Message nerveux, Synapse Dr Saïd Rouhani Service de Physiologie-Explorations Fonctionnelles, Hôpital Cochin Cours de physiologie 1 9 octobre 2014

Objectifs de ce cours Ce cours a pour objectifs de faire connaître à l’étudiant(e) : Les différents types de synapse La structure de la synapse Les principaux neurotransmetteurs Les principaux mécanismes de la neurotransmission

Ce n’est pas la taille du cerveau qui détermine l’intelligence mais son degré de complexité. Le cerveau humain comprend environ 100 milliards de neurones et chacun peut établir une dizaine de milliers de connexions.

Neurone

Histoire Théorie réticulaire (Golgi): Il existe une continuité cytoplasmique entre les neurones Théorie neuronale (Cajal): Les neurones sont séparés, sans continuité C’est la théorie neuronale qui s’est avérée exacte.

Synapse en microscopie électronique Mithocondrie Vésicule synaptique Membrane pré-synaptique Membrane post-synaptique Synapse situé dans le cortex cérébral (rat) Copyright H. Jastrow

Synapse en microscopie électronique

Définition de synapse C’est le point de jonction entre deux neurones ou un neurone et une cellule effectrice. C’est un lieu privilégié pour le contrôle de la transmission du signal d’un neurone à l’autre où il peut être bloqué ou modifié.

Types de synapse Il y a deux grandes variétés de synapses selon le mode d’interaction entre neurones : Électriques : peu nombreux au niveau du SNC. Chimiques : en fait la plus grande partie des synapses du SNC de l’être humain. La transmission est : dans les neurones électriques bidirectionnelle , continue et instantanée dans les neurones chimiques toujours unidirectionnelle : d’un neurone pré-synaptique à un neurone post-synaptique. Ceci assure une transmission précise du message dans le système nerveux ou vers les organes effecteurs.

Types de synapse Synapses électriques Caractérisés par des canaux protéiques qui font communiquer les cytoplasmes de deux cellules adjacentes synchronisant leur activité électrique. Ce sont les jonctions communicantes ou « Gap Junctions »

Types de synapse Synapses électriques : Jonction étroite : 3 nm Canaux formés de l’association de pores présents dans chacune des membranes Transmission rapide d’ions et de molécules de petite taille

Types de synapse Synapses chimiques : Des synapses neuro-neuronales, réalisant la jonction entre deux neurones : Axono-dendritiques Axono-somatiques Axono-axoniques Dendro-dendritiques

Neurone

Types de synapse Synapses chimiques : Des synapses neuro-effectrices, réalisant la jonction entre un neurone (moteur) et une cellule effectrice: Cellule musculaire (jonction neuromusculaire) Cellule sécrétrice d’une glande

Structure de la synapse Terminaisons présynaptiques Elles se trouvent en très grand nombre, de 80 à 95% sur les dendrites et de 5 à 20% sur le soma Elles ont un aspect de protubérance, ronde ou ovale en microscopie électronique Elles contiennent deux structures importantes : les vésicules remplies de neuromédiateurs et des mitochondries

Structure de la synapse Membrane des neurones post-synaptiques Elle contient un grand nombre de récepteurs de neurotransmetteurs, dits ligand dépendants, constitués de deux parties : Une partie ligante faisant saillie à l’intérieur de la fente synaptique Une partie ionophore traversant la membrane et qui est de deux types: Des canaux ioniques : cationiques et anioniques Des protéines dont la face intracellulaire est couplée à d’autres protéines (protéines G) activateurs du système des seconds messagers Récepteurs excitateurs ou inhibiteurs Inhibition Excitation La fente synaptique entre la terminaison synaptique et la membrane postsynaptique

Transmission synaptique

Devenir du neurotransmetteur

Neurotransmetteurs synaptiques A action rapide , petites molécules : Acétylcholine, Noradrénaline, adrénaline, dopamine sérotonine, histamine Acides aminés NO A action lente : neuropeptides

Neurotransmetteurs synaptiques Médiateurs types petites molécules Neuropeptides Synthèse dans les terminaisons pré-synaptiques Stockage dans de petites vésicules des terminaisons Exocytose rapide dans la fente synaptique sous l’effet d’un seul potentiel d’action Action post-synaptique rapide Fixation sur récepteurs des canaux ioniques Modification de la conductance des canaux ioniques ou stimulation des enzymes activateurs des récepteurs Synthèse dans les soma neuroniques au niveau des ribosomes du réticulum endoplasmique : propeptide Stockage dans de grosses vésicules de l’appareil de Golgi et transformation en peptide actif Exocytose lente suite à une stimulation soutenue Action post-synaptique lente Fixation sur récepteurs couplés aux protéines G

Neurotransmetteurs synaptiques Médiateurs types petites molécules Neuropeptides Site de libération directement dans la fente synaptique Action synaptique propre Disparition rapide de la fente synaptique : Se liant à un récepteur Métabolisés par une enzyme Recaptées rapidement Site de libération peut être loin de la fente synaptique Modulation de l’activité synaptique Disparition lente Ne sont pas recaptés et peuvent ainsi diffuser loin de la fente synaptique Peuvent être détruite par des peptidases

Neurotransmetteurs (petites molécules) Neurotransmetteurs dérivés des acides aminés : Monoamines Catécholamines Autres Purines (ATP) Gaz (NO, CO) PETITES MOLECULES Acétylcholine Monoxyde d’azote Monoxyde de carbonne

Monoamines Figure 12-9 Biosynthesis of some common small transmitter molecules.

Acétylcholine Secrétée par les neurones de la plupart des régions cérébrales : Les terminaisons des grandes cellules pyramidales du cortex moteur Les neurones des noyaux gris centraux Les motoneurones innervant les muscles squelettiques Les neurones pré-ganglionnaires du système nerveux autonome Les neurones post-ganglionnaires du système nerveux para-sympathiques et certains sympathiques Effet dans la plupart des cas excitateur, parfois inhibiteur (nerf vague/cœur)

Sérotonine Secrété par les neurones du tronc cérébral : le raphé médian, ses projections se font vers de nombreux aires cérébrales et de la moelle épinière (hypothalamus et corne dorsale de la moelle épinière) Effet inhibiteur, intervient dans le contrôle de l’humeur et le sommeil

Histamine Secrété par des neurones de l’hypothalamus postérieur se projetant vers l'ensemble du cerveau, du tronc cérébral et de la moelle épinière. Effet excitateur, rôle important dans le maintien de l’éveil

Catécholamines Noradrénaline Adrénaline Figure 12-9 Biosynthesis of some common small transmitter molecules. Adrénaline

Noradrénaline Secrétée par : De nombreux neurones du tronc cérébral et de l’hypothalamus : En particulier le locus cœruleus situé dans la protubérance et qui envoie de nombreux neurones à de vastes régions du cerveau (exemple d’action : élévation du niveau d’éveil) La plupart des neurones post ganglionnaires du système nerveux sympathique Effet le plus souvent excitateur, parfois inhibiteur

Dopamine Secrétée par les neurones dont l’origine est situées dans la substance noire, les terminaisons dans la région striatale des noyaux gris centraux Effet d’ordinaire inhibiteur

SMALL-MOLECULE NEUROTRANSMITTERS Amino Acids Glutamate Gamma aminobutyric acid (GABA) Glycine Aspartate Neuro-inhibiteur Neuro-excitateur

Autres neurotransmetteurs dérivés des acides aminés Glutamate Secrété dans les terminaisons de neurones de nombreuses aires corticales et voies sensorielles Effet excitateur Aspartate Secrété dans les terminaisons de neurones de la formation réticulée mésencéphalique et du système thalamique diffus Effet excitateur, rôle dans l’éveil

Autres neurotransmetteurs dérivés des acides aminés GABA Secrété par les terminaisons nerveuses des aires corticales, des noyaux gris centraux, du cervelet, de la moelle épinière Effet inhibiteur Glycine Secrété au niveau de la moelle épinière

Monoxyde d’azote (NO) Présent dans les aires cérébrales responsables des comportements et de la mémoire à long terme. Synthèse instantanée en fonction des besoins. Il n’est pas préformés et pré-stockés. Diffusion rapide et large à l’extérieur du neurone et dans la fente synaptique, n’a pas pour cible unique le neurone post-synaptique. Action sur les fonctions métaboliques entrainant la modification de l’excitation neuronale pendant des secondes, des minutes ou plus longtemps.

Neuropeptides (neurotransmetteurs & neurohormones) Figure 12-10 Structure of some neuroactive peptides. All peptides are presented with their NH2 termini (i.e., the first to be synthesized) to the left, as is now customary for proteins in general. However, note that for many of the peptide hormones, the amino-acid residues were numbered before this convention was established. The p on the amino-terminal glutamate on some of these peptides stands for "pyroglutamate."

La liaison du neurotransmetteur au récepteur membranaire de la cellule post-synaptique va créer un potentiel post-synaptique (PPS) excitateur (PPSE) ou inhibiteur (PPSI). K+ Cl- Na+ Ca2+ [-90 à –65 mV]

Action du neurotransmetteur Dépolarisation de la membrane Hyperpolarisation de la membrane Si les cations (+) pénètrent dans la cellule Le milieu intracellulaire devient moins négatif Le voltage du potentiel membranaire augmente (-65 à -45 mV) La cellule est plus facile à dépolariser Donne naissance à un potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) Si des anions (–) pénètrent dans la cellule : Le milieu intracellulaire devient plus négatif et l’extracellulaire plus positif Le voltage du potentiel membranaire diminue La cellule devient plus difficile à dépolariser jusqu’au seuil Donne naissance à un potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI)

Action du neurotransmetteur Dépolarisation de la membrane Hyperpolarisation de la membrane Ceci est fonction du type de neurotransmetteur et du récepteur

Transmission synaptique Pr AT DINH-XUAN Transmission glutamatergique UE8-TC6

Hypothèse monoaminergique de la dépression Actions des inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (ISRS) Hypothèse monoaminergique de la dépression Actions des ISRS Déficit en sérotonine (5-HT) Somatodendritique présynaptique, près du corps cellulaire Synaptique à la terminaison du neurone Diminution du taux de décharge du neurone Hypersensibilisation des récepteurs pré et post-synaptique Blocage de la pompe de recapture de la sérotonine Augmentation de la 5-HT somato-dendritique Désensibilisation des autorécepteurs 5-HT1A somato-dendritiques Mise en route des PA neuronaux Augmentation de la libération de la 5-HT au niveau de la terminaison axonale Désensibilisation des récepteurs 5-HT2A, postsynaptiques

Jonction neuromusculaire

Jonction neuromusculaire Unité fonctionnelle où le nerf commande au muscle de se contracter. Transformation d'un potentiel d'action du motoneurone en un potentiel d'action au niveau de la fibre musculaire. Le neuromédiateur physiologique est l'acétylcholine, synthétisée dans la terminaison axonale du neurone moteur. L’influx nerveux gagnant la terminaison axonale, entraîne la fusion des vésicules avec la membrane axonale et libère l'acétylcholine dans la fente synaptique. Inactivation rapide de l'acétylcholine, dégradée par une enzyme spécifique, l'acétylcholinestérase qui peut être inhibée par des anticholinestérasiques (néostigmine) augmentant la durée de vie de l'acétylcholine utilisation dans la myasthénie

Jonction neuromusculaire Fixation de l'acétylcholine en postsynaptique sur un récepteur nicotinique. Modification de la conformation du récepteur avec l'ouverture d'un canal intra-membranaire et diffusion d'ions Na+ et K+ de part et d'autre de la membrane musculaire. Propagation de cette dépolarisation localisée (potentiel de plaque) à toute la fibre musculaire. Présence de récepteurs nicotiniques présynaptiques (terminaison axonale) : rôle déterminant dans la régulation de la libération de l'acétylcholine. Les curares en occupant les récepteurs provoquent une paralysie musculaire réversible par inhibition de la transmission neuromusculaire