PSY 1035 Cours 2 PDF - Psychologie Physiologique

Le neurone, la cellule gliale et la transmission synaptique Cours # 2 PSY1035 Psychologie physiologique Plan 1- LE SNC – matière blanche, matière grise, système ventriculaire 2- Deux catégories de cellules Névroglie (cellules gliales) Neurones 3 – Le neurone : 2 états -- au repos et en action (poten...

Le neurone, la cellule gliale et la transmission synaptique Cours # 2 PSY1035 Psychologie physiologique Plan 1- LE SNC – matière blanche, matière grise, système ventriculaire 2- Deux catégories de cellules Névroglie (cellules gliales) Neurones 3 – Le neurone : 2 états -- au repos et en action (potentiel d’action - PA) 4- La transmission synaptique : aspect chimique 5 - Ce qui déclenche les PA : Les potentiels post-synaptiques excitateur et inhibiteur (PPSE, PPSI) 6- La transmission synaptique : Drogues/molécules actives et effets agonistes vs antagonistes 7- Résumé 2 Mise en contexte Le Système Nerveux Central (SNC) Cerveau, tronc cérébral, cervelet, moelle épinière *Substance/Matière blanche cellules gliales fibres nerveuses myélinisées (axones entourés de myéline) *Substance/Matière grise cellules gliales (p.ex. certains types d'astrocytes) corps cellulaire des neurones fibres nerveuses amyéliniques (axones sans myéline) *Système ventriculaire Ventricules latéraux 3ème ventricule Aqueduc de Sylvius/Cérébral 4ème ventricule Canal épendymaire 3 Deux grandes catégories de cellules - Névroglie (cellules gliales) - Cellules non excitables - Ratio 1:1 à 2:1 p/r aux neurones - Capacité de reproduction (gliogenèse) - Neurones (cellules nerveuses) - Cellules excitables: unité de communication - Règle générale : Amitotique (ne se reproduit pas) - Exception : hippocampe (neurogenèse) 4 La névroglie La névroglie, ses 4 composantes: -Astrocytes -Microgliocytes -Oligodendrocytes -Cellules épendymaires 5 1ere grande composante: Les astrocytes (cellules gliales) Les plus nombreuses des cellules gliales (divers types) Entre les neurones Plusieurs fonctions: -Nourrissent, supportent et protègent -Ont un rôle dans la transmission synaptique -Contrôle la concentration extracellulaire de certaines substances Astrocytes participate in all essential CNS functions, including blood flow regulation, energy metabolism, ion and water homeostasis, immune defence, neurotransmission, and adult neurogenesis. Oberheim et al. 2012;814:23-45. 6 Rôles associés aux astrocytes Le ratio astrocytes/neurones et la forme des astrocytes seraient en relation avec la complexité de l’organisme vivant Forme des astrocytes : Homme vs Souris Nombre d’astrocytes par neurone corps cellulaires neurones astrocytes Nedergaard, Ransom et Goldman, 2003 Oberheim et al. 2006 Plusieurs types d’astrocytes 7 2e composante: Les microgliocytes (cellules gliales) Cellules qui assurent la défense immunitaire du SNC Fonction de Phagocytose : Les microgliocytes contiennent des lysosomes : - Éliminent les débris de cellules mortes («digestion cellulaire») - Détruisent les micro-organismes envahisseurs Microgliocyte Neurone 8 3e composante: Les oligodendrocytes (cellules gliales) - Système nerveux central (SNC): Oligodendrocytes Gaine de myéline axonale : -Entoure l’axone du neurone -Formée d’oligodendrocytes (SNC) - Jonction entre les cellules : nœud de Ranvier 9 4e composante: Les cellules épendymaires (cellules gliales) Cellules qui recouvrent les cavités ventriculaires du SNC Fonctions : Assurer la circulation du liquide céphalo-rachidien (LCR) Image: http://www.inserm.fr/tout-en-images/cellules-gliales-et-neurones Inserm, Yasmina Saoudi 10 Les 4 composantes de la névroglie: -Astrocytes; -Microgliocytes; -Oligodendrocytes; -Cellules épendymaires 11 Le Neurone Formée par les oligodendrocytes 12 Neurone oligodendrocyte 3 parties majeures Soma/corps cellulaire Soma Axone Dendrites Intégration des signaux; Maintenance du neurone Émission de signaux vers d’autres cellules, gaine de myéline Réception des signaux chimiques des autres cellules 13 Le neurone et ses organites Noyau : Code génétique (chromosomes) Mitochondrie : Produit de l’énergie (ATP) à partir d’oxygène et de glucose Réticulum endoplasmique rugueux (corps de Nissl) Synthèse protéique par les ribosomes (+ abondant dans les neurones que tout autre type de cellule) Réticumum endoplasmique lisse (fixé à l’appareil de Golgi) : Sans ribosome, Synthèse d’hormones, stéroides et de lipides Appareil de Golgi : Stockage des protéines synthétisées; prépare les vésicules pour le transport Microtubule : Transport dendritique/axonal de substances (ex. protéines pour former les neurotransmetteurs dans les boutons terminaux) Neurofilament: Charpente de support 14 Neurone et classification Plusieurs types de neurones Classification selon les aspects structurels Nombre de neurites Arborisation des dendrites & Forme du soma Neurone pyramidal pseudo Neurone étoilé La plupart des neurones 15 Le neurone Unité de communication Le neurone est électro-chimique 16 Image de Greg Dunn repéré ici : https://chroniques-architecture.com/neurones-les-intelligences-simulees-des-oeuvres-et-une-fiction/ Potentiel de repos et Potentiel d’action Un potentiel c'est : Une distribution différentielle des charges électriques de part et d’autre de la membrane. Les cellules qui sont susceptibles de générer des potentiels d’action ont une membrane dite excitable. Potentiel d' action (PA) = changements au niveau de la membrane du neurone. 2 états 17 Le potentiel de repos Différence de potentiel électrique en l'absence de stimulation -70 L’intérieur du neurone est plus négatif que l’extérieur 4 catégories d’ions Na+ (sodium) K+ (potassium) Cl- (Chlore) A- (protéines) Le neurone est dit polarisé Il dispose d'une charge électrique 18 Potentiel de repos Des forces homogénéisantes et les propriétés de la membrane neuronale déterminent la distribution des ions de part et d’autre de cette dernière Membrane semi-perméable 1) 2 forces homogénéisantes 2) 2 propriétés de la membrane neuronale 19 Les forces homogénéisantes : charges électriques Gradient de concentration => Force de diffusion Les molécules ont tendance à se distribuer également dans un milieu Mouvement aléatoire 20 Les forces homogénéisantes : charges électriques Gradient de charge => Force électrostatique Les ions de mêmes charges se repoussent, ceux de charges différentes s’attirent 21 Alors pourquoi -70 mV au potentiel de repos? 1) Membrane semi-perméable Processus Passif Processus qui ne requiert pas d’énergie de la cellule Au repos, les ions K+ et Cl- passent aisément la membrane (canaux ioniques relativement ouverts) Les ions Na+ passent difficilement (canaux ioniques moins ouverts) Les A- restent à l’intérieur 2) Pompe Sodium-Potassium (Na+/K+) Processus qui demande de l’énergie à la cellule Rejette vers l’extérieur les ions Na+ qui réussissent à entrer Renvoie vers l’intérieur les ions K+ qui réussissent à sortir 22 - La membrane cellulaire du neurone Couches de Phospholipides (2) + Canaux ioniques Canaux ioniques spécialisés Mouvement ionique transmembranaire continuel 23 Alors pourquoi -70 mV au potentiel de repos? 1) Membrane semi-perméable Processus qui ne requiert pas d’énergie de la cellule Au repos, les ions K+ et Cl- passent aisément la membrane (canaux ioniques relativement ouverts) Les ions Na+ passent difficilement (canaux ioniques moins ouverts) Les A- restent à l’intérieur 2) Pompe Sodium-Potassium (Na+/K+) Processus Actif Processus qui demande de l’énergie à la cellule Rejette vers l’extérieur les ions Na+ qui réussissent à entrer Renvoie vers l’intérieur les ions K+ qui réussissent à sortir 24 - Expériences de Hodgkin et Huxley (Années 50) Mécanisme actif impliqué dans le maintien du potentiel de repos. Celui-ci sort constamment les ions de Na+ et entre les K+  3 Na+ pour 2 K+ 3 Na+ out pour 2 K+ in 25 Le neurone et le maintien du potentiel de repos Le gradient de concentration (force de diffusion) Le gradient de charge (force électrostatique) La membrane semi-perméable (processus passif) La pompe sodium-potassium (processus actif) Ces quatres éléments maintiennent le potentiel de repos du neurone Que se passe-t-il lorsque le neurone bascule dans son autre état, celui dit en action Le neurone et le potentiel d’action 26 2 états repos et action Le neurone Maintien du potentiel de repos Le gradient de concentration (force de diffusion) Le gradient de charge (force électrostatique) La membrane semi-perméable (processus passif) La pompe sodium-potassium (processus actif) Le potentiel d’action 27 Le mode de communication du neurone Électro-chimique  Le neurone émet un potentiel d'action (PA) (phase électrique)  À l'issue du PA, il y a la libération de neurotransmetteurs via la transmission synaptique (phase chimique)  Ces signaux seront captés par le neurone suivant et ils induiront ce qu'on appelle des réponses graduées (PPSE-PPSI) (phase électrique)  Si la modification du potentiel électrique du neurone est suffisant (dépasse un certain seuil), le 2e neurone générera aussi un potentiel d'action  Et ainsi de suite, …. 28 Le neurone est électro-chimique Nous verrons maintenant ces 3 éléments: Potentiel d'action (PA) (électrique) Transmission synaptique (chimique) PPSE/PPSI (électrique) chimique Transmission synaptique PA électrique PPSE/PPSI électrique Transmission synaptique PPSE/PPSI Et ainsi de suite, …. PA Canaux ioniques voltage-dépendant Canaux ioniques ligand-dépendant Neurotransmetteur (ligand) pause Le potentiel d’action PA 31 Du potentiel de repos au potentiel d’action Si le potentiel membranaire passe de -70mV à -65mV au niveau du segment initial de l’axone: Un Potentiel d’Action (PA) sera généré Potentiel de la membrane Les phases du potentiel d’action +50mV 0mV -65mV -70mV Modification de la polarité qui déclenchera le PA membrane à +50mV Le potentiel d’action correspond à un bref renversement du potentiel de repos 32 Loi du tout-ou-rien / Non-décrémentiel 33 Les périodes réfractaires (PR) - Période réfractaire absolue : - Incapacité de générer un PA D = depuis l’atteinte du seuil de décharge jusqu’à la repolarisation au potentiel de repos - Période réfractaire relative : Durée du PA : 1ms Durée du PR : 1-2ms Voltage (µV) -Nécessité de dépolarisation supérieure pour atteindre le seuil de décharge -Durant l’hyperpolarisation F = depuis la fin de la repolarisation (E) jusqu’à la stabilisation au potentiel de repos (H) 34 La propagation du PA Conduction axonale saltatoire Seuil atteint = PA Le PA généré se propage que dans une direction : Il ne peut pas revenir en arrière Axones myélinisés, PA "saute" de nœud en nœud La vitesse dépend : grosseur des axones, présence de myéline 35 Comportement électrique des neurones Un potentiel d'action (PA) a toujours la même amplitude (non décrémentiel) La fréquence des potentiels d’action traduit l’intensité de l’activité neuronale Stimulation électrique Stimulation électrique Stimulation électrique -70 mV 36 La transmission synaptique 37 Le neurone est électro-chimique chimique Transmission synaptique PA électrique PPSE/PPSI électrique Transmission synaptique PPSE/PPSI Et ainsi de suite, …. PA Canaux ioniques voltage-dépendant Canaux ioniques ligand-dépendant Neurotransmetteur (ligand) 38 Transmission Synaptique Deux types de synapses Les synapses électriques Via des jonctions dites étroites (3nm) = échange d’ions Les synapses chimiques Chez l’être humain: type de synapses en écrasante majorité Membranes pré et post-synaptiques séparées de 20-50nm Divers types de neurotransmetteurs permettent la communication 39 Transmission synaptique Dépolarisation du bouton terminal provoquant l’ouverture de canaux calciques voltage-dépendants, donc l'entrée de Ca2+ Exocytose : Fusion des vésicules sur la membrane présynaptique et libération des neurotransmetteurs dans l'espace synaptique Liaison des neurotransmetteurs aux récepteurs post-synaptiques (l’info va à l’autre neurone) 40 Transmission synaptique Récepteur: protéine associée à une catégorie de neurotransmetteurs Liaison neurotransmetteur-récepteur => Ouverture d’un canal chimio-dépendant Réponse instantanée 41 Transmission synaptique Liaison des neurotransmetteurs aux récepteurs post-synaptiques Mais aussi : Dégradation enzymatique Recapture pré-synaptique Liaison à un autorécepteur Diffusion passive 42 Plusieurs types de neurotransmetteurs et de neuropeptides 43 Systèmes de neurotransmission 44 Les PPSE et PPSI 45 Le neurone est électro-chimique chimique Transmission synaptique PA électrique PPSE/PPSI électrique Transmission synaptique PPSE/PPSI Et ainsi de suite, …. PA Canaux ioniques voltage-dépendant Canaux ioniques ligand-dépendant Neurotransmetteur (ligand) 46 Réponses Graduées et Décrémentielles Potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) : - Liaison de neurotransmetteur excitateur à un récepteur postsynaptique -Ouverture de canaux sodiques chimio-dépendants : Entrée de Na+ -Dépolarisation membranaire (-70 mV vers le positif) -Augmente la probabilité d’émission des PA - Potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI) : -Liaison de neurotransmetteur inhibiteur à un récepteur postsynaptique -Ouverture de canaux chloriques/potassiques chimio-dépendants : Entrée de Cl- ou Sortie du K+ -Hyperpolarisation membranaire (-70 mV vers le négatif) -Diminue la probabilité d’émission des PA 47 Comment un PA est généré ? Potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) dépolarise + Potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI) - hyperpolarise Potentiel d'Action (PA) 48 Intégration Combinaisons des potentiels Addition dans l’espace (sommation spatiale) Addition dans le temps (sommation temporelle) Le PA est une réaction du tout ou rien déclenchée par des réponses graduées (PPSE) PPSE/PPSI : Décrémentiel 49 Exemples Sommation spatiale Sommation temporelle 50 Simplification des divers mécanismes Certaines exceptions/variations 51 Diapositive supplémentaire Aide à la compréhension pour les PA vs PPSE/PPSI PA (Potentiel d'action) PPSE/PPSI Propagation non-décrémentiel (loi du tout-ou-rien) Propagation décrémentiel (s'atténue de façon exponentielle avec l’éloignement de leur site de production) Processus actif : mode de fonctionnement/communication du neurone Canaux ioniques : Voltage-dépendant Processus passif : le neurone reçoit ses signaux en provenance d'autres neurones Canaux ioniques : P.ex. ligand-dépendant (le message chimique se transforme en énergie électrique) 52 Enfin, mentionnons que les molécules actives (par exemple les drogues, médicaments) viennent modifier la transmission synaptique d'un ou de plusieurs types de neurotransmetteurs 53 Facilitation et inhibition de la transmission synaptique Une drogue/molécule active module la transmission synaptique - Mécanismes agonistes à un neurotransmetteur (augmente la transmission): - Promotion de la synthèse du neurotransmetteur -Inhibition d’enzymes de dégradation du neurotransmetteur -Mécanismes antagonistes à un neurotransmetteur (diminue la transmission): -Inhibition de la synthèse du neurotransmetteur - Promotion d’enzymes de dégradation du neurotransmetteur -Augmentation de la libération de neurotransmetteur -Blocage de l’exocytose - Blocage des autorécepteurs -Blocage de récepteurs postsynaptiques - Activation de récepteurs postsynaptiques -Activation des autorécepteurs -Blocage de recapture présynaptique - Promotion de la recapture présynaptique - 54 Système dopaminergique système de la récompense Molécules actives qui augmentent la transmission dopaminergique Effets agonistes *Nicotine, THC, Cocaine, Amphétamine, Héroine/Opiacés Exemples supplémentaires: Café : Mécanismes Adénosinergiques (antagoniste) Botox : Acétylcholine (paralysie musculaire - antagoniste) Traitement L-DOPA - Maladie Parkinson (agoniste DA) 55 Résumé: SNC : substance blanche, substance grise, système ventriculaire Cellules gliales (névroglie) et les Neurones Neurones (unité fonctionnelle du cerveau) – différents types, différents organites – Potentiel de repos 2 forces homogénéisantes; Membrane semi-perméable (passif); la Pompe SodiumPotassium (processus actif) – Potentiel d’action Le seuil d’excitation, les différentes phases La propagation des PA et la conduction saltatoire – – Les synapses et la transmission synaptique Différents types de neurotransmetteurs et de neuropeptides – Les réponses graduées (PPSE, PPSI) (transformation de la réponse chimique en potentiel électrique) – Effets agonistes /antagonistes des drogues sur la transmission synaptique 56 Fin du cours #2 Merci pour votre attention 57 Diapositives supplémentaires Pas matière à examen 59 Illustration Microfilament/Neurofilament Illustration Wikipedia 60 Transmission synaptique Boutons terminaux a) b) a) Synthèse des Neuropeptiques b) Synthèse des amines et acides aminés (neurotransmetteurs) b) Phénomène de colocalisation 61 Il y a des canaux ioniques voltage-dépendant : PA Il y a des canaux ioniques chimio-dépendant : transmission synaptique Le message du PA est éléctrique, il se transforme en réponse chimique par la libération des neurotransmetteurs. La transmission synaptique permet au second neurone d'émettre une réponse électrique qui est soit PPSE ou PPSI La boucle continue jusqu'à ce qu'un autre PA soit émis, se propage, induit l'exocytose, etc 62