La transmission synaptique 1
La synapse Jonction entre 1 cellule nerveuse et une autre cellule nerveuse, musculaire, ou glandulaire. 1mm3 de substance grise du cortex peut contenir 5 milliard de synapses 2
Camillo Golgi (1843-1926) Les neurones forment un réseau continu; leurs membranes sont liées (ils partagent le même cytoplasme) : théorie réticulariste Santiago Ramon y Cajal (1853-1934) Les neurones ne sont pas liés physiquement les uns aux autres; ce sont des cellules indépendantes : théorie neuroniste Prix Nobel conjoint de science de 1906 3
La transmission synaptique Synapses électriques: passage des PA d'un neurone à l'autre, rarement chez les vertébrés. Synapses chimiques: le message électrique est converti en message chimique et passe à travers la fente synaptique. Les molécules chimiques (neurotransmetteurs) sont réceptionnées par des récepteurs sur la cellule cible, puis reconverties en PA. 4 Synapse électrique (gap junction ) Synapse chimique
Anatomie de la synapse Neurone présynaptique Neurone postsynaptique Neurone présynaptique Pour une synapse donnée: Le neurone AVANT la synapse = neurone présynaptique et le neurone APRÈS = neurone postsynaptique Neurone postsynaptique 5
6
Dépolarisation de la membrane du bouton synaptique Ouverture de canaux à Ca++ tensiodépendants 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 7
Le canal à sodium s ouvre lorsque le neurotransmetteur se fixe sur le récepteur. 8
La liaison du récepteur avec le neurotransmetteur peut avoir deux effets: Ouverture de canaux à sodium ==> polarité de la membrane ==> potentiel d action (si la dépolarisation > seuil) ==> influx Ouverture de canaux à Cl- ou de canaux supplémentaires à K+ ==> polarité de la membrane ==> neurone plus difficile à dépolariser (seuil plus difficile à atteindre) 9
Synapse excitatrice et synapse inhibitrice 10
L'effet d'un neurotransmetteur dépend du type de neurotransmetteur et du type de récepteur Neurotransmetteur excitateur PPSE (potentiel postsynaptique excitateur) Neurotransmetteur inhibiteur PPSI (potentiel postsynaptique inhibiteur) Certains neurones produisent des PPSE, d'autres des PPSI 11
Chaque neurone reçoit des PPSE et des PPSI Exemple: neurone moteur S il y a plus de PPSE que de PPSI le neurone moteur est dépolarisé audelà du seuil et il y a influx. S il y a plus de PPSI que de PPSE le neurone moteur ne se dépolarise pas jusqu au seuil. Il n y a pas d influx. 12
Seuls les axones peuvent former des potentiels d'action. Les potentiels d'action prennent toujours naissance en un point de l'axone appelé zone gâchette. La zone gâchette est généralement située à la racine de l'axone, près du corps cellulaire. Si la polarité de la membrane du corps cellulaire dépasse le seuil, alors la zone gâchette déclenche un potentiel d'action qui se transmettra dans l'axone. 13
Plus la fréquence des PA arrivant à la cellule présynaptique est élevée, plus la quantité de neuromédiateur libéré est grande Les PA de la cellule présynaptique seront donc convertis en PA dans la cellule avec une fréquence en rapport avec l'intensité de la stimulation 14
Sommation des potentiels présynaptiques Les synapses excitatrices et les synapses inhibitrices interagissent Le traitement de trois informations abouti à une nouvelle information 15
Sommation spatiale et sommation temporelle Purves et al., Life, Sinauer Associates, Inc. p. 788 16
Un neurotransmetteur ne peut faire effet que s'il se fixe à son récepteur. Il peut exister plusieurs récepteurs différents pour un même neurotransmetteur. Certaines substances peuvent agir sur certains récepteurs et pas sur d'autres. Ex. Il y a deux sortes de récepteurs à l'acétylcholine: Les récepteurs nicotiniques Les récepteurs muscariniques La muscarine (un substance toxique présente dans certains champignons) n'agit que sur les récepteurs muscariniques. La nicotine du tabac n'agit que sur les récepteurs nicotiniques. 17
Les neurotransmetteurs sont ensuite éliminés par: Dégradation par des enzymes dans la fente synaptique Recaptage par des cellules gliales (astrocytes) ou par le bouton synaptique Diffusion hors de la fente synaptique 18
Un neurotransmetteur: l'acétylcholine (Ach) A la jonction neuromusculaire. L'ACh produit un potentiel postsynaptique excitateur (PPSE) provoquant la contraction musculaire. Après la contraction, une enzyme, l'acétylcholineestérase (AchE) élimine l'ach encore présent dans la fente synaptique afin que les muscles puissent se relâcher. Acholine AChE Ac. acétique + Choline = enzyme qui se fixe à des glycolipides (phospholipides li és à des glucides) du bouton synaptique et du neurone postsynaptique. Près de 50% de l'ac étylcholine est d étruit sans même avoir pu se fixer à un récepteur. Les organophosphor és (insecticides, gaz de combat) sont des inhibiteurs de l'ache 19
Jonction neuromusculaire 20
Membrane du bouton synaptique Membrane de la cellule musculaire Cellule musculaire Fente synaptique Fibres contractiles Qu'est-ce que c'est? Jonction Jonction neuromusculaire neuromusculaire 21
Le curare «... De temps en temps, un Indien nous invitait à tester le liquide. On déduisait la consistance du fus à son amertume. Il n'y avait aucun danger à le faire, car le curare ne devient mortel que lorsqu'il entre en contact direct avec le sang...» C'est ainsi qu'au début du XIXe siècle l'explorateur ALEXANDER VON HUMBOLT décrit sa participation à la fabrication du poison mortel par les Indiens sudaméricains Achagua qui préparent les flèches pour leurs sarbacanes. Cet alcaloïde se fixe aux récepteurs de l'ach sur le muscle et les bloque: le muscle est paralysé. 22
Autres toxiques inhibant la transmission synaptique Les gaz neurotoxiques (nervin...) inhibent l'ache produisant des contraction violentes du muscle, perte de coordination (paralysie spastique) et mort par asphyxie La toxine botulique (Clostridium botulinum) empêche la libération d'ach et provoque une paralysie musculaire (flasque) La veuve noire provoque la libération de tous les neuromédiateurs dans la fente synaptique bloquant la respiration L'atropine bloque les récepteurs à l'ach dans le coeur 23
Un neurotransmetteur: le Glutamate Neurotransmetteur excitateur principal du SNC des vertébrés induisant des potentiels postsynaptiques excitateurs (PPSE) Lors de la pathologie de Huntington, sa sécrétion excessive crée des désordres neurologiques et une dégénérescence nerveuse et musculaires 24
Des neurotransmetteurs: la glycine, le GABA La glycine et le GABA sont des neurotransmetteurs inhibiteurs du SNC, provoquant l'ouverture des canaux Cl- dans la membrane des neurones postsynaptiques ce qui produit un potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI) 25
La toxine tétanique inhibe la sécrétion de glycine (neurotransmetteur inhibiteur) empêchant l'inhibition des neurones moteurs synapse à glycine La strychnine, un alcalo ïde extrait de la noix vomique (Strychnos nux-vomica ) a le même effet que la toxine tétanique. 26
Autres neuromédiateurs: les amines biogènes Dopamine (dérivé de l'aa tyrosine, tyr): Sécrétée dans le cerveau, contrôle des mouvements du corps et circuit de la récompense. La maladie de Parkinson est provoquée par une chute des niveaux de dopamine dans le cerveau Noradrénaline et adrénaline surrénale (dérivée de la tyr): dans le cerveau et dans les neurones du SNPsympathique Sérotonine (dérivé du trp): Régulation du sommeil et états émotionnels. Une activité insuffisante est à l'origine de symptômes dépressifs. Les antidépresseurs bloquent son élimination de la fente synaptique 27
Les neuropeptides: peptides se comportant comme des neurotransmetteurs, libérés dans les synapses La substance P est libérée par les neurones sensoriels activés par un stimulus douloureux, l'intensité de la douleur sera fonction du niveau d'endorphines et d'enképhalines Les endorphines libérées par les neurones du tronc cérébral, se fixent à des récepteurs cellulaires semblables aux récepteurs à la morphine (enképhaline) et exercent un effet analgésique (bloquent la perception de la douleur) Le NO (oxyde nitrique) est libéré dans les muscles lisses du tractus digestif; le N2O est utilisé en anesthésie. 28
Les drogues ont toutes une même cible dans le cerveau: «le circuit de la récompense» Le circuit de la récompense rassemble un certain nombre de structures cérébrales dont on a montré qu'elles jouent un rôle important dans l'état physique et psychique de l'individu Les connexions dans ce circuit, participant au bienêtre de l'individu, permettent de comprendre la variabilité des préférences chez les individus (alimentaires, sexuelles...) Ces zones ont été déterminées lors d'expérience de stimulation chez le rat (J. Olds et P. Milner) L'aire tegmentaire ventrale est la zone où se trouvent 29 les neurones produisant la dopamine.
La dopamine a des effets variés suivant les endroit où elle est libérée Décontraction musculaire Palpitations cardiaques Sentiment de plaisir Les drogues provoquent une augmentation de libération de dopamine dans les noyaux accubens. 30
Le circuit de la récompense dans le cerveau Dans l'aire tegmentrale ventrale, les neurones dopaminergiques ont des projections vers le noyau accubens, le cortex préfrontal (motivation), le septum, l'hippocampe et le complexe amygdalien. Ces aires renvoient les informations vers les principaux centre régulateurs des émotions (noyaux accubens et complexe amygdalien), de la mémoire (hippocampe) ou encore des fonctions physiologiques neurovégétatives (hypothalamus) impliquées dans le bien-être de l'individu. (Pour la science, avril 2006) 31
Effet des drogues Effet agoniste: la drogue a le même effet que le neurotransmetteur Effet antagoniste: la drogue bloque le récepteur du neurotransmetteur Inhibiteur du recaptage: empêche le recaptage du neurotransmetteur Inhibiteur de sécrétion: empêche la sécrétion du neurotransmetteur 32
Muscarine: extraite de l'amanite tue-mouche Atropine: alcaloïde présent dans la belladone, le datura, la mandragore (utilisée comme antidote de certains gaz de cmbat) 33
La cocaïne interfère avec la reprise de la dopamine dans la fente synaptique au niveau du système limbique produisant une euphorie passagère Les amphétamines stimulent une libération excessive de dopamine Le cannabis empèche la libération de GABA, inhibiteurs des neurones dopaminergiques voir TP «Effet de certaines drogues» pour les effets spécifiques) 34
Processus à l'origine de la dépendance 35
Synapses et plasticité Les connexions synaptiques sont dynamiques et peuvent se modifier: c'est la plasticité. Les synapses peuvent se faire et se défaire. La plasticité est plus grande dans l'enfance Certaines synapses souvent utilisées se renforcent: le neurotransmetteur devient plus efficace Les synapses peu utilisées peuvent devenir moins sensibles et même disparaître 36