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Posté par Michel le Lundi 14/04/2008 à 00:00
Le mécanisme d’une transmission fidèle de l’information neuronale
Les récepteurs des neurotransmetteurs se déplacent très rapidement. Une mobilité qui joue un rôle primordial, et jusqu'à présent insoupçonné, dans le passage de l'influx nerveux d'un neurone à l'autre. Ce mouvement contrôle ainsi la fidélité de transfert de l'information. C'est ce que viennent de démontrer des chercheurs du laboratoire "Physiologie cellulaire de la synapse" (CNRS / Université Bordeaux 2) coordonnés par Daniel Choquet, directeur de 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 scientifique...) au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).

Permettant de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la transmission neuronale, ces travaux suggèrent de nouvelles cibles thérapeutiques pour les troubles neurologiques et psychiatriques qui dépendent d'une mauvaise communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la...) entre neurones (maladie de Parkinson, Alzheimer, TOC…). Fruits d'une collaboration avec des physiciens du Centre de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) moléculaire optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) et hertzienne (CPMOH, CNRS / Université Bordeaux 1) et des équipes allemandes et américaines (1), ils ont été publiés le 11 avril 2008 dans Science.


Reconstruction 3D de neurones superposée avec une représentation schématique
des récepteurs diffusant à leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...).
© Philippe Legros et Daniel Choquet / CNRS (photothèque du CNRS)


Le traitement de l’information par 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...) s’appuie essentiellement sur le codage (De façon générale un codage permet de passer d'une représentation des données vers une autre.) des données par des variations de la fréquence d’activité des neurones. Une "bonne" communication implique donc une transmission fidèle de ce "code" au niveau des connections entre neurones, les synapses. Classiquement, cette jonction comprend un élément pré-synaptique, d'où provient l'information, et un élément post-synaptique, qui reçoit cette information. C’est là que se 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...) la communication neuronale. Une fois le neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de « neurone » fut introduit dans le...) pré-synaptique stimulé par un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières....) électrique de fréquence précise, il libère des messagers chimiques dans la synapse: les neurotransmetteurs. Et la réponse ne se fait pas attendre ! Ces neurotransmetteurs se fixent au niveau de récepteurs spécifiques, ce qui provoque un changement de l’activité électrique du neurone post-synaptique et la naissance d’un nouveau signal.

La mobilité des récepteurs contrôle la fidélité de la transmission neuronale

Travaillant à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir...) physique-biologie, les équipes bordelaises de Daniel Choquet, directeur de recherche CNRS au laboratoire "Physiologie cellulaire de la synapse" (2) en collaboration étroite avec celle de Brahim Lounis du Centre de physique moléculaire optique et hertzienne (3) étudient la transmission synaptique et, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) particulièrement, le rôle de certains récepteurs du glutamate, un neurotransmetteur (Les neurotransmetteurs, ou neuromédiateurs, sont des composés chimiques libérées par les neurones (et parfois par les cellules gliales) agissant sur d'autres neurones, appelé neurone postsynaptique, ou, plus...) présent dans 80 % des neurones du cerveau.

S'intéressant à la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de ces récepteurs, les chercheurs viennent de révéler qu'une simple modification de leur mobilité a un impact considérable sur la transmission synaptique à haute fréquence, c'est-à-dire à des fréquences entre 50 et 100 Hz (ce sont celles qui interviennent lors des processus de mémorisation, d'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...) ou de stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la stimulation par un...) sensorielle). Plus précisément, ils établissent que cette mobilité permet le remplacement en quelques millisecondes des récepteurs désensibilisés par des récepteurs "naïfs" au niveau de la synapse. Ce phénomène réduit la dépression synaptique (4) et permet aux neurones de transmettre l’information à plus haute fréquence. A l’inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...), si les récepteurs sont immobilisés, cette dépression augmente notablement, ce qui empêche la transmission de l’influx nerveux dans les synapses au-delà d’une dizaine de Hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du système international (SI). Elle est équivalente à une...).

Allant plus loin, les scientifiques ont démontré que des séries prolongées de stimulation haute fréquence, qui induisent une augmentation du taux de calcium dans les synapses, provoquent l'immobilisation des récepteurs. Ils ont aussi prouvé que ces séries de stimulation diminuent la capacité des neurones à transmettre une activité à haute fréquence. La mobilité des récepteurs est donc corrélée à la fréquence de transmission synaptique, et par conséquent, à la fidélité de cette transmission.


Schéma du modèle d'une synapse résumant le principal résultat mis en évidence.
Quand un terminal pré-synaptique (en bleu) est stimulé par une série de potentiels d'action,
le neurotransmetteur glutamate est libéré dans la fente synaptique (points rouges).
Il se lie à des récepteurs du glutamate sur le neurone post-synaptique (jaune)
et cela déclenche des courants ioniques (traces rouges),
qui excitent le neurone post-synaptique.
Si les récepteurs du glutamate sont mobiles (côté gauche),
l'échange rapide des récepteurs permet une transmission fidèle de l'information.
Lorsque ces récepteurs sont immobiles (côté droit),
la réponse post-synaptique devient déprimée.
© Daniel Choquet / CNRS

Une véritable avancée pour la recherche

Dans des conditions normales de fonctionnement du cerveau, on peut supposer que l'immobilisation des récepteurs, suite à une série de stimulation haute fréquence, est un mécanisme de sécurité. Il permettrait d’éviter que la série suivante ne surexcite le neurone post-synaptique. Une transmission fidèle de l'information entre deux neurones est bien entendu cruciale pour le bon fonctionnement du cerveau. De prime importance, ces résultats suggèrent que certains dysfonctionnements de la transmission neuronale sont dus à un défaut de stabilisation des récepteurs. Or, la stimulation électrique à haute fréquence de certaines régions du cerveau est utilisée pour traiter la maladie de Parkinson (La maladie de Parkinson est une maladie neurologique chronique affectant le système nerveux central responsable de troubles essentiellement moteurs d'évolution progressive.) ou des troubles obsessionnels compulsifs (TOC). Son mécanisme d’action, aujourd’hui mal connu, pourrait faire intervenir la mobilité des récepteurs. Ces travaux permettent donc d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et augurent d'éventuels médicaments pour traiter les troubles neurologiques et psychiatriques, résultant bien souvent d'une mauvaise communication entre neurones.


Image de fluorescence d'un neurone marqué avec trois couleurs:
un marqueur présynaptique (bleu), un post-synaptique (rouge)
et les récepteurs du glutamate (vert).
La couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) blanche à l'extrémité des épines denderitiques
indique l'accumulation de récepteurs.
© Magali Mondin et Daniel Choquet / CNRS

Notes:

(1) Ces équipes appartiennent aux Leibniz Institute, Magdeburg et Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore
(2) CNRS / Université Bordeaux 2.
(3) CPMOH, CNRS / Université Bordeaux 1.
(4) Lorsqu'un neurone pré-synaptique est stimulé à des intervalles rapprochés (fréquences élevées de l'ordre de 50-100 Hertz), la réponse post-synaptique diminue en général au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.): c'est ce que l'on appelle la dépression synaptique. Plus la fréquence de stimulation est élevée, plus cette dépression augmente également.


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Source: CNRS
Illustrations: Voir légendes