Tellement branchés ces neurones

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1 Tellement branchés ces neurones ULB Faculté de Médecine Département de Sciences Biomédicales Cogels Morgane, Dassy Benjamin, Desquiens Inès, Somerhausen Athina, Taher Dalil, Tourneur Adrien Structure générale du système nerveux : Le système nerveux est un système biologique animal qui a différents rôles : - Fonction Sensorielle : somesthésique (toucher et position), vision, audition/vestibulaire et odorante - Fonction Motrice : marcher, bouger - Fonction cognitive : mémoire, attention, émotions etc. - Conscience En connectant toutes ces fonctions, il permet alors la coordination des actions avec l'environnement extérieur et la communication rapide entre les différentes parties du corps. Le système nerveux se subdivise en : - Système nerveux central (SNc), composé de l'encéphale et de la moelle épinière qui s étend dorsalement - Système nerveux périphérique (SNp) composé des nerfs répartis dans tout le corps Ces systèmes traitent l information en 3 étapes : la réception d informations sensorielles, l intégration et l émission de commandes motrices aux cellules cibles effectrices. Le SNc intègre l information tandis que les nerfs du SNp transmettent les messages sensitifs et moteurs entre le cerveau et le reste du corps. Le SNp se compose des nerfs crâniens et spinaux comportant les ganglions. Il est subdivisé en deux : - Le SN somatique qui transmet les influx reçus et envoyés par les cellules musculaires - Et le SN autonome qui régule les fonctions automatiques des tissus musculaires lisses et cardiaque (on respire sans y penser). Neurones/ cellules gliales : Les neurones sont les cellules de base du système nerveux. Ils sont responsables de la réception, de la transmission et de l intégration des influx nerveux. L axone de certains neurones est très long et peut mesurer jusqu à 1m (le long de la colonne vertébrale dans le dos jusqu'aux orteils) pour seulement 1 à 15 micromètres de diamètre au niveau du corps cellulaire. Chaque neurone est composé - D un corps cellulaire comportant le noyau, - De très nombreuses ramifications de type dendritiques (d'où proviennent les informations) - Et d'un axone (par où sont diffusées les informations). Il est entouré par des cellules de Schwann qui sont des cellules qui produisent une gaine de myéline protectrice tout le long de l'axone, séparée sur sa longueur par les nœuds de Ranvier. Cependant, tous les neurones ne sont pas myélinisés. Les différentes parties de neurones adjacents entrent en contact et transmettent l'information de cellule à cellule via des structures spécialisées : les synapses. Les neurones sont au nombre de 100 milliards dans le cerveau humain et sont donc capables de créer un réseau incroyablement complexe, avec parfois plus de synapses par neurone. On y retrouve aussi les cellules gliales, qui ont pour rôle d assurer le soutien structural aux neurones, de réguler les concentrations intra- et extra- cellulaires de certaines substances, de guider la migration des neurones et de former la gaine de myéline (isolant électrique).

2 Axones L axone est le prolongement principal du neurone où se déroule un phénomène électrique particulier que l on nomme le potentiel d action. C est par ce phénomène que les informations sensorielles et motrices sont véhiculées au sein du neurone. Qu est-ce qu un potentiel d action? Tout d abord, il faut savoir qu au repos («quand rien ne se passe»), la membrane du neurone est dite «polarisée», c est-à-dire, qu il existe, au niveau de la membrane, une différence de potentiel qui résulte d un gradient de concentration ionique. Cette différence de potentiel se nomme «le potentiel membranaire de repos» (cf. image du poster). Les principaux ions qui établissent ce potentiel sont le Na +, le K + et le Cl -. Il peut être calculé au repos par l'équation de Goldman-Hodgkin-Katz : [ ] [ ] [ ] V = ln [ ] [ ] [ ] (V= potentiel ; P= perméabilité spécifique pour un ion ; [ion]= concentration en ion, R = constante des gazs parfaits, T = température en kelvins, F = constante de Faraday) Ensuite il faut savoir que, parmi les constituants de la membrane, on retrouve des protéines particulières que l on nomme des canaux ioniques qui permettent l entrée/sortie des ions. Ces canaux s ouvrent à des moments bien précis et ne laissent généralement passer que certaines espèces ioniques. Si, suite à un stimulus, tous les canaux Na s'ouvrent, ils créent ainsi un bref courant électrique qui fait varier localement le potentiel membranaire d environ 100 mv durant 1 ms. C est ce changement de potentiel au cours du temps que l on nomme le potentiel d action. C est comme cela que le neurone est capable de transmettre une information, il lui suffit de déclencher un «potentiel d action» (cf. poster). Synapses La transmission d informations d'un neurone à l'autre se fait au niveau d une synapse, une région spécialisée où un signal nerveux passe d'une cellule nerveuse à une autre. En moyenne, un neurone possède environ connections. Une minuscule discontinuité de 50nm, appelée fente synaptique, existe entre les cellules. Il existe des synapses chimiques et des synapses électriques mais la grande majorité des synapses est chimique et donne lieu à une libération de "neurotransmetteurs". Le neurone présynaptique synthétise ces neurotransmetteurs et les stocke dans des vésicules synaptiques. Lorsqu un potentiel d action arrive au niveau de la terminaison de l axone du neurone présynaptique, il va provoquer, via l'ouverture d'un canal, une augmentation de la concentration de Ca 2+ dans le cytoplasme ce qui aura pour effet de libérer les neurotransmetteurs dans la fente synaptique. Ceux-ci vont se lier sur leurs récepteurs présents sur la membrane du neurone post-synaptique. Ceci va provoquer une réponse cellulaire (propagation ou modulation de l influx nerveux, contraction musculaire ). Les neurotransmetteurs libres doivent être rapidement éliminés pour permettre à la membrane post-synaptique de revenir à son état initial (polarisée) et de pouvoir à nouveau être dépolarisée. Les synapses électriques n utilisent pas de neurotransmetteurs mais un courant électrique qui se propage directement d un neurone à l autre grâce à des jonctions communicantes inter-cellulaires. Drogues et système nerveux Certaines drogues interfèrent avec la transmission de l influx nerveux en augmentant par exemple la quantité de dopamine dans le cerveau. Ce neurotransmetteur est impliqué dans de nombreux domaines : apprentissage, motricité et surtout sensation de plaisir et stimulation du circuit de la récompense. Ce qui explique le phénomène de dépendances aux drogues. Deux exemples de mécanismes perturbés par la présence de drogues (cocaïne et cannabis) sont présentés dans le poster 3. Expérience Grâce à un petit appareil décrit sur le site "Backyard Brain", il est possible de "relier" 2 personnes via des fils électriques et des électrodes pour permettre à l'une d'entre elles de prendre le contrôle du bras de l'autre. Cette expérience permet de mettre en évidence la nature électrique de la transmission de l'information. (cf.

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4 UNIVERSITÉ LIBRE DE BRUXELLES FACULTÉ DE MÉDECINE «Tellement branchés ces neurones!» Le long de la fibre nerveuse, une activité électrique? Gradients de concentrations & potentiel membranaire De part et de la membrane du neurone, la concentration des ions Na + et K + est différente. Ces différences de concentration et de canaux ioniques sélectifs induisent une légère différence de charge électrique, elles déterminent le potentiel membranaire. On dit que la membrane est «polarisée». Pour autant que ces ions puissent traverser la membrane, ils sont capables de modifier son potentiel membranaire. Canaux ioniques Parmi les constituants de la membrane, des canaux ioniques permettent ou la sortie des ions. Ces canaux bien précis et ne laissent généralement passer que certains espèces ioniques entraîne une dépolarisation locale de la membrane Sciences Biomédicales Dassy Benjamin, Tourneur Adrien es%20particulieres%20au%20neurone.htm Milieu extracellulaire Membrane du neurone au repos Milieu intracellulaire 2- + entraîne la repolarisation de la membrane le déplacement de ce potentiel d'action le long des axones qui permet de véhiculer l'information dans le système nerveux. Le potentiel d'action est unidirectionnel et change peu pendant son déplacement (même amplitude et même forme). = un phospholipide = ion Na + = ion K + = pompe Na/K ATPase Membrane polarisée au repos = canal Na + = canal K + = ion chargé négativement Potentiel d'action Si, suite à un stimulus, tous les canaux Na + s'ouvrent, cela crée un bref courant électrique qui fait varier localement le potentiel membranaire 100 mv pendant 1 ms. le potentiel. 3- La pompe Na + /K + rétablit les gradients de départ lidocaïne - pénètre dans la cellule - bloque le canal Na + - empêche la dépolarisation et donc la propagation du signal «douleur» Contact: C. Christophe-Hobertus chobertu@ulb.ac.be Toute reproduction, même partielle, doit indiquer clairement le nom de tous les auteurs, le nom du Département, ainsi que la mention «Printemps des Sciences 2017 Exposition des Sciences Bruxelles»

5 «Tellement branchés ces neurones!» FACULTÉ DE MÉDECINE Au bout de la fibre nerveuse, une activité chimique? Sciences Biomédicales Dalil Taher et Inès Desquiens La transmission synaptique chimique Bouton présynaptique Recapture Fente synaptique Neurotransmetteur Bouton postsynaptique UNIVERSITÉ LIBRE DE BRUXELLES La dépolarisation membranaire du neurone présynaptique, 2+, due la libération de neurotransmetteurs excitateurs ou inhibiteurs = conversion du signal électrique en signal chimique avec leurs récepteurs spécifiques au niveau de la membrane post-synaptique ouverture de canaux ioniques spécifiques polarité de la membrane: dépolarisation (activation) ou hyperpolarisation (inhibition) suivant le type de canal ionique ouvert = conversion du signal chimique en nouveau signal électrique Les neurotransmetteurs libres doivent être rapidement éliminés pour permettre à la membrane post-synaptique de revenir à son état initial (polarisée) et de pouvoir à nouveau être dépolarisée. Ils sont soit dégradés par des enzymes, soit recapturés par le neurone présynaptique. Transporteur à dopamine augmentation de la production de dopamine dans le cerveau. La dopamine, est un neurotransmetteur impliqué dans de nombreux domaines: apprentissage, motricité et surtout sensation de bien-être, de plaisir et stimulation du circuit de récompense. Elle est à la base de la dépendance aux drogues Cocaïne Dopamine Influx nerveux intense Influx nerveux faible La Cocaïne à dopamine La cocaïne bloque le transporteur à dopamine blocage de la recapture de celle-ci de dopamine dans la fente synaptique augmentation des effets dus à la dopamine cannabinoïde (CB1) Le Cannabis anandamide aux récepteurs CB1, sur un neurone gabaergique présynaptique, entraîne la production de GABA, un neurotransmetteur inhibiteur liaison du GABA sur les récepteurs situés sur les neurones dopaminergiques entrée Cl- dans le neurone post-synaptique dépolarisation moins facile -synaptique Le THC, composé psychoactif du cannabis, se lie aux récepteurs CB1 anandamide et perturbe le fonctionnement du récepteur: diminution de la libération du neurotransmetteur GABA entrée Clpost-synaptique production de dopamine Contact: C. Christophe-Hobertus chobertu@ulb.ac.be Toute reproduction, même partielle, doit indiquer clairement le nom de tous les auteurs, le nom du Département, ainsi que la mention «Printemps des Sciences 2016 Exposition des Sciences Bruxelles» Libération importante de dopamine à GABA THC (tétrahydrocannabinol) Influx nerveux intense Influx nerveux faible GABA Anandamide Dopamine