Notes de Neurobiologie et Neurophysiologie - Chapitre 1: Le Neurone

Le Neurone

Composition du Système Nerveux

• Le système nerveux est composé de deux types de cellules :

  • Neurones (cellules nerveuses)

  • Cellules gliales (glie)

Unité de Base

• Le neurone est l'unité de base du système nerveux.

Types de Neurones

• Neurone afférent:

  • Transmet l'information vers le système nerveux central.

  • Exemple : neurones sensoriels (information visuelle).

• Neurone efférent:

  • Transmet l'information qui quitte le système nerveux central.

  • Exemple : neurones moteurs (commande motrice).

• Interneurones:

  • Neurones de relais.

  • Participent aux réseaux de neurones.

  • Ne sont ni afférents ni efférents.

Structure Cellulaire du Neurone

• Comme toute cellule, le neurone possède :

  • Noyau (contenant l'ADN sous forme de chromosomes).

  • Organites (réticulum endoplasmique, appareil de Golgi, mitochondries, etc.).

  • Cytosol.

  • Membrane plasmique (membrane cellulaire).

Parties Identifiables du Neurone

• Soma

• Dendrites

• Axone

• Bouton synaptique (ou terminaison axonale)

Neurites

• Prolongements cellulaires (axone et dendrites) sont appelés neurites.

• La composition en protéines de la membrane varie selon les différentes parties du neurone.

Le Soma

• Appelé aussi corps du neurone ou périkaryon (littéralement « autour du noyau »).

• Contient :

  • Le noyau.

  • Du cytosol.

  • De nombreux organites.

Le Hile Axonal

• Partie du soma située au niveau de l’émergence de l’axone.

• Rôle important dans l’intégration de l’information.

Les Dendrites

• Neurites (= prolongements du neurone) qui reçoivent l’information et la transmettent jusqu'au soma.

• Membrane contient des protéines spécialisées (récepteurs).

• Présence d'excroissances : épines dendritiques (où les récepteurs sont présents en plus grand nombre).

• Anomalies de la formation des dendrites associées à certaines pathologies (autisme, schizophrénie, dépression, troubles anxieux).

L'Axone

• Neurite (= prolongement du neurone) qui transmet le message produit par le neurone vers une autre cellule excitable.

• Peut atteindre plusieurs mètres (ex : girafe).

• Ne contient pas de réticulum endoplasmique.

• Différence importante dans la composition des protéines de membrane.

Branches Collatérales

• L'axone se subdivise en branches collatérales dans de nombreux neurones.

Segment Initial de l’Axone

• Partie proximale (= plus proche) de l'axone, en contact avec le hile (= collet).

• Fait partie intégrante de l'axone et non du soma.

Bouton Terminal

• Partie distale de l'axone (et de ses collatérales).

• Renflement appelé le bouton terminal (= terminaison axonale = bouton synaptique).

• En contact avec d'autres cellules excitables (ex. neurone, fibre musculaire).

Synapse

• Connexion entre deux cellules excitables.

• Le bouton terminal contient :

  • De nombreuses mitochondries.

  • Des vésicules (= vésicules synaptiques) contenant les neurotransmetteurs.

Neurotransmetteurs

• Messagers chimiques libérés par le neurone présynaptique.

• Agissent sur le neurone postsynaptique.

Transport Axonal

• Puisque l'axone ne contient pas de ribosomes, toutes les protéines axonales doivent être synthétisées dans le soma et transportées jusqu'à l'axone.

• Le transport axonal est donc un mécanisme essentiel.

Types de Transport Axonal

• Transport antérograde :

  • Du soma vers le bouton terminal.

  • Assuré par une protéine appelée kinésine.

• Transport rétrograde :

  • Du bouton terminal vers le soma.

  • Assuré par une protéine appelée dynéine.

Glande

• Une ou plusieurs cellules sécrétant une substance.

Types de Glandes

• Glande endocrine :

  • Sécrète des hormones dans le système sanguin.

  • Ces hormones agissent sur des récepteurs spécifiques d'organes cibles.

• Glande exocrine :

  • Sécrète des substances (ex : sueur, salive) à l'extérieur du corps ou dans le tube digestif.

Cellules Gliales (Glie)

• Plus nombreuses que les neurones (environ 10 fois plus).

• Rôles essentiels pour le fonctionnement du système nerveux.

Types de Cellules Gliales

• Astrocytes

• Oligodendrocytes

• Cellules de Schwann

• Microglie

• Cellules épendymiales

Astrocytes

• Cellules gliales les plus nombreuses dans le cerveau.

• Remplissent les espaces entre les neurones.

• Rôles :

  • Régulation de la composition chimique du milieu extracellulaire (ions, neurotransmetteurs).

  • Barrière hémato-encéphalique.

  • Rôle potentiel dans la plasticité synaptique.

Barrière Hémato-Encéphalique

• Barrière physiologique qui empêche le passage de nombreuses substances du sang vers le cerveau.

• Les capillaires sanguins du cerveau sont moins perméables que ceux des autres organes.

• Les astrocytes contribuent à l'étanchéité de cette barrière.

Oligodendrocytes

• Présents dans le système nerveux central (cerveau et moelle épinière).

• Forment la gaine de myéline autour des axones.

Cellules de Schwann

• Présentes dans le système nerveux périphérique (nerfs).

• Forment la gaine de myéline autour des axones.

Myéline

• Substance blanche et grasse qui isole l'axone.

• Augmente la vitesse de propagation de l'influx nerveux.

Nœuds de Ranvier

• Interruptions de la gaine de myéline.

• L'influx nerveux « saute » d'un nœud à l'autre (conduction saltatoire).

Microglie

• Joue le rôle de macrophagie : élimine les débris cellulaires après une lésion ou une mort neuronale.

• Intervient également dans l'élagage synaptique (élimination des synapses inutiles).

Cellules Épendymiales

• Tapissent les ventricules cérébraux et le canal central de la moelle épinière.

• Rôle dans la production du liquide céphalo-rachidien (LCR).

Potentiel de Repos

• Différence de potentiel électrique (voltage) à travers la membrane plasmique.

• Neurone « au repos » = qui ne produit pas de potentiel d'action.

• Le potentiel de repos d'un neurone est d'environ -70 mV (millivolts).

  • L'intérieur du neurone est donc plus négatif que l'extérieur.

Ions Principaux

• Les principaux ions impliqués dans le potentiel de repos sont :

  • Les ions sodium $(Na^+)$.

  • Les ions potassium $(K^+)$.

  • Les ions chlorure $(Cl^-)$.

  • Les protéines chargées négativement $(A^-)$.

Distribution Inégale des Ions

• Il existe une distribution inégale des ions de part et d'autre de la membrane.

  • Concentation élevée de $(K^+)$ à l'intérieur.

  • Concentration élevée de $(Na^+)$, $(Cl^-)$, et $(A^-)$ à l'extérieur.

Maintien du Potentiel de Repos

• Le potentiel de repos est maintenu par :

  • La perméabilité sélective de la membrane.

  • Les pompes ioniques.

Perméabilité Sélective

• La membrane est beaucoup plus perméable aux ions potassium $(K^+)$ qu'aux ions sodium $(Na^+)$.

• Les ions peuvent traverser la membrane grâce à des canaux ioniques.

• Beaucoup plus de canaux potassiques que de canaux sodiques.

Canaux Ioniques

• Protéines transmembranaires.

• Possèdent un pore qui permet le passage sélectif de certains ions.

Pompes Ioniques

• Protéines transmembranaires qui utilisent l'énergie (ATP) pour transporter les ions contre leur gradient de concentration.

• Principale pompe : pompe sodium-potassium.

Pompe Sodium-Potassium

• Expulse 3 ions $(Na^+)$ pour chaque 2 ions $(K^+)$ qui entrent.

• Contribue à maintenir le potentiel de repos en rendant l'intérieur de la cellule plus négatif.

Potentiel d'Équilibre d'un Ion

• Le potentiel d'équilibre d'un ion est le potentiel de membrane auquel le flux net de cet ion est nul.

• Il est déterminé par l'équation de Nernst.

Équation de Nernst

• Permet de calculer le potentiel d'équilibre d'un ion.

• Dépend de :

  • La charge de l'ion.

  • La température.

  • Le ratio des concentrations intracellulaire et extracellulaire de l'ion.

  $E<em>{ion} = \frac{RT}{zF} \ln{\frac{[ion]</em>{ext}}{[ion]_{int}}}$

  • Où :

    • $(E_{ion})$ = potentiel d'équilibre de l'ion (en volts).

    • $(R)$ = constante des gaz parfaits (8.314 J/mol·K).

    • $(T)$ = température (en kelvins).

    • $(z)$ = valence de l'ion.

    • $(F)$ = constante de Faraday (96485 C/mol).

    • $([ion]_{ext})$ = concentration extracellulaire de l'ion.

    • $([ion]_{int})$ = concentration intracellulaire de l'ion.

Potentiel d'Action

• Brève modification du potentiel de membrane.

• Le neurone passe d'un état de repos à un état actif, puis revient à son état de repos.

Étapes du Potentiel d'Action

• Dépolarisation.

• Repolarisation.

• Hyperpolarisation.

Dépolarisation

• Le potentiel de membrane devient plus positif.

• Causée par l'ouverture de canaux sodiques voltage-dépendants.

• Entrée massive d'ions $(Na^+)$ dans le neurone.

Seuil d'Excitation

• Niveau de dépolarisation nécessaire pour déclencher un potentiel d'action.

• Généralement autour de -55 mV.

Repolarisation

• Le potentiel de membrane revient vers sa valeur de repos.

• Causée par :

  • La fermeture des canaux sodiques voltage-dépendants.

  • L'ouverture de canaux potassiques voltage-dépendants.

  • Le neurone redevient perméable au potassium.

  • Sortie massive d'ions potassium $(K^+)$ hors du neurone.

Hyperpolarisation

• Le potentiel de membrane devient plus négatif que le potentiel de repos.

• Causée par le fait que les canaux potassiques restent ouverts un peu plus longtemps que nécessaire.

• Le potentiel de membrane revient ensuite à sa valeur de repos grâce à l'activité des pompes ioniques.

Canaux Voltage-Dépendants

• S'ouvrent et se ferment en fonction du potentiel de membrane.

• Essentiels pour la genèse du potentiel d'action.

Période Réfractaire

• Période suivant un potentiel d'action durant laquelle il est plus difficile, voire impossible, de déclencher un nouveau potentiel d'action.

Types de Période Réfractaire

• Période réfractaire absolue.

• Période réfractaire relative.

Période Réfractaire Absolue

• Impossible de déclencher un nouveau potentiel d'action.

• Les canaux sodiques sont inactivés.

Période Réfractaire Relative

• Plus difficile de déclencher un nouveau potentiel d'action.

• Les canaux sodiques sont revenus à leur état de repos, mais la cellule est encore hyperpolarisée.

Propagation du Potentiel d'Action

• Le potentiel d'action se propage le long de l'axone jusqu'aux terminaisons axonales.

Vitesse de Propagation

• La vitesse de propagation du potentiel d'action dépend de :

  • Le diamètre de l'axone.

  • La myélinisation.

Diamètre de l'Axone

• Plus le diamètre de l'axone est grand, plus la vitesse de propagation est élevée.

Myélinisation

• La myéline augmente considérablement la vitesse de propagation du potentiel d’action

Conduction Saltatoire

• Dans les axones myélinisés, le potentiel d'action « saute » d'un nœud de Ranvier à l'autre.

• Augmente considérablement la vitesse de propagation.

Facteurs Influencant le Potentiel d'Action

• Seuil d'excitation

• Période réfractaire

• Canaux ioniques

La Synapse

• Zone de communication entre deux neurones (ou entre un neurone et une autre cellule excitable).

Types de Synapses

• Synapse chimique

• Synapse électrique

Synapse Chimique

• La plus fréquente.

• Communication indirecte : libération de neurotransmetteurs.

Synapse Électrique

• Communication directe : flux d'ions.

• Jonctions communicantes (gap junctions).

• Très rapide.

Neurotransmetteurs

• Molécules chimiques qui permettent la communication entre les neurones au niveau des synapses chimiques.

Types de Neurotransmetteurs

• Acétylcholine

• Acides aminés

• Amines biogènes

• Neuropeptides

• Gazotransmetteurs

Acétylcholine (ACh)

• Présente dans le système nerveux central et périphérique.

• Rôle dans la contraction musculaire, l'attention, la mémoire.

Acides Aminés

• Glutamate (excitateur)

• GABA (inhibiteur)

• Glycine (inhibiteur)

• Aspartate (excitateur)

Amines Biogènes

• Dopamine

• Noradrénaline (ou norépinéphrine)

• Adrénaline (ou épinéphrine)

• Sérotonine

• Histamine

Dopamine

• Rôle dans la motivation, la récompense, le mouvement.

• Impliquée dans la maladie de Parkinson et la schizophrénie.

Noradrénaline

• Rôle dans l'éveil, l'attention, l'humeur.

• Impliquée dans la dépression et les troubles anxieux.

Sérotonine

• Rôle dans l'humeur, le sommeil, l'appétit.

• Impliquée dans la dépression, les troubles anxieux, les troubles obsessionnels-compulsifs.

Neuropeptides

• Endorphines

• Substance P

• Neuropeptide Y

• Ocytocine

• Vasopressine

Ocytocine

• Rôle dans l'attachement social, la confiance, l'empathie.

Gazotransmetteurs

• Monoxyde d'azote (NO)

• Monoxyde de carbone (CO)

• Sulfure d'hydrogène (H2S)

Synthèse des Neurotransmetteurs

• Les neurotransmetteurs sont synthétisés dans le neurone, à partir de précurseurs.

Stockage des Neurotransmetteurs

• Les neurotransmetteurs sont stockés dans des vésicules synaptiques.

Libération des Neurotransmetteurs

• L'arrivée d'un potentiel d'action au niveau du bouton terminal provoque l'ouverture de canaux calciques voltage-dépendants.

• L'entrée de calcium (Ca2+) dans le neurone provoque la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique et la libération des neurotransmetteurs dans la fente synaptique.

Récepteurs des Neurotransmetteurs

• Les neurotransmetteurs se fixent à des récepteurs spécifiques situés sur la membrane du neurone postsynaptique.

Types de Récepteurs

• Récepteurs ionotropiques

• Récepteurs métabotropiques

Récepteurs Ionotropiques

• Canaux ioniques ligand-dépendants.

• La fixation du neurotransmetteur provoque l'ouverture du canal et le passage d'ions.

• Effet rapide.

Récepteurs Métabotropiques

• Récepteurs couplés aux protéines G.

• La fixation du neurotransmetteur active une cascade de signalisation intracellulaire.

• Effet plus lent et plus durable.

Fin de l'Action des Neurotransmetteurs

• Les neurotransmetteurs sont éliminés de la fente synaptique par différents mécanismes :

• Recapture

• Dégradation enzymatique

• Diffusion

Recapture

• Le neurotransmetteur est recapturé par le neurone présynaptique grâce à des transporteurs.

Dégradation Enzymatique

• Le neurotransmetteur est dégradé par une enzyme.

Ex : l'acétylcholinestérase dégrade l'acétylcholine.

Diffusion

• Le neurotransmetteur diffuse hors de la fente synaptique.

Potentiel Postsynaptique

• Modification du potentiel de membrane du neurone postsynaptique.

Types de Potentiel Postsynaptique

• Potentiel postsynaptique excitateur (PPSE)

• Potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI)

Potentiel Postsynaptique Excitateur (PPSE)

• Dépolarisation de la membrane.

• Rapproche le potentiel de membrane du seuil d'excitation.

• Augmente la probabilité de déclencher un potentiel d'action.

Potentiel Postsynaptique Inhibiteur (PPSI)

• Hyperpolarisation de la membrane.

• Éloigne le potentiel de membrane du seuil d'excitation.

• Diminue la probabilité de déclencher un potentiel d'action.

Sommation des Potentiels Postsynaptiques

• Les potentiels postsynaptiques (PPSE et PPSI) sont intégrés au niveau du soma du neurone postsynaptique.

• Si la somme des PPSE est supérieure à la somme des PPSI, et que le potentiel de membrane atteint le seuil d'excitation, un potentiel d'action est déclenché.

Plasticité Synaptique

• Capacité des synapses à se renforcer ou à s'affaiblir en fonction de l'activité.

• Essentielle pour l'apprentissage et la mémoire.

Types de Plasticité Synaptique

• Potentiation à long terme (PLT)

• Dépression à long terme (DLT)

Potentiation à Long Terme (PLT)

• Renforcement durable de la transmission synaptique.

• Impliquée dans l'apprentissage et la mémoire.

Dépression à Long Terme (DLT)

• Affaiblissement durable de la transmission synaptique.

• Permet d'éliminer les synapses inutiles.

Drogues et Synapses

• De nombreuses drogues agissent sur les synapses en modulant la transmission synaptique.

Mécanismes d'Action des Drogues

• Agonistes

Agoniste : substance qui se lie à un récepteur et active ce récepteur, mimant l'effet du neurotransmetteur.

• Antagonistes

Antagoniste : substance qui se lie à un récepteur et bloque l'action du neurotransmetteur.

• Modulation de la synthèse, du stockage, de la libération ou de la recapture des neurotransmetteurs.

Exemples de Drogues

• Nicotine

Agoniste des récepteurs nicotiniques à l'acétylcholine.

• Cocaïne

Bloque la recapture de la dopamine, de la noradrénaline et de la sérotonine.

• Benzodiazépines

Agonistes des récepteurs GABAergiques (GABAA). -Potentialisent l'effet inhibiteur du GABA.

-Alcool

-Agoniste des récepteurs GABAA.

-Effet anxiolytique et sédatif.

Troubles Neurologiques et Psychiatriques

-De nombreuses maladies neurologiques et psychiatriques sont liées à des anomalies du fonctionnement des neurones et des synapses.

Exemples

-Maladie d'Alzheimer

-Maladie de Parkinson

-Schizophrénie

-Dépression

-Troubles anxieux

-Épilepsie

-Autisme

Pharmacologie

-La pharmacologie est l'étude des médicaments.

-Les médicaments agissent sur le système nerveux en modulant l'activité des neurones et des synapses.

Médicaments Psychoactifs

-Les médicaments psychoactifs sont des médicaments qui agissent sur le cerveau et qui peuvent modifier l'humeur, la pensée, les émotions ou le comportement.

Exemples de Médicaments Psychoactifs

-Antidépresseurs