La communication nerveuse

Cellule excitable définition

Capacité du neurone à faire varier son potentiel de membrane en réponse à un stimulus

Quelles sont les fonctions d’un neurone ?

→ Réception

→ Intégration

→ Conduction

→ Transmission

d’un message nerveux

Qu’est-ce qu’une synapse ?

Zone de contact entre un neurone et une autre cellule. Elle permet la transmission de l’information d’un neurone à une autre cellule

Quels sont les deux types de synapses ?

→ Électriques

→ Chimique

Quel élément constitue l’élément présynaptique ?

Le neurone

De quoi sont capables certains neurones ?

Certains neurones peuvent communiquer simultanément par l’intermédiaire de synapses électriques et de synapses chimiques

Quel élément constitue l’élément post-synaptique ?

Neurone, cellule musculaire, cellule glandulaire (exocrine, endocrine)

La synapse électrique

→ Mode de communication minoritaire

→ Connexion entre deux neurones par des jonctions communicantes (gap junction)

Quel type de transport à lieu au niveau de la synapse électrique ?

Transport passif

→ Les membranes pré et post synaptiques sont accolées tel qu’il y a diffusion des ions au travers de canaux (connexons formés de connexines) selon le gradient électrochimique

Comment est caractérisé la transmission du signal ?

→ Bidirectionnelle

→ Selon :

• le gradient électrochimique à un moment donné entre deux cellules

• la perméabilité de la jonction communicante (nombre de canaux ouverts de la jonctions communicantes)

→ Rapide et quasi-stationnaire → synchronisation des neurones

Propagation du PA dans une synapse électrique

→ Arrivée d’un PA présynaptique

→ Création d’un courant ionique (Na+) dans le neurone présynaptique

→ Passage du courant ionique dans le neurone post synaptique au travers des canux de la gap junction

→ Variation du potentiel de membrane du neurone post-synaptique

→ Si la dépolarisation est suffisante, un potentiel d’action peut être déclenché dans le neurone post synaptique

Quels sont les types de synapses chimique selon la cellule post-synaptique ?

→ Synapse neuro-neuronique, la cellule post-synaptique est une neurone

→ Synapse neuro-musculaire, la cellule post synaptique est une cellule musculaire

Comment est caractérisé la transmission du signal d’une synapse chimique ?

→ Unidirectionnelle

→ Par des neurotransmetteurs

Transmission du signal par une synapse chimique

→ Arrivée d’un PA pré synaptique

→ Exocytose du NT dans la fente synaptique

→ le NT se fixe à des récpeteurs post-synaptiques spécifique

→ Entrée/ sortie d’ions dans la cellule post-synaptique

→ Si dépolarisation est suffisant, un potentiel d’action peut être déclenché dans la cellule synaptique

Comment sont classés les neurotransmetteurs ?

→ En fonction de leur structure chimique

→ Mécanisme d’action : direct ou indirect selon le type de récepeturs au NT

→ Effet : excitateur ou inhibiteur selon le sens de la variation du potentiel de membrane synaptique

Neurotransmetteurs à connaitre et leur famille

→ Acétylcholine

→ Glutamate et GABA (acide γ-amino butylique) = famille des acides aminés

Neurotransmetteurs à action direct

Liaison à des récepteurs post-synaptique ionotropes (canaux ioniques): réponse rapide de la cellule post-synaptique

Neurotransmetteurs à action indirect

Liaison à des récepteurs post-synaptique métabotropes : action par l’intermédiaire d’un messager secondaire intra cellulaire réponse plus lente et durable de la cellule post-synaptique

Neurotransmetteurs excitateur effet

Dépolarisation de la membrane post-synaptique

Neurotransmetteur inhibiteur effets

Hyperpolarisation de la membrane post-synaptique

Neurotransmetteur inhibiteur ou excitateurs effets

Selon le récepteur post-synaptique

PPSE & PPSI

→ PPSE : Potentiel de couplage excitateur = dépolarisation

→ PPSI : potentiel de couplage inhibiteur = hyperpolarisation

Un neurotransmetteur peut-il être inhibiteur et excitateur en même temps ?

Non

Fonction (effet) acétylcholine

→ Excitateur, action direct

→ Excitaeur ou inhibiteur, action indirect

Fonction (effet) glutamate

Excitateur

Fonction (effet) GABA

Inhibiteur

Fonction (effet) dopamine

Excitateur ou inhibiteur

Quels sont les différents types de synapses neuro-neuronique ?

→ Synapse axo-dendritique : entre un axone pré-synaptique et une dendrite

→ Synapse axo-somatique : entre un axone pré-synaptique et un corps cellulaire

→ Synapse axo-axonique : entre un axone pré-synaptique et un autre axone

Qu’est-ce que l’épine dendritique ?

Petite excroissance de a membrane des dendrites des neurones

• apparition/disparition constante

• ≠ morphologies

• plasticité

• riche en récepteurs à neurotransmetteurs

Rôle des épines dendritiques

→ Dans la transmission synaptique entre deux neurones

→ Sépare le traitement de l’information transmise par chaque synapse

• = pas d’interférences entre les synapses (isolement biochimique des signaux)

• = traitement précis de signal

Où se forme les épines dendritiques ?

Dans le compartiment post-synaptique

Polarité de la synapse neuroneuronique

Polarisée = transmission unidirectionnelle

Élément pré et post-synaptique de la synapse neuroneuronique

→ Élément présynaptique : vésicule de NT

→ Élément post-synaptique : récepteurs spécifiques du NT

Fonctionnement détaillé de la synapse neuronique

1. NT synthétisés puis stocké dans des vésicules

2. Arrivé du PA au niveau du bouton synaptique

3. La dépolarisation entraine une ouverture de canaux calciques voltage dépendant

4. Entrée du Ca²⁺

5. Ca²⁺ favorise la fusion des vésicules avec la membrane pré-synaptique

6. Exocytose du NT dans la fente synaptique

7. Fixation du NT à des récepteurs spé à la surface de la membrane post-synaptique (récepteurs : canaux ionotropes, chimio dépendants)

8. Ouverture de canaux ioniques, flux d’ions entrants ou sortant

9. Variation du potentiel de membrane (potentiel gradué) qui modifie l’excitabilité de la cellule post-synaptique (PPSE ou PPSI)

10. 11. Arrêt de la transmission (récepteurs du NT par le neurone pré-synaptique ou astrocyte, dégradation par un enzyme dans la fente synaptique, recyclage du NT

Étapes de fonctionnement de la synapse neuroneuronique

1. Production des NT et transport des vésicules le long de l’axone

2. Remplissage des vésicules de NT

3. Libération du NT dans la fente synaptique (exocytose)

4. Vitesse de transmission du message nerveux à travers la fente synaptique

5. Spécificité de la transmission synaptique

Production des NT et transport des vésicules le long de l’axone (étape 1 synapse neuroneuronique)

Synthèse de composants nécessaires au fonctionnement de l’axone et des boutons synaptiques au niveau du corps cellulaire (enzymes, protéines membranaire, NT et mitochondries)

Où sont synthétisés les NT de petite et grande taille des synapse neuroneuronique ?

→ NT de petite taille : synthèse locale dans la terminaison axonique

→ NT de grande taille (peptides) : synthèse dans le corps cellulaire

Où sont stockés les NT des synapses neuroneuroniques ? Comment s’effectue leur transport ?

→ Stockage : vésicules

→ Transport : le long des microtubules du corps cellulaire vers les terminaisons axoniques

Remplissage des vésicules de NT (étape 2 synapse neuroneuronique)

Le remplissage de la vésicule par un NT est réalisé par un transporteur spécifique couplé à un gradient de H+ généré par une pompe à protons

Combien de type de NT contient une vésicule ?

Un seul

Quel type de transport utilise les neurotransmetteurs pour rentrer dans les vésicules ?

Transport actif secondaire

Par quoi est assuré la spécificité du remplissage des vésicules de NT ?

Par le transporteur spé du NT

Libération du NT dans la fente synaptique (exocytose) (étape 3 synapse neuroneuronique)

1. Les vésicules remplies de NT se déplacent le long du cytosquelette

2. Arrimage de la vésicule à la membrane :

• Interaction entre V-SNARE et t-SNARE

• SNAP25 régule l’assemblage du complexe SNARE

• La formation du complexe SNARE rapproche les membranes

3. Arrivée du PA (dépolarisation) provoque l’ouverture des canaux Ca²⁺ volatge dépendnat à proximité de la vésicule. Le Ca²⁺ se lie à la synaptotagmine et l’active.

4. La synaptotagmine liée au Ca²⁺ déclenche la fusion de la vésicule avec la meùrane présynaptique (exocytose)

A quoi correspond v-SNARE ? t-SNARE ?

→ v-SNARE : vésicule

→ t-SNARE : target (membrane pré-synaptique)

Que déclenche l’entrée de Ca²⁺ dans le cytoplasme ?

L’exocytose du NT

Quelle protéine forme V-SNARE ? T-SNARE ?

→ V-SNARE : Synaptobrévine

→ T-SNARE : Syntaxine-1

Structure des canaux calciques voltage dépendants pré-synaptique (Cav)

α₁ : pore transmembranaire

E : résidus acides glutamiques formant le filtre de sélectivité (taille, charge)

Qu’est-ce qu’un canal à ouverture controlée ?

C’est canal qui subit un changement de conformation spatiale avec le voltage (potentiel de membrane :

• Canal ouvert : dépolarisation

• Canal fermé : potentiel de repos

Quel type de transport assure alors les canaux à ouverture contrôlé ? Quel loi suivent-ils ?

→ Transport passif

→ Proportion après dépassement du seuil ≠ loi de tout ou rien

Variation de la conductance des canaux Cav

• ↗ Conductance avec ↗ de l’amplitude de dépolarisation de la membrane pré synaptique et donc ↗ de l’intensité du courant de Ca²⁺

• ↗ conductance quand ouverture des canaux

Par convention quel est la charge du courant entrant ?

Négatif

Quand est-ce qu’à lieu l’arrimage des vésicules de NT à la membrane pré-synaptique ?

Avant l’entrée de Ca²⁺ dans le bouton synaptique

Zone active définition

Zone de la membrane synaptique où les vésicules de NT sont arrimés et prêtes pour l’exocytose.

Le Ca²⁺ déclenche seulement la fusion de vésicules déjà arrimées à la membrane du bouton synaptique

Impact de la liaison du Ca²⁺ à la synaptogamine

Réduction de la distance entre la memebrane de la vésicule et la membrane du bouton synaptique afin de permettre la fusion des 2 membrane

De quoi dépend la vitesse de transmission du message nerveux à travers la fente synaptique ?

Du mode d’action du NT

Quels sont les différents mode de transmission et les récepteurs associés ?

→ Transmission rapide :

• Récepteurs ionotropes

• Canaux ioniques chimio dépendants

• Ouverture directe de canaux ioniques

→ Transmission lente :

• Récepteurs métabotropes

• Récepteurs couplés aux protéines G

• Ouvertures indirect des canaux ioniques

Qu’est-ce qu’un canal ionique chimio dépendant ?

Canal ionique dont l’ouverture dépend de la fixation d’1 ligand (ici un NT)

Récepteur ionotrope

→ A la fois récepteur et canal ionique

→ La fixation du NT entraîne un changement de conformation du canal (ouverture)

→ Flux d’ions passif à travers la membrane qui modifie le potentiel de membrane pendant une période brève (PPS)

→ canal activé par la fixation du NT

Récepteur métabotrope

→ Le NT se lie à un récepteur couplé protéines G qui l’active

→ Cette activation entraîne l’ouverture de canaux ioniques pendant une période de temps plus longue

Spécificité de la transmission synaptique (étape 5 synapse neuroneuronique)

→ 1 seul NT es libéré dans la fente synaptique par le neurone pré-synaptique

→ Le neurone post-synaptique possède à sa surface des récepteurs spé du NT

→ Chaque synapse est spécifique d’1 NT

→ Plusieurs NT ≠ peuvent agir sur un même neurone post-synaptique : synapses avec ≠ neurones pré-synaptiques libérant des NT ≠

→ Co-transmission de NT

→ Certains neurones peuvent libérer 2 ou plusieurs NT ≠

Comment la transmission synaptique est elle arrêtée ?

Après disparition du NT dans la fente synaptique = inactivation du NT

Quel est le devenir du NT après libération dans la fente synaptique ?

1. Les NT peuvent être recapturés par les terminaisons axonale pour être réutilisé ou transportés dans les cellules gliales

2. Des enzymes inactivent les NT

3. Les NT peuvent diffuser hors de la fente synaptique

Par qui sont recapturés les NT ?

Par des transporteurs spé présents à la surface du neurone pré-synaptique ou d’un astrocyte

Par qui sont dégradé les NT ?

Des enzymes

En quoi consiste le recyclage des vésicules de NT ?

Reconstitution de nouvelles vésicules synaptiques

Quelles sont les voies de recyclage des NT ?

Par endocytose (vésicules recouvertes de clathrine), après désassemblage du manteau :

1. Soit les vésicules se remplissent directement de NT

2. Soit les vésicules fusionnent d’abord avec l’endosome, puis de nouvelles vésicules bourgeonnent à partir de l’endosome

3. Les vésicules d’exocytose peuvent également être directement réutilisées s’il n’y a pas une fusion complète entre la vésicule et la membrane plasmique

Qu’est-ce qui est nécessaire au fonctionnement des transporteurs de NT pour leur recyclage ?

Des pompes à protons qui conduisent à l’acidification de l’intérieur des vésicules ou de l’endosome

Quel est la durée du délai synaptique ?

0,5 ms

QU’est-ce que le délai synaptique ?

C’est le délai observé entre l’arrivée d’un PA, pré-synaptique et la variation du potentiel membrane post-synaptique

Que fait la synapse chimique sur la propagation du message nerveux ?

Elle ralentit sa vitesse

Codage en concentration de NT positif

↗ Fréquence PA synaptique → ↗ dépolarisation de la membrane pré-synaptique → ↗ ouverture des Cav → ↗ entrée de Ca²⁺ dans la terminaison axonique→ ↗ Le active l‘exocytose du NT

→ ↗ concentration de NT dans la fente synaptique

Codage en concentration de NT négatif

↘ Fréquence PA synaptique → ↘ dépolarisation de la membrane pré-synaptique → ↘ ouverture des Cav → ↘ entrée de Ca²⁺ dans la terminaison axonique→ ↘ Le active l‘exocytose du NT

→ ↘ concentration de NT dans la fente synaptique

Cas de la synapse cholinergique à acétylcholine

1. Synthèse : choline-acétyltransférase (chAT) dans la terminaison synaptique

2. Dégradation dans la fente synaptique : actéyl-choline estérase (AchE)

3. Recapture par le neurone pré-synaptique (transporteur spé de la choline )

Quels sont les différents types de récepteurs cholinergiques ?

→ Nicotinique

→ Muscarinique

Que sont les synapses cholinergique ?

Synapse à acétylcholine

Récepteur nicotinique

→ récepteur ionotrope, nAchR

Agoniste du récepteur nicotinique ? Antagoniste ?

→ Agoniste : nicotine

→ Antagoniste : curare

Que se passe -t-il lors de la fixation d’acétylcholine sur le récepteur nicotinique ?

Changement de conformation spatiale du récepteur = ouverture du canal ionique → entrée de Na+

Quels sont les deux types de récepteurs nicotiniques ?

→ N1 neuronaux :

• canal Na+,Ca²⁺/K+ → peu sélectif

• Neurones, SNC et ganglions autonomes

• site de fixation de l’ACh

→ N2 musculaires :

• via Na+/K+

• Site de fixation de l’ACh

• Muscles, jonctions neuro-musculaires

Que provoque l’entrée de cations (Na+/Ca⁺) à travers la synapse chlolinergique ?

Dépolarisation = synapse excitatrice

Combien y t-il de site de fixation de l’acétylcholine au récepteur nicotinique ?Lesquels ?

2 : musculaires et neuronaux

Que se passe t-il si le récepteur nicotinique est pré-synaptique ? Post-synaptique ?

→ Pré-synaptique : Régulation de la libération de nombreux NT (dont l’ACh

→ Post-synaptique : Transmission synaptique rapide

= boucle de rétroaction positive qui amplifie la libération d’ACh

Récepteur muscarinique

→ Récepteur métabotrope , mAchR

→ Protéine G

→ Récepteur couplé aux protéines G

→ Contrôle l’ouverture de canaux ioniques

→ Transmission synaptique lente

Agoniste de récepteur muscarinique ? Antagoniste ?

→ Agoniste : muscarine

→ Antagoniste : atropine

Qu’implique le fait que le récepteur muscarinique soit une protéine G ?

GTPase impliquée dans la signalisation cellulaire, active sous forme liée au GTP

De quel type de synapse s’agit t-il ?

Excitatrice ou inhibitrice

Fonctionnement de la synapse cholinergique

1. Synthèse d’acétylcholine par le ChAT (choline acétyl-transférase) suite à l’entrée de choline au travers d’un transporteur dépendant de Na⁺

2. l’ACh est transportée et stockée dans des vésicules

3. L’arrivée d’un PA (dépolarisation) déclenche l’ouverture de canaux calciques voltage dépendants et l‘entrée de Ca²⁺

4. La [Ca²⁺] intracellulaire favorise la fusion des vésicules d’ACh avec la membrane pré-synaptique et l’exocytose d’ACh dans la fente synaptique

5. Une fois libérée, l’ACh se fixe à ses récepteurs spé post-synaptique : soit des récepteurs nicotiques (nAChR, canaux ioniques chimio-dépendants), soit des récepteurs muscariniques (mAChR,RCPG) = action paracrine

6. L’action de l’ACh dans la fente synaptique se termine suite à sa dégradation par l’AChE associée à la membrane post-synaptique ou suite à la recapture de l’ACh par un transporteur spé sur la membrane pré-synaptique

7. Présence de récepteurs nicotiniques et muscarinique pré-synaptique qui régulent la transmission synaptique en facilitant ou réduisant la libération d’ACh = action autocrine

Quel est le rôle des canaux ioniques dans la transmission synaptique d’une synapse cholinergique ?

→ Choline transportée à l’intérieur du neurone via un symport (transport actif secondaire, gradient Na+)

→Entrée de l’ACh dans les vésicules via un antiport (gradient de protons) (transport actif secondaire, gradient de H+) => accumulation des vésicules contenant l’ACh

→Arrivée PA → ouverture de canaux Na+ puis K+ à ouverture contrôlée (transport passif, voltage dépendant) + pompe (Na+/K+)ATPase (transport actif primaire)

→ Ouverture des canaux calciques à ouverture contrôlée (transport passif, voltage dépendant)

→ Exocytose de l’ACh dans la fente synaptique (transport actif)

→ Fixation ACh sur récepteurs nicotiniques (récepteur canal = transport passif à ouverture contrôlée)

→ Hydrolyse de l’ACh par l’AChE

Comment se nomme la synapse entre un neurone et une cellule musculaire ?

Plaque motrice

Synapse neuromusculaire caractéristiques

→ Neurone pré-synaptique : motoneurone

→ NT : acétylcholine

→ Cellule post-synaptique : fibre musculaire

Où se fixe l’ACh à la synapse neuromusculaire ?

Récepteur nicotinique

Qu’entraine l’entrée de Na+ dans la fibre musculaire ?

Dépolarisation de la membrane (=potentiel gradué) = potentiel de plaque motrice PPM

Que se passe t-il si le seuil d’excitation de la fibre musculaire est atteint ?

Formation de potentiel d’action musculaires (PAM) à la sortie de la plaque musculaire et se propagent le long de la membrane

Déclenchement de la contraction musculaire

Propagation de PA musculaires jusqu’au réticulum sarcoplasmique sui libère du Ca2+ dans le cytoplasme qui va venir se fixer à la troponine qui libère le site d’interaction entre l’actine et la tête de myosine.

Perturbation chimique de la transmission synaptique

1. ↗ fuite NT de la vésicule vers le cytoplasme (puis dégradation)

2. ↗ libération NT dans la fente synaptique

3. Inhibition libération NT

4. Inhibition synthèse NT

5. Inhibition recapture NT

6. Inhibition enzymes dégradant le NT dans la fente synaptique

7. Fixation de la molécule sur le récepteurs post-synaptique du NT afin de bloquer (antagoniste) ou mimer (agoniste) l’action du NT

8. Inhibition ou stimulation du second messager de la cellule post-synaptique

Quelles actions des modulateurs de la transmisison cholinergiques ?

→ Inhibition de l’exocytose

→ Inhibition AChE

→ Antagoniste ACh

→ Agoniste ACh

Impact des toxines botuliniques

Ce sont des protéases capables de cliver les protéines et ainsi de bloquer la machinerie d’exocytose des NT → l’absence de libération d’acétylcholine dans la fente conduit à la paralysie

Quelle est l’action des benzodiazépines ?

↗ l’effet du GABA

Comment est régulée la transmission pré-synaptique ?

Un neurone établit une synapse axo-axonique au niveau du bouton synaptique et module l’entrée de calcium dans le bouton synaptique :

• Si dépolarisation de la membrane du bouton (entrée Na+, inhibition sortie K+) => ↗ entrée Ca2+

• Si hyperpolarisation de la membrane du bouton (entrée de Cl- ou stimulation de la sortie de K+) => ↘ entre Ca2+

→ Rétroaction positive/négative