dépression. Curieusement, l'action des ISRS sur la sérotonine est presque immédiat, mais leur action sur la dépression peut prendre plus de deux semaines avant de se faire sentir.

50 Les acides aminés Glutamate : neurotransmetteur excitateur dans le SNC (ME et encéphale) agit sur les récepteurs NMDA et AMPA GABA : neurotransmetteur inhibiteur, prévalant dans les structures supérieures du SNC et dans la ME, agit sur les récepteurs GABA A et B. Les anxyolitiques de la classe des benzodiazépines (Valium) augmentent ses effets inhibiteurs. Glycine : neurotransmetteur inhibiteur présent surtout dans la ME

51 Les peptides Endorphines et enképhalines ont généralement une action inhibitrice au sein de l encéphale et de la ME. Elles réduisent la douleur. Les opiacés (la morphine, l héroïne, l opium) et la méthadone ont des effets similaires.

52 III - Organisation des neurones et traitement de l information 1- Les neurones sont organisés en réseaux

53 Réseaux divergents : réseaux amplificateurs Un stimulus déclenche des réponses dans un nombre croissant de neurones, dans une ou plusieurs voies.

54 Réseaux convergents : réseaux concentrateurs Diverses informations (de sources différentes ou d une même source) qui convergent sur un neurone peuvent engendrer une même réponse

55 Réseaux réverbérants : réseaux à action prolongée Le message entrant franchit une chaîne de neurones qui établissent, par des collatérales, des synapses avec les neurones précédents dans la chaîne la durée de la réponse augmente.

56 Réseau parallèle post décharge Un stimulus est transmis à des réseaux parallèles qui convergent sur un même neurone le neurone reçoit des influx décalés dans le temps.

57 2- Traitement de l information En série : un neurone stimule un neurone qui stimule un neurone... réponse spécifique et prévisible. C est le cas des réflexes spinaux. En parallèle : diverses informations sont réparties entre différentes voies et traitées simultanément par des réseaux différents. Dans le cas des réflexes par exemple, le traitement en parallèle permet la perception de l événement.