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09/10/2023 Pr. FEASSON UE5 Système Neurosensoriel Yolène DERYCKE Maxime BARONNIER La transmission synaptique (partie 1) ITEM : Connaître les principes de la transmission synaptique I. Introduction Théorie réticulariste Théorie neuroniste Théories CAMILLO GOLGI (chercheur italien) → les neurone...

09/10/2023 Pr. FEASSON UE5 Système Neurosensoriel Yolène DERYCKE Maxime BARONNIER La transmission synaptique (partie 1) ITEM : Connaître les principes de la transmission synaptique I. Introduction Théorie réticulariste Théorie neuroniste Théories CAMILLO GOLGI (chercheur italien) → les neurones forment un réseau continu partageant le même cytoplasme. Il invente la réaction au nitrate d’argent pour colorer les cellules nerveuses → permet de voir toutes les ramifications nerveuses et de se rendre compte qu’il s’agit d’un réseau très important. CAJAL (chercheur espagnol) (Une entité cellulaire à côté d’une autre entité cellulaire) Les neurones sont des cellules indépendantes formant un réseau discontinu. Une cellule nerveuse s’arrête là où une autre cellule commence, avec présence de jonctions très étroites entre ces cellules. Les deux reçoivent un prix Nobel conjoint de physiologie et de médecine en 1906. En 1897, Sherrington définit la synapse comme une zone de contact fonctionnelle intercellulaire étroite spécialisée dans la transmission rapide d’informations. Il y a une continuité fonctionnelle mais une discontinuité anatomique. On peut aussi voir la synapse comme une connexion entre deux neurones ou entre un neurone et une cellule effectrice dont le fonctionnement est modifié par les excitations ou inhibitions ainsi reçues. Dans tous les cas, le neurone est un donneur d’ordre, qui va déclencher une action. La synapse assure la conversion d’un potentiel d’action déclenché dans le neurone pré-synaptique en un nouveau signal dans la cellule post-synaptique. Elle transforme une info qui arrive sous forme de signal électrique en une information temporairement chimique pour qu’elle redevienne électrique si c’est un neurone qui suit cette synapse, ou mécanique si c’est un muscle, etc … Cette communication rapide assurée par la transmission synaptique peut être électrique (se propage de part et d’autre de la fenêtre synaptique) ou chimique (traduction par des phénomènes chimiques). II. 2 types fonctionnels de synapses 1. Synapses électriques (rares chez le mammifère) Très peu chez les Hommes : un peu dans le cervelet et dans le tissu nodal (au niveau du cœur) Elles sont constituées de jonctions communicantes (espace entre les neurones de 2 à 3 nm) : le potentiel d’action passe directement d’une membrane à l’autre par des canaux ioniques (comme s’il y avait une continuité de membrane) sans que le message ne soit traduit par des mécanismes chimiques intermédiaires. Dans ce cas-là, on n’observe pas de période réfractaire et la transmission peut être bidirectionnelle → l’élément présynaptique peut être aussi post synaptique et l’information passer dans les deux sens (attention cela ne signifie pas que le PA fait demi-tour). Figure 1 : les synapses électriques Page 1/8 2. Synapses chimiques (la plupart des synapses) L’espace entre les neurones est plus important : 20 à 40 nm, donc la transmission est plus lente car il y a une phase de traduction du message ; et se fait de manière unidirectionnelle. Cette synapse suppose 2 phénomènes pour la traduction du PA en messager chimique intermédiaire (neurotransmetteur = NT) - Sécrétion d’un NT par l’élément pré-synaptique et libération dans la fente synaptique. - Création d’un nouveau potentiel membranaire à la réception du NT par l’élément postsynaptique. Ce potentiel n’est pas directement influencé par le potentiel du neurone présynaptique mais par la réception de ce message chimique. On a donc un signal électrique qui arrive de l’élément pré-synaptique, puis un signal chimique dans la fente synaptique, et enfin de nouveau un signal électrique au niveau de l’élément postsynaptique. Figure 2 : les synapses chimiques a. Découverte de cette connexion spécialisée et de la synapse chimique Travaux de Claude Bernard sur la curarisation Il s’est intéressé à la connexion entre le nerf et le muscle. Il a remarqué que le curare (drogue ramenée d’Amérique) entrainait la mort par étouffement (lié à la perte de fonction des muscles respiratoires). Le curare est en effet un paralysant musculaire : il empêche le nerf moteur d’avoir une action sur le muscle A gauche sur le schéma : Claude Bernard empoisonne la patte de la grenouille et stimule tour à tour le nerf ou le muscle. La stimulation S1 du nerf moteur est inefficace et n’entraîne pas de contraction du muscle. En revanche, la stimulation S2 directe du muscle entraîne une contraction. Figure 3 : travaux de Claude Bernard Le muscle est fonctionnel, et l’action du curare correspond à une interruption de communication entre le nerf et le muscle. La curarisation dans la grenouille est indépendante de l’activité électrique du SN. A droite sur le schéma : Claude Bernard empoisonne la grenouille mais interrompt la circulation sanguine au niveau de la pâte au moyen d’un garrot : la patte est donc protégée de l’action du curare - La stimulation S3 du nerf moteur en amont du garrot est efficace et on retrouve la motricité : l’arrêt vasculaire interdit l’action inhibitrice locale du poison → La contraction est efficace car la jonction nerf muscle est mise à l’abri par le garrot qui isole le curare. La stimulation S4 des récepteurs nociceptifs de la peau entraîne une contraction donc il y a bien maintien de la sensibilité des centres nerveux grâce aux réflexes de défense, l’info nociceptive est bien remontée au niveau du SNC donc les centres nerveux ne sont pas atteints. Le curare n’a pas d’effets sur la sensibilité. Découverte d’un phénomène chimique entre le nerf et le muscle, inhibé par le curare b. Découverte de la théorie synaptique chimique Expérience de Lowi : On isole un cœur avec le nerf vague dans un milieu nourricier : on stimule le nerf vague et on enregistre un ralentissement de la fréquence de contraction du cœur (nerf vagal = nerf appartenant au système parasympathique = ralentit le cœur) Page 2/8 On récupère ensuite le liquide dans lequel baignait ce cœur et on perfuse un 2nd cœur avec ce même liquide. On constate alors que le 2nd cœur bradycardise aussi : la perfusion transporte le produit chimique libéré par le nerf vague (acétylcholine) qui va agir sur le deuxième cœur à retardement - Cela montre que derrière la propagation du PA il y a des substances chimiques qui sortent du nerf pour donner l’action désirée. Loewi a mis en évidence sans le savoir l’acétylcholine. Figure 4 : expérience de Lowi III. Structure des synapses 1. Synapses neuro-neuroniques Différents types : (Règles générales) • Synapse axo-somatique → inhibitrice. • Synapse axo-dendritique → excitatrice. • Synapse axo-axonique → inhibitrice. Plus on se rapproche du soma du neurone, plus la synapse risque d’être forte et inhibitrice. La transmission synaptique est unidirectionnelle (dans le cas des synapses chimiques) : depuis la région pré synaptique, qui contient le neurotransmetteur, vers la région post-synaptique où se trouvent les récepteurs du neurotransmetteur. Figure 5 : la synapse Régions présynaptiques Fente synaptiques (= lieu de libération du NT). Région post synaptique (= sous membranaire avec ancrage des récepteurs au NT) 2 types de synapses. - Présence de vésicules synaptiques libérées dans la fente synaptique (stockage du NT). ✓ Nombreuses mitochondries (besoin d’énergie pour le transport des vésicules, la recapture, la synthèse du NT). - Machinerie nécessaire à la synthèse, au stockage, à la libération, à la recapture et à l’inactivation du NT. - Machinerie de récupération des déchets : recyclage ou réassemblage du NT. - 50 à 100 μm d’épaisseur. (très très fin) - Occupée par un gel liquide dans lequel le NT évolue pour passer d’une berge à l’autre. - Région spécialisée dans la réception des messages. - Pour un même NT il y a plusieurs types de récepteurs donc c’est un élément de modulation de l’action du NT. - Plus ou moins de récepteurs selon le type de synapse - Type 1: plutôt excitatrice (ex : Glutamate, Acétylcholine…) - Type 2 : plutôt inhibitrice (ex : GABA) Figure 6 : les deux types de synapses Page 3/8 2. Synapse neuro-musculaire = plaque motrice Le nerf moteur va s’organiser en une arborescence très riche afin de s’étendre sur tout le muscle. Rameaux nerveux Serpentent dans des gouttières synaptiques (= invaginations de la cellule musculaire) le long des terminaux fibres musculaires. Forment des replis jonctionnels (appareil sous-neural de Couteaux) contenant les récepteurs Paroi des post-synaptiques → cela permet une plus grande surface de contact entre le nerf et le muscle. gouttières Membrane recouvrant l’ensemble de la plaque motrice, la sépare du compartiment extra Téloglie cellulaire Figure 7 : la plaque motrice Figure 8 : l'unité motrice : un neurone + des Un même nerf commande plusieurs fibres musculaires qui vont avoir une action myocytes synchrone. Un motoneurone alpha innerve plusieurs fibres musculaires mais une fibre musculaire n’est innervée que par un motoneurone alpha. Unité motrice = un motoneurone et ses terminaisons qui vont vers plusieurs fibres musculaires (myocytes). Gouttières avec invaginations. 3. Synapse entre neurone post-ganglionnaire (SNA) et cellules musculaires lisses Pour l’innervation des viscères et vaisseaux sanguins, on observe le plus souvent un premier neurone qui effectue un relai au niveau d’un ganglion nerveux. Le neurone post-ganglionnaire rejoint ensuite le tissu cible et rentre en connexion avec le muscle lisse du tube digestifs ou la paroi des vaisseaux sanguins par exemple. Ce mode de fonctionnement concerne l’innervation autonome : les systèmes parasympathique et orthosympathique. Dans la plupart des cas se sont des axones non myélinisés (PA plus lent mais plus de surface d’échange) se divisant en fins filaments terminaux (0,1 à 0,5 μm de diamètre) et qui vont serpenter au contact des cellules musculaires lisses. Les éléments présynaptiques vont être formés par des varicosités au niveau de ces axones, aussi appelés « boutons en passant », qui vont innerver les cellules musculaires lisses en passant à leur contact. Il faut comprendre que les cellules musculaires lisses sont des petites cellules (contrairement au muscle strié), ces varicosités suffisent donc à leur innervation. Chacune d’elle contient des mitochondries et des vésicules remplies du neurotransmetteur. Page 4/8 Ces boutons pré-synaptiques contiennent les vésicules renfermant le NT : noradrénaline (orthosympathique) ou acétylcholine (parasympathique). Quand on parle de parasympathique, il faut penser au nerf vague qui libère de l’acétylcholine IV. Propriétés physiologiques des synapses chimiques 1. Région pré-synaptique a. Sur la membrane • Protéines canal voltage dépendantes - Na+, K+ → propagation du PA. - Ca++ → élément de déclenchement A l’arrivée de l’influx nerveux (le potentiel d’action), ce canal voltage dépendant s’ouvre : on assite à une entrée de calcium dans la terminaison synaptique. Cela permet la libération des vésicules de NT dans la fente synaptique. Plus on a de Ca++ qui rentre, plus on aura de NT libéré. • Protéines réceptrices post-synaptiques (synapse axo-axonale) : modulation de l’action synaptique principale par l’action d’un 2nd messager ou par modulation de [Ca++] • Protéines de re-captation du NT ou des produits de dégradation situées au niveau de la fente synaptique. • • b. Dans le cytosol Vésicules de NT (environ 10 000 molécules) NT totalement ou partiellement synthétisé dans le cytoplasme puis véhiculé par le flux axonique. NT recapté sous forme définitive ou dégradé. [Ca++] variable : conditionne la libération du NT. 2. Fente synaptique Espace très restreint, ce qui permet l’accumulation d’une grande concentration de NT pour une faible quantité de molécules libérées → augmentation de l’efficacité. Modulation fine. 3. Région post synaptique Au repos : potentiel de repos identique au reste de la membrane qui est d’environ -70mV (= bruit synaptique). Signe d’activité : potentiel local graduable → dépolarisation ou hyperpolarisation. • Pas de protéine canal-voltage dépendante. Page 5/8 • Protéines canal récepteur au NT = synapses inotropiques. = action directe pour générer un PA - Canaux Na+, K+ et Ca++ déterminant une dépolarisation → potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) - Canaux Cl- et K+ déterminant une hyperpolarisation → potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI) 1. Entrée du calcium activée par l’arrivée d’un PA dans la cellule pré-synaptique 2. Libération des vésicules contenant le NT dans la fente synaptique. 3. Le NT se fixe sur ses récepteurs post-synaptiques sur la membrane de la cellule post-synaptique. Canal ionique fixe le NT : entraine son ouverture 4. Ouverture des canaux ioniques pour engendrer un nouveau PA ou avoir un effet inhibiteur. En fonction de l’ion qui rentre, le potentiel est excitateur (Na) ou inhibiteur (K). D’autres récepteurs = synapses métabotropiques. = système indirect • Récepteur lié à la protéine G → capable d’ouvrir un ou des canaux ioniques à distance. • Récepteur couplé à l’adénylate cyclase (ou guanylate cyclase) → transforme ATP en AMPc (ou GTP en GMPc) → Système plus lent (100ms) = synapse de temporisation, mais d’action plus durable (permet d’amplifier le phénomène : en rapport avec des systèmes de sécrétion hormonaux). Page 6/8 4. Effets potentiels synaptiques Protéines canal récepteur au NT : - Canaux Na+, K+ et Ca2+ déterminant une dépolarisation o Potentiel post synaptique excitateur (PPSE) o L'augmentation de la perméabilité aux cations engendre un potentiel d'inversion (= potentiel de plaque, s'il s'agit de la jonction neuromusculaire) - Canaux Cl- et K+ (autre type de canal) déterminant une hyperpolarisation o Potentiel post synaptique inhibiteur (PPSI) o Plus spécifique des membranes post-synaptiques sensibles au GABA. 5. Modulations de la réponse synaptique intrinsèque - Par le type de NT (ex : acétylcholine → récepteurs muscariniques et nicotiniques → pas les mêmes effets) Par le nombre de récepteurs Par la nature des récepteurs : pour un même type de NT on peut avoir différents types de récepteurs (plus ou moins sensibles, antagoniste) Par la complexité de l’arborisation synaptique. Les synapses excitatrices dépendent des effets dépolarisants (PPSE). Les synapses inhibitrices dépendent des effets hyperpolarisants (PPSI). Lorsque la somme des PPSE et PPSI atteint une valeur de dépolarisation suffisante un potentiel de pointe se forme à distance → dans le segment initial de l’axone du neurone post-synaptique. Le plus souvent une sommation spatiale et/ou temporelle est nécessaire pour y parvenir (à l’exception de la jonction neuro musculaire). 6. Modulations extrinsèques de la réponse synaptique Effet du pH du milieu : l’acidose provoque un effet dépresseur sur les neurones et l’alcalose augmente leur excitabilité. Élévation du pH de 7,4 à 7,8 : hyperactivité pouvant provoquer des convulsions cérébrales (épilepsie). (Alcalose tendance à l’hyperactivité) Diminution du pH < 7 : état comateux. Par exemple lors du sport, on a production d’acide lactique et donc une diminution du pH qui crée un état de fatigue neuronale et musculaire. Effet de l’hypoxie : l’interruption de l’apport en O2 de quelques secondes peut engendrer une inexcitabilité totale, un manque d’oxygène une somnolence Perte de conscience en moins de 5 secondes Effet des substances alimentaires psychoactives : caféine, théine, substance active du cacao … - Hyperactivité neuronale Effets pharmacologiques et des drogues : • FACILITATEUR : - EFFET AGONISTE : Même effet que le NT en se fixant sur ses récepteurs et en agissant de la même façon. o Ex : opiacés (héroïne, morphine …) comme les endorphines, agissent sur les circuits de la douleur et de la régulation des émotions → antalgie et euphorie. Les morphiniques sont des dépresseurs ventilatoires et ralentissent le transit (constipation) : à trop forte dose, ils entrainent la mort ; il faut donc trouver un équilibre entre suppression de la douleur et maintien de la vie. - INHIBITEUR DE RECAPTAGE : Empêche le recaptage du NT mais celui-ci reste actif. Ils agissent en fonction de la présence du neurotransmetteur : si ce dernier n’est pas là, ces substances n’ont pas d’effet. o Ex : cocaïne et amphétamines = inhibiteur du recaptage de la dopamine. Page 7/8 • INIBITHEUR - EFFET ANTAGONISTE : Le plus souvent par blocage du récepteur au NT. o Ex : curare ou cobratoxine → antagonistes de l’acétylcholine, paralysie musculaire. - INHIBITEUR DE LA SECRETION : Empêche la sécrétion du NT dans la fente synaptique, voire sa fabrication . V. QCM type examen QCM 1 : Concernant les synapses : A. Les synapses chimiques sont à transmission rapide B. Les synapses chimiques sont bidirectionnelle C. Les synapses électriques sont à transmission rapide D. Les synapse électrique sont unidirectionnelle E. Les synapses électrique ne comportent pas de jonction communicante QCM 2 : Concernant les théories et expériences : A. La théorie réticulariste affirme l’existence de réseaux neuronal discontinue B. Dans l’expérience de Claude Bernard, après la curarisation, le nerf moteur est efficace C. Dans l’expérience de Claude Bernard, après la curarisation, à la stimulation du muscle, celui-ci se contracte. D. L’expérience de Loewi met en évidence la présence d’une substance tachycardisant, l’Adrénaline. E. La synapse de Type 1 est inhibitrice et la synapse de Type 2 est excitatrice. QCM n°3 A. L’innervation des vaisseaux sanguins et des viscères se fait par le système autonome. B. Une unité motrice est un motoneurone et ses terminaisons qui vont vers une seule fibre musculaire. C. Une synapse inhibitrice est une synapse qui a une fente synaptique fine. D. On retrouve des synapse inotropique ou métabotropique en fonction des récepteurs post-synaptique. E. Il existe 3 types de synapses : axo-axonale , axo-dendritique et axo-somatique. Correction QCM n°1 – A. Les synapses chimiques sont à transmission lente B. Les synapses chimiques sont unidirectionnelles C. VRAI D. Les synapses électriques sont bidirectionnelles E. Les synapses électriques comportent des jonctions communicantes QCM n° 2 A. La théorie neuroniste affirme l’existence de réseaux neuronal discontinue B. Dans l’expérience de Claude Bernard, après la curarisation, le nerf moteur est inefficace C. VRAI D. L’expérience de Loewi met en évidence la présence d’une substance bradycardisant , l’Adrénaline. E. La synapse de Type 1 est excitatrice et la synapse de Type 2 est inhibitrice QCM n°3 A. L’innervation des vaisseaux sanguins et des viscères se fait par le système autonome B. Une unité motrice est un motoneurone et ses terminaisons qui vont vers une seule fibre musculaire. Plusieurs fibres musculaires C. Une synapse inhibitrice est une synapse qui a une fente synaptique fine. D. On retrouve des synapse inotropique ou métabotropique en fonction des récepteurs post-synaptique. E. Il existe 3 types de synapses : axo-axonale, axo-dendritique et axo-somatique. Page 8/8