Neurotransmission et Plasticité - Cours 2024 - PDF

Neurotransmission et plasticité Prof. Alan Carleton Département de Neurosciences Fondamentales Conduction d’un potential d’action le long d’un axone myélinisé Myelinated axon (cross section) 0.1 µm La sclérose en plaque La notion de synapse...

Neurotransmission et plasticité Prof. Alan Carleton Département de Neurosciences Fondamentales Conduction d’un potential d’action le long d’un axone myélinisé Myelinated axon (cross section) 0.1 µm La sclérose en plaque La notion de synapse The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1932 C. Sherrington E. Adrian Contact de communication établi entre deux neurones ou entre un neurone et une autre cellule (ex: cellule sensorielle, cellule musculaire) La synapse électrique Passage de petites molécules (ions, ATP…) Dépolarisation de la cellule 1 2 1 Cellule 2: Signal atténué Synapse électrique vs. synapse chimique Localisation cellulaire des synapses Localisation cellulaire des synapses Synapse axo-axonique sur le segment initiale d’un axone (AIS, orange) From Veres et al. (2014) J Neuroscience Transmission synaptique La transmission synaptique Synapse Neurone présynaptique astrocyte Neurone postsynaptique Synapse chimique Image de microscopie électronique Reconstruction d’axones en 3D (échelle: vésicule ~20 nm) Définition d’un neurotransmetteur 1. Le neurotransmetteur doit être présent dans le neurone présynaptique (enzyme, transporteur vésiculaire) Définition d’un neurotransmetteur 2. Le neurotransmetteur doit être libéré à la suite d’un PA et entrée de calcium Définition d’un neurotransmetteur 3. Recepteurs présents sur la cellule post- synaptique  Application exogène du neurotransmetteur produit le même effet Exemples de neurotransmetteurs et de leurs récepteurs Molécule Métabotropique Ionotropique Acétylcholine Muscariniques Nicotiniques Glutamate mGluR NMDA, AMPA, Kainate GABA GABA B GABAA Glycine - glyR Dopamine DopaR - ATP P2Y P2X Adrénaline Adrénergique Voir aussi les cours du Pr. Jabaudon Transmission synaptique excitatrice Dépolarisation Potentiel postsynaptique Excitateur (PPSE) Exemples de neurotransmetteurs excitateurs: Glutamate, acetylcholine Transmission synaptique inhibitrice Hyperpolarisation Potentiel postsynaptique Inhibiteur (PPSI) Transmission synaptique inhibitrice Hyperpolarisation Potentiel postsynaptique Inhibiteur (PPSI) Exemples de neurotransmetteurs inhibiteurs: GABA, Glycine Sommation et intégration synaptique Terminal branch E1 of presynaptic E1 neuron E2 E2 Postsynaptic Axon neuron hillock Membrane potential (mV) I I 0 Threshold of axon of Action postsynaptic neuron potential Resting potential –70 E1 E1 E1 E1 (a) Subthreshold, no (b) Temporal summation summation Sommation et intégration synaptique E1 E1 E2 E2 I I Période réfractaire Membrane potential (mV) 0 Action potential –70 E1 + E2 E1 I E1 + I (c) Spatial summation (d) Spatial summation of EPSP and IPSP Conduction des potentiels post-synaptiques Diminution de l’amplitude des PPS le long des dendrites = filtrage dendritique Potentiel d’action vs. potential post-synaptique PA: - durée 1-3 ms PPS: - durée 10-100 ms - amplitude fixe 80-120 mV - amplitude variable 0.1-20 mV - implique les canaux Na et K - implique les récepteurs ionotropiques dépendants du voltage ouverts par les neurotransmetteurs - phénomère tout ou rien - sommation possible - phénomère autorégératif - pas de sommation possible - période réfractaire empêchant l’émission d’un nouveau PA Période réfractaire Membrane potential (mV) 0 Action potential –70 E1 + E2 E1 I E1 + I (c) Spatial summation (d) Spatial summation of EPSP and IPSP La jonction neuromusculaire Plaque motrice La jonction neuromusculaire Stimulation induit un potentiel de plaque (PP), puis un potentiel d’action musculaire, l’entrée de calcium et la contraction musculaire Transmission synaptique à la junction neuromusculaire En absence de stimulation, on observe des potentiels de plaque miniature (MEPP sur le schéma) En [Ca++] faible, stimulation de la cellule motrice induit un potentiel de taille similaire au mEPP Transmission synaptique à la junction neuromusculaire * Stimulation nerveuse PP miniature PP évoqués PP miniature PP évoqués Pour une concentration extracellulaire de Ca2+ faible, l’histogramme des amplitudes des potentiels de plaque (PP) montre des pics multiples Histogramme des amplitudes des PP miniature est peu variable Notions: Nature quantique de la libération, probabilité de libération Transmission synaptique à la junction neuromusculaire PP miniature ont tous la même amplitude – Hypothèse de la libération d’un seul quantum En présence de faible concentration de calcium extracellulaire, l’amplitude des PP varie – Amplitude des PPe est un multiple de l’amplitude des PPm Hypothèse de la libération quantique (Bernard Katz): neurotransmetteur libéré par paquet de même taille Fusion vésiculaire The Nobel Prize in Chemistry 2017 Microscopie électronique “for developing cryo-electron microscopy for the high-resolution structure determination of biomolecules in solution” Microscopie électronique Cryomicroscopie électronique Fusion vésiculaire Notion de zone active Implication du calcium dans la fusion vésiculaire Injection de tampon calcique dans le neurone présynaptique Implication du calcium dans la fusion vésiculaire Processus non linéaire Libération des neuropeptides Preferential release of small molecule transmitters Release of both types of transmitters Mécanismes de transport et de fusion vésiculaire The Nobel Prize in Medicine 2013 “for their discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells” J. Rothman R. Schekman T. Südhof La vésicule synaptique Remplissage des neurotransmetteurs Pompe V-ATPase fait entrer des protons à l’intérieur de la vasicule (milieu intravésiculaire très acide) Echange neurotransmetteurs- protons Remplissage des neurotransmetteurs ACh Mono amines Glu GABA Machinerie de libération Accrochage Complexe SNARE Initiation ou amorçage 1 Initiation ou amorçage 2 Libération et recyclage des vésicules Accrochage Amorçage Résumé: cycle de vie des vésicules synaptiques Accrochage Amorçage Devenir des neurotransmetteurs Dégradation enzymatique (acétylcholine estérase) Recapture par transporteur membranaire (neurone ou cellule gliale) Diffusion Cinétique de la transmission synaptique Anomalies Botulisme (induite par la toxine de la bactérie Clostridium botulinum ) du relargage vésiculaire « BOTOX » Alpha Latrotoxine: Venin de la veuve noire Formation de pores Ca2+ perméables pré-synaptiques Mécanismes synaptiques des drogues et médicaments Agonistes: Stimulation de la libération Activation des récepteurs Inhibition de la recapture Inhibition de la désactivation Activation de la synthèse Antagonistes: Inhibition de la libération Antagoniste des récepteurs Inhibition de la synthèse