La synapse chimique: une idée qui a pris du temps à s'imposer

Le physicien Étienne Klein dit souvent que ce qui importe encore plus que ce que l'on sait, c'est de comprendre comment on a su ce que l'on sait ! Il rappelle ainsi l'importance de faire de l'histoire des sciences pour montrer à quel point nos connaissances actuelles se sont souvent constituées à la suite de nombreuses expériences dans le débat et la controverse. Il en est ainsi de la synapse et des neurotransmetteurs, deux mots aussi communs que table et chaise pour les habitué.es de ce site ou toute personne qui s'intéresse un tant soit peu au fonctionnement de son système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des...). Pourtant leur mise en évidence ne s'est pas faite du jour au lendemain et a suscité des affrontements épiques entre certains scientifiques. Retour sur cette période importante pour les neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et...) qu'est le milieu du XXe siècle.


Car si le concept de synapse, outre le fait qu'il a rapport aux connexions entre les neurones, reste flou dans votre tête, vous pouvez vous rassurer en vous disant que c'était le cas d'à peu près tous les scientifiques de la première moitié du XXe siècle ! À partir du moment où le physiologiste anglais Charles Scott Sherrington a introduit le mot synapse en 1897, il y a eu un débat de près d'un demi-siècle sur la manière dont l'influx nerveux pouvait passer d'un neurone à un autre.

Parce cette controverse était en lien direct avec l'autre sur la nature du tissu nerveux dont j'ai déjà parlé ici et là. Ramon y Cajal avait ainsi amené de plus en plus d'évidence à l'effet que notre tissu nerveux n'était pas un continuum de fibres nerveuses mais était plutôt fait de neurones isolés. Et si l'opinion basculait progressivement vers cette conception de cellules nerveuses isolées, cela générait cependant un problème de taille. Car avec ce petit espace entre les neurones que personne n'était encore capable de visualiser à l'époque, mais qui devait exister selon Cajal et Sherrington, on se demandait comment l'influx nerveux pouvait alors "sauter" d'un neurone à l'autre.

Parce qu'avec l'ancienne vision, il n'y avait pas ce problème-là. On imaginait simplement que l'influx nerveux se propageait en continu d'une région à l'autre du réseau nerveux. Mais Sherrington croyait à son modèle encore purement théorique de la synapse parce qu'il avait entre autre déduit de ses travaux sur nos différents réflexes que la réponse motrice n'était pas aussi rapide qu'elle aurait dû l'être si la conduction nerveuse n'avait été que purement électrique. Et ce petit délai était explicable par ce qui se passait probablement au niveau de la synapse...

Pour comprendre comment on a découvert le pot aux roses, il faut remonter au début des années 1900 alors que différentes expériences suggèrent que des molécules comme l'adrénaline ou l'acétylcholine (L'acétylcholine, abrégée en Ach, est le premier neurotransmetteur découvert. Il...) peuvent produire le même effet que la stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs...) de nerfs. D'où l'idée mise de l'avant en particulier par le britannique Henry Dale que ces molécules étaient peut-être relâchées naturellement au bout des axones pour produire cet effet dans le corps.

Mais il fallut attendre jusqu'en 1921 pour qu'une expérience de l'Allemand Otto Loewi, paraît-il imaginée dans un rêve, viennent confirmer la chose. Loewi a isolé deux coeurs de grenouille (Le terme grenouille est un nom vernaculaire donné à certains amphibiens, principalement...) qu'il a mis dans du liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) physiologique, ce qui permet aux coeurs de continuer à battre. Il a stimulé le premier par le nerf vague qu'il avait conservé, et les battements du coeur ont ralenti, comme on le savait à l'époque. Mais la bonne idée de Loewi a été de prendre le liquide physiologique dans lequel baignait ce coeur et de le verser dans celui qui contenait l'autre coeur. Et comme il l'avait imaginé, le deuxième coeur a ralenti aussi, indiquant que c'était une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) diffusible qui produisait ultimement cet effet. Et le contraire marchait aussi d'ailleurs: après avoir stimulé les fibres nerveuses sympathiques du premier coeur et versé son liquide physiologique sur le second, celui-ci se mettait à battre plus vite.

Quelques années plus tard, Dale démontrait que ce qu'on appelait alors des médiateurs chimiques étaient sécrétés à toutes les synapses du système nerveux périphérique. Et il réussit à identifier l'acétylcholine comme la substance chimique qui était relâchée à la jonction neuromusculaire pour faire bouger nos muscles. Ces travaux ont valu à Dale et Loewi le prix Nobel de physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et...) ou médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) de 1936. Mais la controverse ne s'est pas terminée pour autant...

Entre alors en scène un autre personnage important de cette histoire, le neurophysiologiste australien John Eccles. Pour lui, il est très difficile de concilier la diffusion de molécules dans l'espace entre deux neurones et la grande rapidité de la transmission nerveuse qu'il avait pu apprécier grâce aux nouveaux oscillographes cathodiques dont il disposait à partir de 1935. Et pendant près de 20 ans, Eccles se fit donc l'un des plus ardents pourfendeurs de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) chimique de la transmission synaptique.

Eccles se faisait toutefois un devoir de concevoir ses expériences de manière à ce qu'elles puissent, si c'était le cas, réfuter ses hypothèses, comme le préconisait le philosophe des sciences Karl Popper (Karl Raimund Popper (28 juillet 1902 à Vienne, Autriche - 17 septembre 1994) est l'un des plus...) duquel il était proche. Cette intégrité scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) allait mener un revirement spectaculaire dans la carrière de Eccles. En août 1951, il démontre lui-même que la baisse de potentiel de membrane qu'il enregistre avec ses microélectrodes ne pouvait pas être induite électriquement. Par conséquent, seules des médiateurs chimiques, qu'on allait bientôt appeler neurotransmetteurs (des neurotransmetteurs inhibiteurs dans ce cas-ci), pouvaient provoquer les "hyperpolarisations" observées dans certains neurones.

Lors d'une réunion de la Physiological Society de Londres en 1951, Eccles admit, à la surprise générale, qu'il avait acquis la conviction, suite à ses récentes expériences, que c'est son grand rival Henry Dale qui avait raison: la transmission nerveuse impliquait une étape chimique au niveau de la synapse ! Cela demeure un exemple souvent cité de ce que doit être une démarche scientifique bien menée, et l'ouverture à la remise en question qu'elle nécessite constamment. D'ailleurs Eccles a obtenu conjointement le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1963 avec Hodgkin et Huxley. Dans les années 1950, bien d'autres scientifiques vont s'intéresser à la transmission synaptique.