Fiche de cours – Transmission synaptique PCMP Amiens 2024-2025 PDF

# PCMP Amiens - 2024-2025 ## UF Fondamentale – Physiologie ### Fiche de cours ## Transmission synaptique **Legend:** * Notion tombée 1 fois au concours * Notion tombée 2 fois au concours * Notion tombée 3 fois ou plus au concours ## Introduction * **Neurone:** * Unité élémentaire du cervea...

# PCMP Amiens - 2024-2025 ## UF Fondamentale – Physiologie ### Fiche de cours ## Transmission synaptique **Legend:** * Notion tombée 1 fois au concours * Notion tombée 2 fois au concours * Notion tombée 3 fois ou plus au concours ## Introduction * **Neurone:** * Unité élémentaire du cerveau. * Quantité: 100 milliards dans le cerveau * Communication entre neurones: * Par des signaux électriques. * Par des signes au niveau des synapses: * Synapse = point de jonction. * Permetent aux neurones de former des réseaux. * 2 Types: * Synapses électriques * Synapses chimiques. ## Synapses électriques * **Autres noms:** * Gap junctions * Jonctions communicantes * **Localisation:** * Au niveau des jonctions étroites. * Chez les mammifères: * Cellules gliales * Cellules épithéliales * Cellules musculaires et dans le système nerveux central de l'embryon. * **Jonctions étroites:** * 3 nm de distance. * Quasi accolement entre les membranes de 2 neurones. * **Connexines:** * Protéine située sur les membranes de 2 cellules. * L'accolement de 6 connexines forme un pont entre les deux cellules appelé connexon. * Diamètre du connexon de l'ordre de 2 nm: * Beaucoup plus grandes que les canaux ioniques. * Permet le passage d'ions et de petites protéines * Non spécifique. * **Caractéristiques:** * Les ions passent par simple diffusion. * Couplage: * Bidirectionnel. * Très rapide: 1 à 2 ms. * Électronique et métabolique possible entre 2 cellules. * Permettent la synchronisation de population de neurones. * Nombreuses chez les invertébrés. * Exemples de localisation: neurones du tronc cérébral impliqués dans la respiration, interneurones, thalamus, hippocampe, cellules gliales. ## Les synapses chimiques * **Bouton synaptique:** * Renflement de la terminaison axonale. * De 20 à 50 nm. * Matrice de protéines extracellulaires fibreuses. * Beaucoup de mitochondries. * Vésicules synaptiques. * Granules de sécrétion. * **Fente synaptique:** * Côté présynaptique: * Pyramides présynaptiques: Sites de libération des NT. * Côté post-synaptique: * Densités postsynaptiques: Récepteurs des NT. * Récepteurs des neurotransmetteurs (NT). ### Les synapses chimiques - Différentes localisations * **Synapses axono-dendritiques:** * Au niveau d'une dendrite. * **Synapses axono-somatiques:** * Au niveau du soma. * **Synapses axono-axonique:** * Au niveau de l'extrémité terminale l'axone. * **Plus rarement:** * Rôle dans la modulation de la transmission. * Somato-somatiques. * Somato-dendritiques. * Dendro-dendritiques. ### Les synapses chimiques - Multitudes de synapses * **Diverses tailles:** * La zone d'échange peut être plus ou moins étendue. * Un neurone peut recevoir jusqu'à 10000 synapses différentes. * **Cas de la jonction neuromusculaire:** * Synapse entre 1 neurone moteur et 1 cellule musculaire. ### Les synapses chimiques - Principes de la transmission chimique * **Étape 1:** Synthèse des neurotransmetteurs (NT). * **Étape 2:** Transport axonal. * **Étape 3:** Stockage pré-synaptique du NT. * **Étape 4:** Libération du NT dans la fente synaptique. * **Étape 5:** Reconnaissance par le récepteur post-synaptique. * **Étape 6:** Modification du potentiel de membrane post-synaptique: potentiel post-synaptique. * **Étape 7:** Élimination du NT. ### Les synapses chimiques - Les neurotransmetteurs * **3 critères à satisfaire:** * Substance chimique présente dans le bouton présynaptique. * Sa libération doit être déclenchée par une dépolarisation présynaptique liée au calcium. * Doit avoir des récepteurs spécifiques dans la cellule post-synaptique. * **Nombreux types:** * **Les plus simples: les acides aminés:** * GABA. * Glutamate. * Aspartate. * Glycine. * **Les amines:** * AcétylCholine. * Dopamine. * Adrénaline. * Histamine. * Noradrénaline. * Sérotonine. * **Les plus gros: peptides ou neuropeptides:** * Cholecystokinine. * Dynorphine. * Enképhalines. * Neuropeptide Y. * Somatostatine. * Substance P. * VIP. * **Lien entre rapidité de réponse et taille du NT:** * NT de petite taille: * Réponses rapides et brèves. * Fixation plutôt sur des récepteurs ionotropiques. * NT de plus grande taille: les peptides: * Réponses plus lentes. * Réponses plus prolongées. * Fixation généralement sur des récepteurs couplés à des protéines G. ### Synthèse et stockage des neurotransmetteurs * **Généralités:** * Un neurone peut synthétiser et libérer 2 ou plusieurs NT. * Libération différenciée: * Activités de basses fréquences: libèrent généralement que des petits NT. * Les neuropeptides ne sont libérés que par des activités de hautes fréquences. * Le massage libéré est différent selon le niveau d'activité synaptique. * Contrôle strict de la concentration en NT dans la fente synaptique nécessaire pour une transmission synaptique efficace. * **Synthèse:** * **Petites molécules:** Au niveau du corps cellulaire. * Introduits dans le bouton par des transporteurs membranaires. * **Neuropeptides:** Au niveau du soma. * Rapide: 400 mm/jour. * Le long des microtubules. * Via des "moteurs" protéiques fonctionnant à l'ATP: les kinésines. * Dans des grandes vésicules: * À centre dense: les granules de sécrétion. * De 90 à 250 nm de diamètre. * Plus éloignés de la membrane présynaptique que les vésicules à centre clair. * **Transport axonal:** * Lent: 0,5 à 5 mm/jour. * **Stockage:** * Dans des petites vésicules à centre clair. * De 40 à 60 nm de diamètre. * Grâce à des protéines de transport dans la membrane vésiculaire. ### Libération des neurotransmetteurs (NT) * **Mise en évidence du rôle du calcium:** * Le courant présynaptique: * Persiste malgré la présence du TTX. * Disparaît en présence de cadmium qui est un bloqueur des canaux calciques. * Observation en microscopie de fluorescence: l'arrivée d'une salve de PA augmente le Ca2+ présynaptique. * Injection présynaptique de Ca2+: observation d'une dépolarisation post-synaptique. * **Synapsines:** * Protéines intervenant dans la libération. * Accrochent les vésicules à l'actine. * Le Ca2+ active la protéine kinase Ca2+-calmoduline dépendante. * La protéine kinase permet la phosphorylation des synapsines. * Les vésicules: * Sont libérées. * Deviennent mobiles. * Le complexe SNARE permet l'amorçage des vésicules à la membrane. * **Mécanisme d'exocytose:** * **Cas des vésicules à centre clair:** Vésicules proches de la membrane présynaptique. * Exocytose pour de faibles augmentation de Ca2+. * **Cinétique de l'exocytose:** * Très rapide pour les acides aminés et les amines: 0,2 ms. * Plus lent pour les neuropeptides: 50 ms. * **Synthèse de la chronologie:** * Dépolarisation de la membrane présynaptique par l'arrivée d'un potentiel d'action. * Ouverture des canaux calciques voltage-dépendants. * Entrée massive de Ca2+. * Exocytose des vésicules synaptiques. * Libération du NT dans la fente synaptique. * **Notion de quanta:** * Quanta = nombre de molécules de NT contenues dans une vésicule. * Cas de l'acétylcholine: 10000 molécules par vésicule. * La quantité de NT libérée dans la fente est un multiple de ce quanta. ### Les pathologies de la terminaison synaptique * **Myasthénies :** * Maladie qui se caractérisent par une faiblesse musculaire qui s'aggrave avec l'effort. * Affectent le recyclage des vésicules synaptiques. * **Syndrome myasthénique de Lambert-Eaton:** * Attaque des canaux calciques voltage-dépendants. * Entraîne une faiblesse musculaire. * **Tétanos et botulisme:** * Les toxines tétanique et botulique: * Affectent les protéines SNARE intervenant dans la fusion des vésicules. * Perturbent donc la libération des NT. * Altèrent la transmission synaptique en diminuant l'excitabilité. * **Troubles cognitifs:** * Se retrouvent dans le cas de la maladie d'Alzheimer. * **Latrotoxine:** * Déclenche la fusion des vésicules. ### Importance des cellules gliales * **La synapse tripartite:** * Association de 2 neurones et de cellules gliales (astrocytes) situées dans les espaces péri-synaptiques. * Régulent les concentrations ioniques, notamment du Ca2+, de l'espace périsynaptique, et celle du K+ extracellulaire. * **Cellules gliales:** * Possèdent des récepteurs aux NT. * Fixation du NT entraîne: * Une modification du potentiel de membrane. * L'ouverture des canaux calciques: * Modifie de la concentration en Ca2+ intracellulaire. * Libération de NT par la cellule gliale * Apparition d'une vague calcique : on observe une augmentation de la concentration intracellulaire en Ca2+ de proche en proche dans les astrocytes par le biais des jonctions communicantes. ## Transmission chimique post-synaptique ### Les récepteurs canaux * **Autre nom:** * Récepteurs ionotropes. * **Structure:** * Protéines transmembranaires comportant un site spécifique de fixation d'un NT * Pas de NT fixé: * Pore fermé. * Fixation du NT: * Changement de conformation en quelques microsecondes. * Ouverture du pore: entrées d'ions. * Modification de la polarisation de la membrane: création d'un potentiel post-synaptique (PPS). * **Action:** * Rapide: 1 à 2 ms après l'arrivée d'un PA à la terminaison présynaptique. * Brève: Au maximum quelques dizaines de ms. * **Notion de quantum:** * L'amplitude du PPS est proportionnelle à la quantité de NT libérés. ### Les potentiels post-synaptiques * **Associé à des canaux perméables au:** * Sodium Na+ * Calcium Ca2+ * Potassium K+ mais plus rarement. * **Excitateur PPSE:** * Correspond à une dépolarisation de la membrane post-synaptique. * Neurotransmetteurs associés: * Glutamate. * Acétylcholine. * Aspartate. * **Inhibiteur PPSI:** * Associé à des canaux perméables au chlore Cl-. * Correspond à une hyperpolarisation de la membrane post-synaptique. * Neurotransmetteurs associés: * Principalement le GABA. * Glycine. ### Cas du GABA * **Type de synapse concernée:** * Synapse inhibitrice: * Correspond à 1/3 des synapses du cerveau : principal NT inhibiteur du cerveau.. * Le plus souvent, au niveau d'interneurones locaux. * **Synthèse du GABA:** * Par décarboxylation du glutamate. * **Récepteur GABA.A:** * Principal récepteur au GABA au niveau du cerveau. * Possède des sites de fixation pour: * Benzodiazépines. * Barbituriques. * Stéroïdes. * Alcool. * **Renforcement de l'inhibition GABAergique:** * Lors de la fixation de: * Benzodiazépines. * Barbituriques. * Diminue l'excitabilité du neurone. ### Les récepteurs couplés aux protéines G * **Autre nom:** * Récepteurs métabotropes. * **Action:** * Effets post-synaptiques plus lents qu'avec les récepteurs canaux. * Le délai d'action peut aller de 100 ms à plusieurs minutes. * Les NT se fixent aux récepteurs. * Les protéines du récepteur activent les protéines G. * **3 phases:** * Les protéines G: * Se dissocient du récepteur. * Activent les protéines effectrices de la réponse du récepteur. * **2 actions de la protéine G:** * Canaux ioniques directement sensibles aux protéines G. * Action sur des enzymes assurant la synthèse de seconds messagers. * Le canal s'ouvre sous l'effet de certaines sous-unités de la protéine G. * Activation d'autres enzymes qui vont: * Réguler le fonctionnement des canaux ioniques. * Et/ou modifier le métabolisme cellulaire. ### Action de l'acétylcholine * **Au niveau des muscles squelettiques:** * Fixation de l'acétylcholine sur des récepteurs canaux Na+. * Dépolarisation de la membrane post-synaptique: contraction des fibres musculaires. * **Au niveau du cœur:** * Fixation de l'acétylcholine sur des récepteurs métabotropes associés à un canal K+. * Lente hyperpolarisation des fibres musculaires cardiaques: ralentissement de la fréquence cardiaque. * **Action conjointe:** * Au sein d'une même synapse, action à la fois sur des récepteurs ionotropes et des récepteurs métabotropes. * Permet d'entrainer à la fois: * Des effets rapides. * Des effets plus prolongés. ### Limitation du message synaptique - Inactivation synaptique des NT * **Élimination du NT:** * Indispensable car: * Risque de désensibilisation. * Perte de l'efficacité synaptique. * Différents moyens d'inactivation: * Diffusion loin de la synapse: phénomène purement passif. * Recapture au niveau présynaptique: processus actif. * Transporteurs spécifiques. * Recapture au niveau des cellules gliales. * Destruction enzymatique au niveau de la fente synaptique: cas de l'acétylcholinesterase qui dégrade l'acétylcholine au niveau des cellules musculaires. ## Intégration synaptique * **Généralités:** * La plupart des neurones du système nerveux central sont capables de recevoir plus ou moins simultanément des milliers d'informations synaptiques. * Ces informations activent différentes combinaisons de récepteurs canaux et récepteurs métabotropes. * Des PPS de faibles amplitudes sont générés. * **Rôle du neurone post-synaptique:** * Intégrer tous les signaux chimiques et ioniques complexes. * Générer un signal simple: le potentiel d'action. * **Propagation des PPS:** * PPS généralement générés au niveau des dendrites ou du soma. * Propagation: * Avec atténuation d'autant plus importante que le PPS est généré loin du cône d'émergence. * Jusqu'au cône d'émergence nécessaire. * **Sommation:** * Sommation spatiale: * Plusieurs synapses avec un même neurone. * Un potentiel d'action arrive au même instant sur chaque synapse -> synapses synchrones. * Sommation temporelle: * Une seule synapse avec un neurone. * Un train de potentiel d'action arrive au niveau de la synapse. * **Cas des synapses inhibitrices:** * Une synapse excitatrice produit un PPSE. * La synapse inhibitrice plus proche du soma produit un PPSI: diminution de l'excitabilité du neurone. * Exercent un contrôle puissant de l'activité neuronale. ## Neuromodulation: * **Définition:** * Modulation, renforcement ou diminution de la neurotransmission. * Ne produisent pas directement des PPSE ou des PPSI. * **Substances de la médiation:** * Modulent l'efficacité des PPSE générés par d'autres synapses utilisant des récepteurs canaux. * **Cas de la noradrenaline avec le récepteur β-noradrénergique:** * La fixation de la noradrenaline aboutit à la fermeture de canaux K+: * Augmentation de la résistance membranaire. * Diminution de la conductance potassique. * Diminution des pertes de courant. * Propagation passive des PPSE favorisée. * Renforcement de l'activité des synapses excitatrices. ## Plasticité synaptique * **But de la plasticité:** * Connectivité dynamique permettant de: * Renforcer les voies de communications efficaces. * Diminuer les voies peu utiles. * Aboutir à la formation de réseaux fonctionnels. * Processus fondamental de l'apprentissage. * **Plusieurs formes:** * **À court terme:** * Faible quantité de NT libéré dans tous les cas. * Facilitation. * Augmentation. * Potentialisation. * Dépression synaptique. * **À long terme:** * Potentialisation. * Dépression. * Observée au niveau de: * Hippocampe * Amygdale * Cervelet * Cortex ### Plasticité synaptique à court terme * **La facilitation:** * Si 2 PA arrivent de façon rapprochée (moins de 50 ms), augmentation de l'amplitude d'un second PPS: * Par augmentation de la libération de NT. * Par augmentation de la concentration en Ca2+ dans le bouton présynaptique. * Due au délai des mécanismes de correction de la concentration en Ca2+ présynaptique. * **La dépression synaptique:** * Suite à une stimulation à haute fréquence: * Diminution de l'amplitude des PPS pour des [Ca2+] extracellulaire normales. * Facilitation puis dépression si baisse des [Ca2+] extracellulaire. * Par épuisement des stocks des vésicules synaptiques. * **L'augmentation synaptique:** * Déclenchée par la stimulation répétitive du neurone. * Se développe et décline en quelques secondes. * **La potentialisation post-tétanique:** * Déclenchée par une stimulation répétitive à haute fréquence suivie d'une stimulation seule. * L'amplitude du PPSE généré après la stimulation répétitive est beaucoup plus importante. * Dure quelques dizaines de secondes à plusieurs minutes. ### Plasticité synaptique à long terme: PLT hippocampique * **Potentialisation à long terme (PLT) chez les mammifères:** * Serait à la base du processus de mémorisation. * Engendrée par une stimulation à haute fréquence. * Phénomène durable: plusieurs jours, mois, années. * Sélectivité des voies: seules les voies actives sont potentialisées. * **Généralités:** * **Stimulation à basse fréquence:** * Le glutamate se fixe uniquement sur les récepteurs AMPA. * Engendre une dépolarisation post-synaptique: flux d'ions Na+. * **Stimulation à haute fréquence:** * La dépolarisation post-synaptique liée aux récepteurs AMPA permet l'expulsion de l'ion Mg2+ bloquant les récepteurs NMDA. * Les récepteurs NMDA fixent du glutamate: * Entrée de Ca2+. * Le Ca2+ engendre une cascade de processus. * Ces processus aboutissent à une augmentation de l'expression des récepteurs AMPA: renforcement de la synapse. * **Rôle des récepteurs au glutamate:** * **Permet d'expliquer:** * La sélectivité des voies. * La détection des coïncidences qui nécessite à la fois: * Une activation présynaptique qui libère du glutamate. * Une dépolarisation suffisante post-synaptique. * L'associativité: La propagation de la dépolarisation aux synapses voisines permet aux récepteurs NMDA d'être fonctionnels pour une autre activation synaptique concomitante.