Neuroscience Behavioral Sciences Ch. 3 PDF

Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses Transmission La synapse est une jonction fonctionnelle qui permet la transmission d’un message nerveux d’un neurone pré-synaptique à une autre cellule post-synaptique....

Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses Transmission La synapse est une jonction fonctionnelle qui permet la transmission d’un message nerveux d’un neurone pré-synaptique à une autre cellule post-synaptique. 1 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses Synapses neuro-neuronales Synapses neuro-neuronales Synapses neuro-musculaires ou plaques motrices Différentes formes et différentes tailles de synapses neuro-neuronales Synapses neuro-glandulaires 2 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses électriques - Rares chez les vertébrés. Le PA passe directement d’une membrane à l’autre par une jonction étroite, qui contient des connexons: protéines-canaux qui relient le cytoplasme des deux cellules. 2 connexons forment une gap junction. La transmission de l’information peut être bidirectionnelle. 3 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques La majorité des synapses. VIDEO: https://www.youtube.com/watch?v=9KAceRyg-pg 4 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques 1) Arrivée d’un potentiel d’action au niveau de la terminaison présynaptique. 2) Augmentation de la concentration intracellulaire de Ca2+. 3) Fusion de la membrane des vésicules synaptiques avec la membrane de l’élément présynaptique. 4) Libération de neurotransmetteur dans l’espace synaptique et liaisons des neurotransmetteurs sur les récepteurs postsynaptiques. 5) Passage de ions à travers la membrane. 6) Potentiel post-synaptique. 7) Influx nerveux. - L’influx nerveux a besoin de molécules particulières, les neurotransmetteurs, pour franchir l’espace entre deux cellules. La transmission de l’information est unidirectionnelle. Fente synaptique: 20-50 nm Délai synaptique (0,5-1ms). Chaque neurotransmetteur est spécifique à un récepteur particulier. 5 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques 6 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques Deux grandes catégories de récepteurs Récepteurs canaux – récepteurs ionotropes: Canaux ioniques chimio-dépendants ou ligands-dépendants. Le ligand (neurotransmetteur) se fixe. => Ouverture du canal -> circulation des ions 7 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques Deux grandes catégories de récepteurs Récepteurs canaux – récepteurs ionotropes: En l’absence des neurotransmetteurs, le pore est généralement fermé. Lorsque le neurotransmetteur se fixe à des sites spécifiques sur la partie extracellulaire du canal, il provoque un changement de conformation — une légère torsion des sous-unités — qui, en quelques microsecondes, provoque l’ouverture du pore. La nature des ions qui transitent au travers du pore détermine la fonction du récepteur. Exemple du récepteur cholinergique nicotinique: Le récepteur comprend des sites de liaison de l’Ach. Cette protéine est un pentamère=constitué de 5 sous-unités protéiques, formant un seul pore à travers la membrane. Chaque sous-unités contient 4 séquences transmembranaires d’acides aminés enroulées en une structure hélicoïdale. 8 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques VIDEO: https://www.youtube.com/watch?v=nM_v114rjwo 9 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques Deux grandes catégories de récepteurs Récepteurs couplés aux protéines G – récepteurs métabotropes: Les molécules de neurotransmetteur se fixent aux protéines du récepteur qui se trouvent enchâssées dans la membrane post-synaptique. => Les protéines du récepteur activent les protéines G → Plusieurs effets possibles. Effets post-synaptiques plus lents, plus durables, plus variés 10 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques Exemple du récepteur β-adrénergique. La fixation de la noradrénaline (NA) au récepteur NA-β déclenche une cascade intracellulaire: ⇒ Diminution de la conductance au potassium. ⇒ Augmentation de l’excitabilité de la cellule. 11 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques Deux grandes catégories de récepteurs Récepteurs couplés aux protéines G – récepteurs métabotropes: Contrairement aux récepteurs ionotropes, les récepteurs métabotropes sont constitués d’une seule entité protéique possédant 7 régions transmembranaires. Le domaine extracellulaire d’un récepteur métabotrope possède un site de fixation du neurotransmetteur, alors que le domaine intracellulaire possède le site de liaison pour les molécules de protéines G. 12 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les synapses chimiques VIDEO: https://www.youtube.com/watch?v=BRSf_j1zYcs 13 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Après action, les neurotransmetteurs sont éliminés de la fente synaptique par un ou plusieurs mécanismes: - Dégradation par des enzymes présents dans la fente synaptique. - Recaptage par le bouton synaptique. - Diffusion hors de la fente synaptique. - Elimination par les cellules gliales présentes autour de la synapse. 14 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteur: molécule permettant la communication entre deux neurones, au niveau de la synapse Substance chimique libérée par un élément présynaptique après stimulation et qui active les récepteurs postsynaptiques Rappel: Six éléments chimiques principaux qui constituent les êtres vivants: CHNOPS => carbone (C), hydrogène (H), azote (N), oxygène (O), phosphore (P), soufre (S). (a) Acides aminés (acides organiques (c) Peptides (polymères d’acides aminés) contenant au moins un radical amine (NH2) et un radical carboxyle (CO2H)) - Enképhalines (Enk) - Glutamate (Glu) - Somatostatine - Acide γ-aminobutyrique (GABA) - Substance P - Glycine - Neuropeptide Y (b) Amines (composés qui dérivent de l'ammoniac NH3 par remplacement d'un ou plusieurs atomes d'hydrogène par des groupes carbonés.) - etc…. - Acétylcholine (Ach) - Dopamine (DA) - Sérotonine (5-HT) - Noradrénaline (NA) - etc… 15 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Modes d’action des médicaments/drogues sur les récepteurs: - Effet agoniste - Effet antagoniste - Inhibition de recapture - Modulation 16 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Synthèse et stockage (a) Neuropeptides: 1) Un peptide précurseur est synthétisé au niveau du réticulum endoplasmique rugueux. 2) Le peptide précurseur est clivé au niveau de l’appareil de Golgi où est produit le neuropeptide actif. 3) Les granules de sécrétion contenant le peptide actif émergent de l’appareil de Golgi. 4) Ces granules de sécrétion sont transportés le long de l’axone jusqu’au niveau des terminaisons nerveuses où le neuropeptide est stocké. (b) Amines et acides aminés: 1) C’est dans le cytosol de la terminaison nerveuse que des enzymes synthétisent les neurotransmetteurs à partir de molécules précurseurs. 2) Des transporteurs localisés dans la paroi des vésicules synaptiques incorporent le neurotransmetteur dans les vésicules où il est stocké. 17 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Potentiels post-synaptiques gradués: PPSE et PPSI Réception de l’information c Selon le type de canal, le neurotransmetteur peut avoir 2 effets contraires: -70mV c Potentiel Post-Synaptique Excitateur (PPSE) Ouverture de canaux à Na+: ⇒ Entrée de ions Na+. ⇒ Dépolarisation locale transitoire de la membrane. c -70mV Potentiel Post-Synaptique Inhibiteur (PPSI) Ouverture de canaux à Cl- ou à K+ : ⇒ Entrée de ions Cl- ou sortie de ions K+. ⇒ Hyperpolarisation locale transitoire de la membrane. s 18 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Réception de l’information Potentiels post-synaptiques gradués: PPSE et PPSI L’amplitude des potentiels post-synaptiques gradués est variable. Elle est directement proportionnelle à l’intensité du stimulus (p.ex. stimulus sensoriel ou neurotransmetteur). Synapses excitatrices et inhibitrices 19 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Potentiels post-synaptiques gradués: PPSE et PPSI L’amplitude (voltage) des potentiels post-synaptiques gradués (PPSE et PPSI) diminue avec la distance parcourue par rapport au segment initial (=site de sommation des PPSE et PPSI, site générateur de potentiels d’action). => Propagation décrémentielle. Effet d’inhibition 20 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Potentiels post-synaptiques gradués globaux Potentiel membranaire Intégration +30 0 -55 -70 ⇒ Loi du tout ou rien: si le seuil est dépassé, PA d’amplitude fixe; sinon, rien. 21 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Transmission de l’information nerveuse Réception : Potentiels post-synaptiques gradués Intégration: Potentiels post-synaptiques gradués globaux Conduction: Potentiels d’action Transmission: Neurotransmetteurs Exocytose de neurotransmetteurs Aucune Faible Forte Modification de l’activité du neurone post-synaptique (PPSE/PPSI) Aucune Faible Forte 22 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Le glutamate le principal neurotransmetteur excitateur, associé à l’apprentissage et la mémoire. Il régule également le développement cérébral et les contacts nerveux. Le glutamate est toxique pour les neurones en grandes quantités; les lésions cérébrales ou les accidents vasculaires cérébraux peuvent engendrer un excès nocif de glutamate, entraînant la mort des neurones environnants. Le glutamate semble aussi associé à la maladie d'Alzheimer, dont les premiers symptômes se font sentir au niveau de la mémoire. 23 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Le GABA (acide gamma-aminobutyrique) est le principal neurotransmetteur inhibiteur. Son rôle est de calmer l’activité nerveuse dans le SNC. Des niveaux élevés de GABA améliorent la concentration mentale et la relaxation, tandis que des niveaux faibles peuvent causer de l'anxiété et ont également été associés à l'épilepsie. Le GABA contribue également au contrôle moteur et à la vision. Des substances qui augmentent le niveau de GABA dans le cerveau sont utilisées pour traiter les crises d'épilepsie et pour calmer les tremblements des personnes atteintes de la chorée de Huntington. Biosynthèse du GABA à partir du glutamate 24 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Récepteurs glutamatergiques Ionotropiques Métabotropiques AMPA: α-amino-3-hydroxy-5-méthyl4-isoaxzole proprionate Group I mGluR: increase PLC –IP3 NMDA: N-méthyl-D-aspartate Group II and III mGluR: decrease cAMP Kainate: kainic acid 25 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Récepteurs GABAergiques GABAA Ionotropiques GABAB Métabotropiques 26 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Sous-unités => Il existe de nombreuses isoformes des sous-unités formant les récepteurs. Il y a une régionalisation de l’expression des différentes sous unités dans le SNC, faisant que les propriétés des divers récepteurs diffèrent selon les structures cérébrales. 27 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Diversité des effets d’un neurotransmetteur dû à la nature des récepteurs mis en jeu: exemple de l’Acétylcholine. Sur le cœur: L’ACh ralentit le rythme des contractions du cœur en provoquant une lente hyperpolarisation des cellules du muscle cardiaque. ⇒ Dans le cœur, le récepteur métabotrope à l’ACh est associé à un canal potassique par l’intermédiaire d’une protéine G, et les fibres du muscle cardiaque sont hyperpolarisées par l’ouverture du canal potassique. - Dans les muscles squelettiques: L’ACh induit la contraction du muscle en provoquant une dépolarisation rapide des fibres musculaires. ⇒ Dans les muscles squelettiques, le récepteur ionotrope est un canal ionique sensible à l’ACh perméable au Na+, et les fibres musculaires sont dépolarisées par l’entrée de sodium résultant de l’ouverture du canal sodique. - 28 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau => La multiplicité des récepteurs (sous-unités différentes ou types différents) suggère une grande diversité des effets. Cette multiplicité fait des récepteurs des cibles privilégiées pour les médicaments. 29 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Biosynthèse de l’acétylcholine L'acétylcholine (Ach) est un neurotransmetteur très répandu qui déclenche la contraction musculaire et stimule l'excrétion de certaines hormones. Dans le SNC, il est entre autres impliqué dans l'éveil, l'attention, la mémoire, la colère, l'agression, la sexualité, la soif. La maladie d'Alzheimer est également associée à un manque d'acétylcholine dans certaines régions du cerveau. 30 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Biosynthèse des catécholamines La dopamine est un neurotransmetteur qui est impliqué dans le contrôle du mouvement et de la posture. Elle est aussi associée aux sentiments de plaisir, elle module l'humeur et joue un central dans la motivation, le renforcement positif et la dépendance. Les sentiments de satisfaction provoqués par la dopamine peuvent devenir un désir, et pour le satisfaire, la personne va répéter des comportements qui entraînent la libération de dopamine. Ces comportements peuvent être naturels, comme l'alimentation et le sexe, ou non naturels, comme la toxicomanie. La perte de dopamine dans certaines parties du cerveau entraîne la rigidité musculaire typique de la maladie de Parkinson. 31 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau Biosynthèse des catécholamines La noradrénaline, également connue sous le nom de norépinéphrine, est un neurotransmetteur qui joue un rôle dans l'attention, les émotions, le sommeil, le rêve et l'apprentissage. Comme l'adrénaline, elle est également impliquée dans la réponse "combat ou fuite". Elle est alors libérée comme une hormone dans le sang où elle contracte les vaisseaux sanguins et augmente la fréquence cardiaque. Les patients diagnostiqués comme souffrant de TDAH se voient souvent prescrire des médicaments conçus pour aider à augmenter les niveaux de noradrénaline et de dopamine dans le cerveau. La noradrénaline joue également un rôle dans les troubles de l'humeur, comme le trouble bipolaire. 32 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Neurotransmetteurs principaux du cerveau La sérotonine contribue au sentiment de bien-être et de joie. Elle régule la température, le cycle du sommeil avec la mélatonine, ainsi que l’appétit et les mouvements intestinaux. Biosynthèse de la sérotonine Des déséquilibres de niveau de sérotonine ont été associés à la dépression, à l'anxiété, aux TOC, aux comportements agressifs, impulsifs et suicidaires. Les antidépresseurs agissent en augmentant les niveaux de sérotonine. L'exercice et la lumière peuvent aussi avoir des effets positifs sur les niveaux de sérotonine. 33 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Agonistes et antagonistes spécifiques Agoniste: substance ayant le même effet que le neurotransmetteur en se liant au même récepteur. Antagoniste: substance limitant l’effet d’un neurotransmetteur en se liant au même récepteur. 34 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Modulation Ex. Benzodiazépines et Barbituriques: Ces drogues, par elles-mêmes, agissent peu sur le canal mais, en présence de GABA, les benzodiazépines augmentent la fréquence d’ouverture des canaux alors que les barbituriques augmentent la durée d’ouverture des canaux. 35 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Blocage de recapture Exemple: Dépression et inhibiteurs sélectifs de la recapture de sérotonine 36 Neurosciences comportementales Ch.3 Transmission synaptique, neurotransmetteurs, neuromodulateurs Dr. Mélanie Kaeser Les neurotransmetteurs Systèmes modulateurs diffus du cerveau Des populations de neurones, regroupés surtout dans le tronc cérébral, projettent leurs axones de façon beaucoup plus diffuse dans le cerveau: ils déversent des neuromodulateurs dans l'espace extracellulaire plutôt que dans une fente synaptique. Il en résulte des effets plus long à s'établir et qui durent plus longtemps que ceux des neurotransmetteurs des circuits du cerveau câblé. Le mode d’action de ces neuromodulateurs implique également des seconds messagers. La neuromodulation ne change pas la nature de la connexion entre deux neurones, mais modifie son intensité et lui donne une coloration différente. ⇒ La neurotransmission est une propagation nerveuse à travers les synapses. ⇒ La neuromodulation modifie et régule les activités de transmission synaptique. 37