Plasticité de la plasticité synaptique

Certaines synapses de l'hippocampe sont reconnues pour leur inaptitude à la potentialisation à long terme des récepteurs synaptiques du glutamate, plasticité fondamentalement impliquée dans le processus de mémorisation. Des chercheurs de l'Institut interdisciplinaire de neurosciences (IINS, CNRS/Université Victor Segalen/Université Bordeaux 1) montrent que ces synapses peuvent devenir compétentes pour une telle plasticité, mettant en évidence un phénomène nouveau de "plasticité de la plasticité synaptique". Ces travaux ont été publiés dans la revue Nature neuroscience.


L'efficacité du transfert d'informations synaptiques dans le cerveau est modulable selon des échelles de temps allant de la milliseconde à plusieurs heures, voire des jours. On parle de plasticité synaptique, phénomène depuis longtemps considéré comme un élément fondamental de la mémoire. En particulier, l'apprentissage entraîne des changements durables d'efficacité synaptique dans certains réseaux de neurones et l'inhibition de la plasticité synaptique pendant un apprentissage affecte la mémoire de cet évènement.

De très nombreuses études ont analysé les mécanismes moléculaires et cellulaires de la plasticité synaptique, en prenant comme modèle les synapses excitatrices de l'hippocampe, qui utilisent le glutamate comme neurotransmetteur. La libération de ce neurotransmetteur au niveau des synapses entraine l'activation de récepteurs du glutamate de deux types, les récepteurs AMPA et les récepteurs NMDA. Les propriétés fonctionnelles qui distinguent ces récepteurs leur font jouer un rôle fondamentalement différent dans la plasticité synaptique (potentialisation à long terme) et donc la mémoire. La potentialisation à long terme (LTP) est un processus de renforcement synaptique qui correspond à une augmentation d'amplitude de la réponse post-synaptique à la suite d'une intense activation concertée de la synapse. De manière schématique, les récepteurs NMDA, du fait de leur forte perméabilité au calcium, sont essentiels à l'induction de la LTP, mais ne sont pas sujets à potentialisation. Les récepteurs AMPA sont quant à eux, les cibles principales de cette plasticité: leur nombre s'accroît dans la zone post-synaptique, entrainant une augmentation du signal post-synaptique. Les processus mis en jeu sont complexes et font intervenir phosphorylation par la calmoduline kinase II, exocytose et stabilisation des récepteurs AMPA par des protéines d'ancrage au niveau post-synaptique.

Alors que la grande majorité des synapses glutamatergiques suivent les mêmes mécanismes de LTP, certaines synapses n'apparaissent pas compétentes pour exprimer cette plasticité en conditions basales. C'est le cas des synapses entre les neurones du gyrus denté et les cellules pyramidales de CA3, qui constituent le premier niveau de traitement des informations corticales dans l'hippocampe. Dans un travail antérieur, l'équipe de Christophe Mulle à l'IINS a démontré que ces synapses, appelées "fibres moussues hippocampiques", présentent une forme de plasticité qui se traduit par une augmentation durable des récepteurs NMDA, en réponse à de brèves stimulations des afférences mimant un patron commun d'activité physiologique des neurones pré-synaptiques. En revanche, ce protocole n'induit aucune LTP des récepteurs AMPA, malgré le renforcement de la réponse NMDA. Cependant, les chercheurs montrent aujourd'hui que si les synapses hippocampiques sont préalablement amorcées par une potentialisation des réponses NMDA, elles deviennent alors aptes à obéir aux mécanismes conventionnels de la LTP, comme les autres synapses glutamatergiques. On parle ici de métaplasticité, ce qui renvoie à la notion de "plasticité de la plasticité synaptique".

La découverte de ce phénomène suggère que certaines synapses ont un fonctionnement relativement figé, mais que suite à un amorçage permis par la métaplasticité, elles deviennent compétentes, pendant un temps donné, pour exprimer la plasticité synaptique. Les scientifiques tentent à présent de comprendre quelles sont les situations comportementales dans lesquelles un conditionnement préalable du réseau permet à cette importante connexion synaptique d'être engagée dans un processus de plasticité et donc de mémoire.