Résumé Adam M.Roumani

SYNAPSES

A-Définition :

La synapse est la zone de contact intercellulaire où s’effectue le transfert d’information. Le complexe synaptique est formé de trois parties :

Un élément présynaptique (toujours une cellule nerveuse).
Un élément postsynaptique (soit une cellule nerveuse soit une cellule effectrice).
Un espace ou fente synaptique.

B-Classification des synapses :

Selon le mode de fonctionnement :

Synapses chimiques

Une substance chimique, le neurotransmetteur ou neuromédiateur, est libérée par la fibre nerveuse présynaptique pour aller se fixer sur des récepteurs de la membrane postsynaptique. La transmission de l’information est unidirectionnelle.

Synapses électriques

Elles sont moins abondantes. Les interactions sont purement électriques grâce à des canaux protéiques qui unissent les membranes présynaptique et postsynaptique. La transmission de l’information est bidirectionnelle.

Selon la nature de l’élément postsynaptique :

Synapse neuro-neuronale

L’élément postsynaptique est une membrane de cellule nerveuse. La synapse peut être axo-somatique, axo-dendritique, axo-axonique et dendro-denritique.

Synapse neuro-effectrice

L’élément postsynaptique est une membrane de cellule effectrice : un muscle strié squelettique, cardiaque ou lisse, ou alors une glande.

Selon l’effet sur la membrane postsynaptique :

Synapses excitatrices

Lorsque l’activation de l’élément présynaptique induit une dépolarisation de la membrane postsynaptique.

Synapses inhibitrices

Lorsque l’activation de l’élément présynaptique induit une hyperpolarisation de la membrane postsynaptique.

Selon la nature du neurotransmetteur :

Synapses cholinergiques.
Synapses glutamatergiques.
Synapses gabaergiques.
Synapses dopaminergiques.
Synapses peptidergiques…

C-Physiologie des synapses électriques :

Leur présence est démontrée au niveau du SNC et du SNP. Les jonctions communicantes existent également au niveau des : cellules de la rétine, cellules du myocarde, fibres musculaires lisses, cellules de l’oreille interne, cellules non excitables.

Caractéristiques :

Sur le plan morphologique

La fente synaptique est très réduite (2 – 3 nm). L’on note la présence d’une jonction de type gap entre les membranes présynaptique et postsynaptique. Ce sont des systèmes de canaux qui font communiquer les cytoplasmes des deux cellules impliquées. Chaque canal est formé de deux hémicanaux ou connexons, chaque hémicanal appartenant à une cellule. Chaque connexon est formé de 6 molécules de connexines (dont il existe plusieurs types), formant un hexamère.

Sur le plan fonctionnel

Les courants ioniques passent d’une cellule à l’autre en empruntant les canaux des jonctions gap. Les variations du potentiel membranaire sont transmis directement, très rapidement, et souvent dans les deux sens, d’un neurone à l’autre, avec souvent une atténuation.

Importance fonctionnelle :

Ces synapses très rapides et très fiables permettent de synchroniser l’activité de plusieurs neurones en

interaction. Elles joueraient un rôle important lors de l’éveil du SNC après le sommeil ainsi que dans l’attention mentale et la perception consciente.

Une hypersynchronisation de l’activité neuronale peut entrainer des pathologies, c’est le cas de l’épilepsie.

Jonction gap :

Ce sont des jonctions intercellulaires à systèmes de canaux aussi appelés canaux cellule à cellule. Elles sont

perméables à d’autres molécules que les ions : citons l’ATP, l’AMPc, l’IP3…Ces substances peuvent également modifier l’excitabilité neuronale.

Au contraire des canaux voltage-dépendant, ou des canaux ligands-dépendants qui s’ouvrent pour quelques millisecondes, les jonctions gap peuvent rester ouvertes pendant quelques secondes à quelques minutes.

Les jonctions gap sont contrôlées par différents facteurs, notamment le potentiel de membrane, la concentration de H+ intracellulaire, et le Ca2+ intracellulaire. L’augmentation de ces deux derniers paramètres induit la fermeture des canaux.

Ils ont également des fonctions de nutrition des cellules.

En pathologie, il existe plusieurs mutations des gènes codant pour les connexines :

Une mutation de la connexine 32 des cellules de Schwann induit une atteinte des fibres nerveuses

périphériques.

Une mutation de la connexine 26 induit la surdité.

D-Physiologie des synapses chimiques :

Elles sont plus fréquentes au niveau du SNC.

Caractéristiques :

Sur le plan morphologique :

La synapse chimique contient une terminaison nerveuse présynaptique renfermant des vésicules synaptiques pleines de neurotransmetteurs. La membrane post synaptique quant à elle renferme des récepteurs sur lesquels se fixent les neurotransmetteurs. Les deux membranes sont séparées par une fente beaucoup plus large que celle de la synapse électrique (10 nm).

Sur le plan fonctionnel :

Lorsque le potentiel d’action atteint le corpuscule terminal du neurone présynaptique, il provoque l’ouverture des canaux calciques voltages dépendants. Il en résulte une entrée des ions Ca2+ du liquide interstitiel vers le corpuscule, suivant le gradient de concentration. Le Ca2+ induit la libération du neurotransmetteur

(préalablement stocké à l’intérieur de vésicules) dans la fente synaptique par exocytose.

Le neurotransmetteur ensuite diffuse à travers la fente et se lie à des récepteurs spécifiques localisés sur la membrane postsynaptique. Ainsi activé, le récepteur induit une modification de l’excitabilité du neurone postsynaptique dans le sens d’une dépolarisation s’il s’agit d’une synapse excitatrice ou d’une hyperpolarisation s’il s’agit d’une synapse inhibitrice. Il existe un court délai synaptique (1 à 2 ms) entre la dépolarisation présynaptique et la réponse post synaptique.

Des mécanismes interviennent alors en vue de la cessation des effets du neurotransmetteur.

Spécificités des neurotransmetteurs :

Il est présent au niveau de la terminaison présynaptique qui doit renfermer toutes les enzymes nécessaires à sa synthèse.
Il est libéré lors de l’activation de la terminaison présynaptique. Cette libération est Ca2+dépendante.
Il agit sur la membrane postsynaptique en induisant des effets similaires à ceux produits par la stimulation présynaptique.
Il doit exister des mécanismes pour faire cesser son action : recaptage, dégradation,
Sur le plan pharmacologique, les substances qui facilitent ou inhibent de façon compétitive les effets induits par la stimulation présynaptique doivent avoir les mêmes effets sur l’action de l’administration du médiateur.

Différents neurotransmetteurs :

Classés en deux groupes :

Les neurotransmetteurs classiques

- L’acétylcholine.
- Les monoamines : représentés par l’adrénaline, la noradrénaline, la dopamine, la sérotonine.
- Les acides aminés : comme le glutamate, l’aspartate, le GABA, la glycine…

Les autres neurotransmetteurs

Représentés par les peptides.

Il faut également citer le cas du NO (monoxyde d’azote). C’est un neurotransmetteur particulier car son action ne cible pas uniquement la membrane postsynaptique mais s’étend aux neurones environnants même si ils ne sont pas interconnectés par des synapses. Il jouerait un rôle dans la mémorisation à long terme.

E-Jonction neuromusculaire :

Définition :

La jonction neuromusculaire désigne la zone de contact entre la terminaison nerveuse du motoneurone et la fibre musculaire qu’elle innerve. Le contact se fait dans une région spécialisée de la membrane de la fibre musculaire appelée plaque motrice.

Composition :

L’élément présynaptique

Il est formé par la terminaison nerveuse de l’axone du motoneurone α. A l’approche de a plaque motrice, l’axone perd sa gaine de myéline et se divise en plusieurs ramifications, chacune forme à son extrémité de multiples varicosités en grappe appelés boutons synaptiques qui reposent sur la membrane de la fibre

musculaire. Cette terminaison renferme plusieurs vésicules synaptiques au sein desquelles sont stockées les molécules du neurotransmetteur : l’acétylcholine. L’on trouve également dans la terminaison plusieurs mitochondries.

La fente synaptique

C’est l’espace séparant les deux éléments présynaptique et postsynaptique. Il est occupé par la lame basale riche en acétylcholinestérase.

L’élément postsynaptique

Il est formé par la membrane de la fibre musculaire. Elle présente de nombreux replis formant l’appareil sous neural de Couteau. Au sommet des crêtes de ces replis se concentrent les récepteurs de l’acétylcholine et à leur base se situent les canaux sodiques voltage dépendants.

F-Fonctionnement de la jonction neuromusculaire :

Phénomènes présynaptiques :

Synthèse de l’acétylcholine

Elle est synthétisée dans le cytosol de la terminaison nerveuse à partir de l’acétylCoA et de la choline. La réaction est catalysée par la choline acétyltransférase (ChAT).

Stockage de l’acétylcholine

Une fois synthétisée, elle est stockée dans des vésicules synaptiques. Ces vésicules sont initialement formées dans le corps cellulaire du

motoneurone α à partir du réseau trans-golgien. Elles gagnent ensuite le bouton synaptique par transport antérograde des microtubules où elles se remplissent d’Ach. Les vésicules sont regroupées en deux pools : l’un de réserve et l’autre situé près de la membrane plasmique dans les zones actives prêtes à l’exocytose.

Exocytose

Elle est commandée par le Ca2+ qui joue un rôle primordial.

L’arrivée du PA au niveau de la terminaison présynaptique induit l’ouverture rapide des canaux Ca2+ voltage dépendants. Entrée des ions calcium à augmentation de la concentration du Ca2+ à déclenchement des phénomènes de fusion à la membrane et exocytose.

Ce mécanisme est en fait du à l’activation de certaines protéines, notamment la synaptotagmine vésiculaire, le complexe SNARE, la synaptobrévine vésiculaire, la SNAP25 et la syntaxine membranaire. Toutes ces protéines provoquent l’arrimage des vésicules synaptiques remplies d’Ach à exocytose.

Après l’exocytose, le Ca2+ intracellulaire diminue rapidement grâce à des mécanismes de pompage actif.

Il existe une hypothèse selon laquelle la libération d’une seule vésicule d’Ach donnait naissance à un potentiel de plaque motrice miniature ou PPMm. La quantité d’Ach libéré représente ainsi un quantum correspondant à environ 10 000 molécules. En modulant l’amplitude du PPM on a remarqué qu’elle correspondait à la somme d’un nombre entier de PPMm, dû à la libération d’un grand nombre de vésicules synaptiques, d’où le concept de la nature quantique de la libération du neurotransmetteur.

Phénomènes postsynaptiques :

Mise en évidence du PPM

Sur une préparation comportant un axone moteur innervant une fibre musculaire placée dans un liquide de Ringer, deux microélétrodes sont placées ; l’une au niveau de la plaque motrice et l’autre à quelques millimètres de là.

La stimulation de l’axone fait apparaitre un potentiel diphasique local qui est rapidement suivi d’un PA propagé. Cette dépolarisation dépasse le seuil de déclenchement du PA. Elle est donc appelée potentiel de plaque motrice ou PPM.

Caractéristiques du PPM

C’est un potentiel local (amplitude décroit en s’éloignant de la plaque motrice) gradué (intensité croit en fonction de l’intensité de la stimulation). Le PA synaptique induit toujours un PPM supraliminaire. L’on dit alors que le facteur de sécurité de la transmission neuromusculaire est très élevé.

Mécanismes ioniques

Le PPM est le résultat d’une modification de la perméabilité membranaire postsynaptique. Il est dû à une augmentation de la conductance de la membrane postsynaptique aux ions Na+ et K+. Ces ions vont se déplacer selon leur gradient électrochimique et faire tendre le potentiel membranaire vers une valeur comprise entre les potentiels d’équilibre des deux ions. La dépolarisation résulte du fait qu’il y ait plus d’ion Na qui entrent que d’ions K+ qui sortent.

Cet accroissement de la conductance est dû à la fixation des molécules d’acétylcholine sur des récepteurs ionotropes localisés au niveau des sommets des replis de la membrane postsynaptique.

La fixation de l’Ach sur le récepteur ouvre pendant un court instant un canal ligand-dépendant très sélectif qui ne laisse passer que les ions Na+ et K+. Le récepteur de l’Ach est appelé récepteur nicotinique du type musculaire. Il est bloqué de façon compétitive par le curare.

L’Ach est ensuite dégradée par l’acétylcholinestérase (présente au niveau de la fente synaptique) en acétate + choline. La choline est recaptée par la terminaison présynaptique au moyen d’un transport actif.

Courant unitaire

Le courant induit par l’activation d’un seul récepteur a été étudié en utilisant la méthode Patch-Clamp. Le canal présente deux états : un état ouvert après la fixation des deux molécules d’Ach, laissant passer les molécules de Na+ et de K+ puis un état fermé après le détachement de l’Ach.

Structure moléculaire du récepteur

C’est un complexe protéique composé de 5 sous-unités : 2α, 1 β, 1 γ et 1 δ disposées autour d’un canal central. Chaque sous-unité est constituée de 4 segments hydrophobes M1, M2, M3, M5, par lesquels elle s’ancre à la membrane. La fixation de 2 molécules d’Ach est nécessaire à l’ouverture du canal.

TRANSMISSION NEURO-NEURONALE

A-Introduction :

Comme la jonction neuromusculaire, la synapse neuro-neuronale se fait par l’intermédiaire de neurotransmetteurs. Elle est constituée d’un élément présynaptique et un élément postsynaptique, tous deux des neurones, séparés par une fente synaptique. Le rôle des neurotransmetteurs dans la transmission neuro-neuronale a été mis en évidence

par l’expérience de Loewi (1921) sur le tissu cardionecteur.

La synapse neuro-neuronale peut être axo-dendritique, axo-somatique ou axo-axonale.

B-Morphologie :

A l’extrémité de la membrane de la membrane présynaptique, l’on retrouve les vésicules synaptiques. Elles contiennent des neurotransmetteurs dont la libération va stimuler ou inhiber l’élément post-synaptique. Ces sites de libération sont appelés zones actives.

L’élément post-synaptique quant à lui se caractérise par une région dense appelée densité postsynaptique, qui contient les récepteurs spécifiques des neurotransmetteurs.

Morphologiquement, l’on distingue deux types de synapses :

Gray type I : densités pré et postsynaptiques importantes et zones actives Elles sont excitatrices.
Gray type II : densités et zones actives moins importantes, elles sont en général inhibitrices.

L’arrivée du potentiel d’action peut déterminer deux types de variations dans la membrane postsynaptique, selon la

nature du neurotransmetteur et selon le type de récepteurs :

Une dépolarisation : correspond à la stimulation du neurone postsynaptique. Le potentiel créé est appelé

potentiel postsynaptique excitateur (PPSE). Si ce dernier est supraliminaire, il peut donner naissance à un PA.

Une hyperpolarisation : dans ce cas, le neurone sera plus difficilement excitable. Le potentiel créé est appelé

potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI).

D-Synapse excitatrice et PPSE :

Libération du neurotransmetteur par exocytose à fixation du NT sur les récepteurs canaux de la membrane postsynaptique à changement de la perméabilité membranaire aux ions Na+ et K+ à dépolarisation à PPSE.

Mise en évidence :

Par Eccles en 1955. En passant un courant électrique à travers une microélectrode insérée à l’intérieur du corps cellulaire d’un neurone sensitif au niveau du ganglion de la racine dorsale de la moelle épinière, cela produit un PA qui va déclencher un PPSE au niveau du motoneurone innervant le muscle contrôlé par le neurone sensitif.

Caractéristiques électrophysiologiques :

- C’est un potentiel local.
- Délai synaptique de 0,3 à 0,5
- C’est un potentiel diphasique : une phase de montée rapide, une phase décroissante un peu plus
- Présente des propriétés de sommation spatio- temporelles.

La répétition de stimulations à intervalles réguliers permet d’atteindre le seuil de dépolarisation grâce à la sommation de plusieurs PPSE. L’on déduit :

Qu’il n’obéit pas à la loi du tout ou rien.
Qu’il est sommable.
Qu’il n’a pas de période réfractaire.

Mécanismes ioniques :

La fixation du neurotransmetteur sur le récepteur provoque l’ouverture de canaux locaux permettant l’entrée massive des ions Na+ à dépolarisation locale à PPSE.

Ces canaux présentent des caractéristiques :

Ils sont ligand-dépendants.
Ils ne sont pas bloqués par la TTX (tétrodotoxine).
Ils sont très larges (entrée simultanée de plusieurs cations).
Ils sont imperméables aux anions.

Récepteurs :

Le neurotransmetteur excitateur principal du SNC est le glutamate. Trois types de récepteurs glutamatergiques ont été identifiés, deux ionotropes et un métabotropes

Récepteurs ionotropes :
- Récepteurs NMDA : perméables au Na+, K+ et Ca2+. Activés par le N-méthyl-D-aspartate.
- Récepteurs non-NMDA : perméables au Na+, K+. Activés par le kaïnate.

Récepteurs métabotropes :

Ils sont liés aux protéines G. Ils vont stimuler un second messager qui va activer un canal ionique à distance.

E-Synapses inhibitrices et PPSI :

Mise en évidence :

Le potentiel d’action déclenche un PPSE dans un interneurone inhibiteur qui déclenche à son tour un PPSI au niveau du motoneurone qui innerve le muscle antagoniste.

Caractéristiques électrophysiologiques :

- C’est un potentiel local.
- Constitue un phénomène non propagé.
- Il n’est pas soumis à la loi du tout ou rien.
- Sujet à la sommation.
- Il ne possède pas de période réfractaire.

Mécanismes ioniques :

La fixation du neurotransmetteur sur son récepteur spécifique de la membrane postsynaptique conduit à l’ouverture des canaux Cl- (entrée massive) à hyperpolarisation locale à PPSI.

Ces canaux sont ligand dépendants et ne sont pas bloqués par le TEA (tétraéthylammonium).

Récepteurs :

Les principaux inhibiteurs du SNC sont le GABA (acide γ-aminobutyrique) et la glycine. Les benzodiazépines et les barbituriques sont deux classes importantes de médicaments qui peuvent activer les récepteurs GABAergiques.

F-Intégration synaptique :

Un même neurone peut être à la fois stimulé par une membrane présynaptique libérant un neurotransmetteur excitateur et inhibé par une autre membrane présynaptique libérant un neurotransmetteur inhibiteur. La membrane postsynaptique peut contenir donc des récepteurs excitateurs et inhibiteurs.

Les PPSE et PPSI possèdent des propriétés de sommation spatio-temporelle, ce qui implique qu’afin de déclencher ou pas un PA, la cellule postsynaptique doit effectuer des opérations complexes de sommation des PPS, c’est ce que l’on appelle l’intégration synaptique.

Même avec la sommation de l’ensemble des PPSE appliqués sur une dendrite, le PPS peut ne pas être suffisant pour générer un PA.

Types de sommation :

Il existe deux types de sommation :

Sommation spatiale : correspond à l’addition de tous les PPSE générés simultanément par plusieurs synapses sur une même dendrite.
Sommation temporelle : correspond à l’addition des PPSE générés sur une même synapse lorsqu’ils se succèdent repidement.

Facilitation et anti-facilitation :

La sommation de plusieurs PPSE successif peut parfois être insuffisante pour atteindre le seuil. La membrane est alors facilitée : le potentiel de membrane est alors plus près du seuil que lorsqu’elle est au repos, facilitant l’action excitatrice des messages suivant.

Inversement, l’on peut observer une diminution du pouvoir de réponse à la suite d’une stimulation conditionnante : c’est l’anti-facilitation ou occlusion.

Clinique 01 :

Syndrome de Lambert-Eaton C’est une affection auto- immune acquise associée dans 60% des cas à un cancer pulmonaire à petite cellule due à la présence d’auto anticorps dirigés contre les canaux Ca++ voltage dépendants présynaptiques de la JNM. Caractérisé sur le plan clinique essentiellement par une fatigabilité, sur le plan électro-physiologique par un incrément à la stimulation à fréquence élevée. Traité par 3-4 Diaminopyridine qui prolonge la durée du PA présynaptique en inhibant la sortie du K+ entrainant une facilitation de la libération d’ACh.

– Botulisme :

Il est lié à la consommation d’un aliment contaminé par la toxine botulique libérée par le bacille botulique (bactérie anaérobie) lors de sa lyse.

Caractérisé par une faiblesse musculaire pouvant aller jusqu’à la paralysie causant la mort par atteinte des muscles respiratoires. Le diagnostic est affirmé par la mise en évidence de la toxine dans le sérum du patient et

également dans l’aliment contaminé. En clivant certaine catégorie de protéine comme la synaptobrévine, la toxine botulique bloque la libération de l’Ach au niveau de la JNM.

Clinique 02 :

Myasthénie

Elle est due à des auto- anticorps dirigés contre les récepteurs à Ach de la plaque motrice. Caractérisée cliniquement par une fatigabilité et à l’EMG par un décrément à la stimulation répétitive à 3 hertz (diminution de l’amplitude du potentiel moteur induit par la stimulation électrique répétitive du nerf). Elle est traitée par des inhibiteurs de l’acétylcholinestérase.

Adam M.Roumani