aux cations, et extraite d’une algue (Chlamydomonas reinhardtii), activée à une longueur d’onde de 470 nm. Chez cet organisme elle contrôle la phototaxie, un déplacement vers la lumière, favorable à la photosynthèse. La Channelrhodopsine possède un rétinal, une des formes de la vitamine A, capable d’absorber la lumière. Non illuminé, le rétinal se présente sous une conformation inactive, le canal ChR2 est fermé. Illuminé, il y a absorption de photons, le rétinal change de conformation, et s’en suit une série de réactions photochimiques et structurelles, aboutissant à l’ouverture du canal et le passage de cations (57) Exprimée dans un neurone, la Channelrhodopsine est inactive lorsqu’elle n’est pas illuminée. La protéine-canal s’ouvre sous l’influence de la lumière, entrainant une dépolarisation de la cellule nerveuse, qui conduit ultimement à la génération de potentiels d’actions.
Récemment, deux études montrent qu’il est possible d’induire directement une DCE par optogénétique sur souris anesthésiée ou vigile, en activant les neurones où l’expression de la ChR2 est dirigée par le promoteur Thy1, qui s’exprime largement dans les cellules neuronales. La photo-stimulation transcrânienne induit une modification du profil électrophysiologique (enregistrement extracellulaire) similaire à celle d’une DCE induite par injection de KCl, avec perturbation des fonctions motrices et du comportement chez la souris vigile (58, 59).
Le but était donc de se servir d’une lignée de souris transgéniques exprimant la ChR2 uniquement dans les neurones GABAergiques, (cf. Matériel et Méthodes) afin d’activer massivement ces neurones GABAergiques inhibiteurs, générer une hyperexcitabilité du réseau neuronal dans le néocortex et induire une DCE.
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2. M ODULATION MUSCARINIQUE DE LA
D EPRESSION C ORTICALE E NVAHISSANTE
La migraine est un désordre complexe et un problème d’excitabilité du réseau cortical est un mécanisme pathologique possible, causé par une perturbation de la balance excitation-inhibition menant à une hyperexcitabilité neuronale.
Dans le cerveau physiologique, les oscillations sont impliquées dans un panel de fonctions, de la cognition à la motricité. Chez les mammifères, parmi les oscillations les plus étudiées, celles observées durant la phase de sommeil lent (non-REM sleep) ont la particularité de présenter une alternance d’état HAUT et BAS (UP/DOWN state) à un rythme lent compris entre 0,2 et 1 Hz, et où l’état HAUT est caractérisé par la présence rythmique d’activité synaptique et de décharges de potentiels d’action. En l’absence d’entrée sensorielle, le cerveau présente une activité spontanée, L’UP/DOWN State en fait partie (figure 19).
L’UP/DOWN state a été souvent étudié chez des animaux anesthésiés par uréthane ou d’autres anesthésiques qui induisent des oscillations lentes dans le cortex similaires à celles qui sont observées pendant le sommeil ou l’anesthésie. Cet état se réfère à un ensemble de propriétés cellulaires et de réseau qui entrainent les neurones à répondre aux entrées synaptiques en deux étapes. La plupart des travaux sur l’UP/DOWN state est réalisé sur des coupes de tissus. Les neurones peuvent présenter un comportement (binaire) à cause de leurs propriétés intrinsèques ou parce qu’ils sont au sein d’un réseau qui le leur imposent, ou les deux.
Si l’origine de ce phénomène n’est pas encore connue de façon précise, les transitions entre UP et DOWN sont attribuées aux propriétés intrinsèques du réseau. Les transitions sont pratiquement abolies par des bloqueurs pharmacologiques comme les antagonistes aux récepteurs au glutamate, et totalement abolies par le traitement simultané d’antagonistes des récepteurs au glutamate et au GABA. Chez le chat anesthésié, la durée de l’UP/DOWN state est réduite de façon drastique par des antagonistes mAChRs (récepteurs muscariniques à l’acétylcholine), suggérant un rôle du système cholinergique dans la génération de la phase UP.
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Figure 24 Enregistrements d’états UP/DOWN dans la couche V du cortex auditif sur tranches de cerveau traitées avec du carbachol ; en rouge un enregistrement en potentiel de champ, en bleu le signal filtré, en noir un enregistrement intracellulaire (depuis Lörincz et al, 2015)
L’Ach est synthétisée à partir de la choline et d’acéthylCoa. La choline est pompée activement dans le milieu par les terminaisons axonales, tandis que l’acéthylCoA provient de la dégradation du glucose dans les mitochondries. Cette synthèse est catalysée par la choline transférase, elle-même synthétisée dans le corps cellulaire et véhiculée jusqu’au niveau des terminaisons synaptiques par le flux axonal antérograde. Le neuromédiateur est ensuite stocké au niveau des vésicules pré synaptiques par un système de transport actif.
On distingue deux types principaux de récepteurs cholinergiques différents, selon la nature des substances agonistes : les récepteurs nicotiniques, activés par la nicotine et les récepteurs muscariniques stimulés par la muscarine (figure 20).
Les récepteurs nicotiniques à l’acétylcholine sont actuellement parmi les récepteurs de NM les plus connus. Ce sont des protéines canaux dont l’ouverture est contrôlée par la présence d’Ach et qui sont spécifique aux cations. Ces récepteurs sont constitués de 5 sous unités protéiques formant une structure en tube d’un poids moléculaire total d’environ 300kDa. Chaque protéine possède 2 sous unités alpha identiques, susceptibles de se combiner avec l’Ach au niveau de sites spécifiques localisés sur une région de la protéine tournée vers le compartiment extracellulaire. Leur ouverture entraine donc une dépolarisation importante de la membrane. L’ouverture de la protéine canal laissant le libre passage aux cations, nécessite la fixation de deux molécules d’Ach sur les deux sites de combinaisons des sous-unités alpha.
Les différentes sous unités possèdent chacune quatre domaines hydrophobes qui traversent la membrane. Ces quatre types de sous unités possèdent un nombre important de séquences d’acides aminés homologues, ce qui fait penser qu’elles proviennent d’une même protéine ancestrale.