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Posté par Adrien le Samedi 16/01/2016 à 00:00
Cerveau: comment l'équilibre excitation/inhibition est-il maintenu ?
Des chercheurs de l'Ecole Normale Supérieure et de l'Institut des sciences du cerveau RIKEN à l'Université de Nagoya-Japon ont découvert comment des perturbations de la transmission inhibitrice dans les synapses neuronales pouvaient être corrigées. Ces résultats, publiés dans la revue Cell Reports, montrent que l'intensité de la transmission inhibitrice est régulée par la transmission excitatrice en déclenchant une libération de calcium stocké au niveau du réticulum endoplasmique. Les déséquilibres excitation/inhibition dans les synapses neuronales sont liés à des troubles physiopathologiques, en particulier l'épilepsie, des douleurs neuropathiques et certaines formes d'autisme (Le terme autisme tend a désigner aujourd'hui un trouble affectant la personne dans trois domaines principaux:) et de schizophrénie (Le terme de schizophrénie regroupe de manière générique un ensemble d'affections psychiatriques présentant un noyau commun, mais dites différentes quant à leur présentation et leur...). La découverte des mécanismes sous-jacents à cette régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de l'excitabilité neuronale ouvre la voie pour des approches pharmacologiques innovantes dans le traitement de ces maladies.


Figure: Contrôle différentiel (Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative aux besoins d'un ensemble mécanique.) de l'inhibition GABAergique par la transmission excitatrice Glutamatergique.
© Antoine Triller

Tout comme on utilise un thermostat (Un thermostat est un système assurant une température constante. Cela peut être un dispositif passif (type bouteille thermos) ou bien un appareil qui sert a réguler une...) pour assurer une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) équilibrée dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...) donné, différents processus biologiques maintiennent l'équilibre, ou homéostasie, du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.), depuis la température et le taux d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) jusqu'aux taux d'hormones et de sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce extraite de la canne à sucre" (Chrétien de Troyes, Le Chevalier au lion). Il est majoritairement formé d'un composé nommé...) dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le plasma est la substance fondamentale et est présent chez la plupart des animaux....) circulant. Dans le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité...), le maintien d'un équilibre entre les phénomènes d'excitation et d'inhibition dans les circuits neuronaux est important tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long de la vie (La vie est le nom donné :) pour assurer un fonctionnement harmonieux du système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les mouvements...).

Des chercheurs de l'École Normale Supérieure et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) des sciences du cerveau du RIKEN à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Nagoya (Nagoya (????; -shi) est la quatrième plus grande et la troisième plus prospère des villes du Japon. Situé sur la côte Pacifique dans la région du Chubu, au centre d'Honshu, c'est la capitale de la préfecture d'Aichi. Et le...) Japon ont découvert comment des connexions inhibitrices perturbées pouvaient être restaurées. Ce travail montre que les synapses inhibitrices sont stabilisées par la transmission excitatrice qui déclenche dans les neurones la libération de calcium à partir du réticulum endoplasmique.

Les déséquilibres entre excitation et inhibition dans le cerveau sont à l'origine de nombreux troubles physiopathologiques, en particulier certaines formes d'épilepsie. De même, certaines formes d'autisme sont liées à un dysfonctionnement des connexions inhibitrices. Une des molécules clés qui régule (Les régules sont des alliages d'étain ou de plomb et d'antimoine.) cet équilibre inhibition/excitation dans le cerveau est le neurotransmetteur (Les neurotransmetteurs et les neuromédiateurs sont des substances chimiques libérées par les neurones agissant sur d'autres neurones ou plus rarement sur d'autres types de cellules (comme les...) inhibiteur GABA. Lorsque ce dernier se lie à ses récepteurs, il réduit l'excitabilité des neurones et module le fonctionnement des réseaux. L'intensité de l'inhibition est dépendante de la localisation de ces récepteurs sur la membrane du neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de « neurone » fut...). Les récepteurs du GABA sont regroupés sur les synapses, l'activation (Activation peut faire référence à :) continue des récepteurs excitateurs par le neurotransmetteur glutamate, comme cela se produit au cours de l'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes ou de...) et/ou de la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.), ou encore de l'épilepsie, conduit à une augmentation du calcium intracellulaire, ce qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) une dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences...) des récepteurs et réduit d'autant l'intensité de l'inhibition des neurones.

La régulation homéostatique résulte d'un retour des récepteurs inhibiteurs qui sont en permanence réassemblés, dans les synapses. Ceci maintient l'équilibre excitation/inhibition nécessaire au bon fonctionnement des propriétés cognitives. Pour mieux comprendre ce phénomène, les chercheurs se sont intéressés à une autre voie de signalisation, également activée par l'excitation et qui joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle important dans le développement du cerveau et le contrôle de la croissance neuronale. Dans ce processus, le glutamate se lie au récepteur dit "métabotropique" et conduit à la libération de calcium depuis les réserves intracellulaires et active ainsi des voies spécifiques de régulation. En utilisant le suivi de particules uniques par des méthodes super résolutives, l'équipe a montré qu'après libération, le calcium interagissant avec la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine...) kinase C promeut le regroupement des récepteurs GABA à la synapse. Ces résultats montrent que le glutamate active des récepteurs et des voies de signalisation calcique distinctes en fonction du type d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) excitatrice pour contrôler de manière efficace l'excitation.

On a donc une situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le qualifier...) apparemment paradoxale où le même neurotransmetteur excitateur qui déclenche la dispersion des récepteurs du GABA à partir de la synapse, peut également les stabiliser en utilisant différentes voies de signalisation. Les chercheurs ont également montré comment ces phénomènes sont impliqués lors d'un état de mal, une situation dans laquelle les crises d'épilepsie se succèdent sans récupération d'un état de conscience. Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) est déterminante pour le développement de stratégies thérapeutiques permettant de contrôler les déséquilibres physiopathologiques liés au dysfonctionnement de la régulation excitation/inhibition.

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Source: CNRS-INSB