Le traitement de l’information par le cerveau s’appuie essentiellement sur le codage 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 communication neuronale. Une fois le neurone pré-synaptique stimulé par un signal 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 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 particulièrement, le rôle de certains récepteurs du glutamate, un neurotransmetteur présent dans 80 % des neurones du cerveau.

S'intéressant à la dynamique 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 ou de stimulation 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, 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.

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.

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 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.

 

 

                                © Philippe Legros et Daniel Choquet / CNRS (ces visuels 
                                sont disponibles auprès de la photothèque du CNRS,
                                phototheque@cnrs-bellevue.fr)

                                Reconstruction 3D de neurones superposée avec une 
                                représentation schématique des récepteurs diffusant 
                                à leur surface.

 

 

                                             © Daniel Choquet / CNRS

                                 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.

                                 © Magali Mondin et Daniel Choquet / CNRS

                                 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 blanche à l'extrémité des épines 
                                 denderitiques indique l'accumulation de récepteurs

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 : c'est ce que l'on appelle la dépression synaptique. Plus la fréquence de stimulation est élevée, plus cette dépression augmente également.

Références :

Surface Mobility of Post-synaptic AMPARs Tunes Synaptic Transmission. Martin Heine, Laurent Groc, Renato Frischknecht, Jean-Claude Béïque, Brahim Lounis, Gavin Rumbaugh, Richard L. Huganir, Laurent Cognet and Daniel Choquet. Science. 11 avril 2008.

Contacts :

Chercheur
Daniel Choquet
T 05 57 57 40 90
dchoquet@u-bordeaux2.fr

Presse
Priscilla Dacher
T 01 44 96 46 06
priscilla.dacher@cnrs-dir.fr

Une équipe INSERM vient de démontrer la présence de cellules souches dans la moelle épinière adulte. Une « première » qui, selon les auteurs, « pourrait à terme déboucher sur une utilisation thérapeutique pour réparer la moelle épinière. »

Cette dernière, située dans le prolongement du cerveau à l’intérieur de la colonne vertébrale, joue un rôle absolument essentiel. Elle assure en effet aussi bien le fonctionnement des neurones moteurs indispensables à la réalisation des mouvements, que la transmission des signaux sensitifs ou le contrôle des viscères. Or actuellement, les lésions qui affectent le « câblage » des neurones sont considérées comme irréversibles…

L’intérêt de cette découverte, c’est qu’elle permettra peut-être à partir de ces cellules souches, de fabriquer des cellules qui rétabliront le contrôle et le fonctionnement des neurones ! Ce travail considérable est le fruit d’une collaboration entre trois équipes de Montpellier : celles de Jean-Philippe Hugnot à l’Université, d’Alain Privat à l’INSERM (Unité 583) et de Luc Bauchet (neurochirurgien au CHU).

La route est encore longue, mais cette avancée pourrait, dans les prochaines années se transformer en espoir pour bien des patients. Notamment les victimes de traumatisme médullaire, ou les patients souffrant de sclérose latérale amyotrophique (SLA).