A. Interneurones épineux dans le hilus et le stratum lucidum de la région CA3 B. Le bouton synaptique moussu avec plusieurs zones actives (flèches).
C. Schéma des connections entre les boutons moussus et les interneurones épineux par l’intermédiaire de filopodes.
D. Filopodes moussus visualisés par imagerie bi-photonique.
cellules pyramidales et des interneurones. En plus de la CCK, certaines d’entre-elles expriment la calbindine. Ces cellules sont principalement activées de façon feed-forward par les collatérales de Schaffer dans la région CA1 (Pawelzik et al., 2002).
I.3.7 Les interneurones du stratum lacunosum moleculare associés à la voie perforante
Le corps de ces cellules est situé dans le stratum lacunosum moleculare à la limite du stratum radiatum. Leur arbre dendritique, généralement bipolaire, est principalement orienté horizontalement. Certaines branches traversent cependant le stratum radiatum pour atteindre le stratum pyramidale tandis que d’autre traversent la fissure hippocampique pour atteindre le stratum moleculare du gyrus dente. L’axone, également orienté horizontalement, arborise principalement dans le stratum lacunosum moleculare (Fig. 8F; Vida et al., 1998).
I.3.8 Les interneurones associés au système des fibres moussues
On distingue trois grands types de synapses formées par les fibres moussues : (1) les boutons synaptiques géants, formés au niveau des excroissances épineuses des cellules moussues du hilus et des cellules pyramidales de la région CA3, qui contiennent plusieurs zones actives (14 en moyenne Amaral and Dent, 1981; Fig. 9B); (2) des boutons synaptiques plus petits formés au niveau des interneurones du hilus et de la région CA3; (3) des synapses formées également sur les interneurones épineux du hilus et du stratum lucidum de la région CA3 mais par l’intermédiaire de filopodes qui s’étendent à partir des boutons synaptiques moussus géants (Acsady et al., 1998; Tashiro et al., 2003; Fig. 9C et D). Chaque cellule granulaire contacte un plus grand nombre d’interneurones inhibiteurs que de cellules excitatrices. Ainsi, dans le hilus, chaque fibre moussue contacte environ 10 cellules moussues, mais forme 140 à 150 synapses avec les interneurones inhibiteurs du hilus (Acsady et al., 1998). De même, dans la région CA3, une fibre moussue contacte un petit nombre de cellules pyramidales de CA3 (entre 10 et 18) en formant un seul bouton synaptique par cellule pyramidale en moyenne, mais forme entre 40 et 50 synapses avec les interneurones du stratum lucidum. Donc l’activation de la voie des fibres moussues aurait un effet globalement inhibiteur au niveau du hilus et de la région CA3 de l’hippocampe. Cependant, comme les cellules pyramidales de CA3 reçoivent les afférences d’une cinquantaine de cellules granulaires, on peut imaginer que la coactivation d’un ensemble de cellules granulaires aura un effet excitateur important sur un petit nombre de cellules pyramidales de la région CA3
tout en inhibant la majeure partie d’entre-elles (Henze et al., 2000; Lawrence and Mcbain, 2003).
Récemment, deux types d’interneurones ayant des relations anatomiques privilégiées avec le système des fibres moussues ont été décrits. Le premier type d’interneurone se caractérise par un corps cellulaire et un arbre dendritique entièrement contenu dans les zones où arborisent les fibres moussues : le hilus du gyrus denté et le stratum lucidum dans la région CA3 (Gulyas et al., 1992; Soriano and Frotscher, 1993; Fig. 9A). Ces neurones ne sont pas observés dans la région CA1 de l’hippocampe (Gulyas et al., 1992). Une autre caractérisitique importante de ces cellules est le fait que leur arbre dendritique est entièrement couvert d’épines (Gulyas et al., 1992; Soriano and Frotscher, 1993). Ces cellules peuvent être identifiées par le fait qu’elles expriment spécifiquement une protéine chélatrice du calcium : la calrétinine en association avec un neuropeptide : la somatostatine (Gulyas et al., 2003). Dans le gyrus denté, l’axone de ces neurones arborise dans le hilus et dans le stratum moleculare. Dans la région CA3, leur axone arborise principalement dans le stratum lucidum et le stratum radiatum mais peut traverser le stratum pyramidale pour rejoindre le stratum oriens (Martinez et al., 1999;Spruston et al., 1997). Ces cellules seraient une cible privilégiée des fibres moussues (Acsady et al., 1998). Une étude récente montre également qu’une partie de ces cellules pourraient projeter en dehors de l’hippocampe vers le septum où elles contacteraient principalement des interneurones (Gulyas et al., 2003). Le second type d’interneurone a été récemment observé dans le stratum lucidum de la région CA3 (Vida and Frotscher, 2000). Le corps cellulaire de ces neurones est également contenu au niveau du stratum lucidum mais, contrairement au premier type, les dendrites de ces neurones sont lisses (sans épines) et orientés radialement. Ainsi elles traversent toutes les couches de l’hippocampe du stratum oriens au stratum lacunosum moleculare. Ce qui fait leur singularité est leur arborisation axonale étendue qui recouvre très précisément le stratum lucidum de la région CA3 (Vida and Frotscher, 2000). A ce niveau, ils forment des synapses inhibitrices GABAergiques avec les dendrites des cellules pyramidales de CA3.
I.3.9 Les cellules hippocampo-septales
Ces cellules innervent principalement d’autres interneurones dans différentes régions de la formation hippocampique et dans le septum median (Gulyas et al., 2003). Dans le stratum oriens des régions CA1 et CA3, ces cellules ont des dendrites horizontaux et expriment la somatostatine et la calbindine mais pas la calrétinine. Dans le stratum lucidum de
la région CA3 et dans le hilus ces cellules expriment la somatostatine et la calrétinine et correspondent aux interneurones ayant des dendrites couverts épines (Gulyas et al., 2003). I.3.10 Les cellules interneurones spécifiques de type 1 (IS-1)
Ces cellules sont immunopositives pour la calrétinine et faiblement pour les récepteurs mGluR1α (voire chapitre II) mais, contrairement aux interneurones associés au système des fibres moussues, elles n’expriment pas la somatostatine et leurs dendrites sont lisses. On trouve leurs corps cellulaire dans toutes les couches de la formation hippocampique et leurs dendrites arborisent principalement au niveau du stratum lucidum, du stratum radiatum et du stratum oriens (Gulyas et al., 1996). Ces cellules seraient principalement activées par les collatérales de schaffer dans la région CA1 et par les fibres associatives commissurales dans la région CA3 (Acsady et al., 1996b; Gulyas et al., 1996). Une des caractéristiques de ces dendrites est qu’ils sont en contact étroit entre-eux parfois sur plus de 100 µm de longeur. A ce niveau, des images de microscopie électronique montrent des zonula adhérentia au niveau desquelles on observe parfois des jonctions communicantes (Gulyas et al., 1996). Leur axone est principalement observé au niveau des strata radiatum et lucidum, mais peut parfois innerver le stratum pyramidale et le stratum oriens. Cet axone contacte exclusivement d’autres interneurones souvent du même type mais aussi des cellules en panier contenant la CCK et des interneurones contenant la calbindine.
I.3.11 Les cellules interneurones spécifiques de type 2 (IS-2)
Ces cellules ont un corps cellulaire au niveau du stratum radiatum à la limite du stratum lacunosum moleculare. Elles expriment le peptide vasoactif intestinal (VIP+) mais pas la calrétinine (CR-). Leurs dendrites sont restreints au stratum lacunosum moleculare où ils arborisent généreusement (Acsady et al., 1996b; Acsady et al., 1996a). Ces cellules seraient donc préférentiellement activées par les fibres en provenance du cortex entorhinal (ibid). Leur axone, organisé en branches perpendiculaires à la couche des cellules principales, innerve exclusivement le stratum radiatum. Les cellules IS-2 forment des synapses GABAergiques avec des interneurones du même type, les interneurones IS-1, et avec des interneurones contenant la calbindine dans le stratum radiatum (ibid). Un autre type de cellule IS-2 a été décrit. Leur corps cellulaire se trouve dans le stratum pyramidale et leur arbre
dendritique, perpendiculaire à la couche des cellules principales, traverse toutes les couches jusqu’au stratum lacunosum moleculare (Gulyas et al., 1996).
I.3.12 Les cellules interneurones spécifiques de type 3 (IS-3)
Ces cellules sont à la fois VIP+ et CR+. Leur corps cellulaire se situe dans la couche des cellules pyramidales ou dans le stratum radiatum au niveau de l’hippocampe et dans la couche des cellules granulaires ou dans le stratum moleculare dans le gyrus denté. Leur dendrite apical monte verticalement jusqu’au stratum lacunosum moleculare où il arborise en un certain nombre de collatérales(Acsady et al., 1996b;Acsady et al., 1996a). Leurs axones se dirigent directement vers le stratum oriens où ils arborisent abondamment. A ce niveau, ils forment de nombreuses synapses GABAergiques avec les dendrites des interneurones O-LM qui y arborisent (Acsady et al., 1996a;Ferraguti et al., 2004). Ces interneurones pourraient être principalement activés par les fibres en provenance du cortex entorhinal et contrôler en retour, par l’intermédiaire des O-LM, l’arrivée d’information en provenance du cortex entorhinal au niveau des cellules pyramidales (Acsady et al., 1996b;Acsady et al., 1996a).
I.4. Principales afférences et efférences de la formation hippocampique I.4.1. Afférences externes
Comme nous l’avons vu, les cellules principales sont principalement contactées par des afférences en provenance de l’hippocampe contra-latéral, du cortex entorhinal. En plus de ces afférences, les cellules de l’hippocampe reçoivent des afférences en provenance de plusieurs grands systèmes neuromodulateurs : (i) des afférences cholinergiques en provenance du septum médian. Ces afférences contactent principalement des cellules principales au niveau du gyrus denté et de l’hippocampe. Seules 5 à 10 % des cibles seraient des interneurones. Ces afférences joueraient un rôle dans la genèse des rythmes théta au sein de la formation hippocampique (activités synchrones ayant une fréquence moyenne autour de 8-10 Hz). (ii) Des afférences sérotoninergiques qui proviennent principalement du noyau médian du raphé mais également du noyau dorsal (Lidov et al., 1980; Kosofsky and Molliver, 1987; Tork, 1990). Ces afférences projettent principalement dans la région sous-granulaire du gyrus denté et au niveau du stratum lucidum de la région CA1. (iii) Des afférences noradrénergiques en provenance du locus coeruleus, particulièrement dense dans les régions
contactées par les fibres moussues : le hilus du gyrus denté et le stratum lucidum de la région CA3 ainsi qu’au niveau du stratum lacunosum moleculare de la région CA1 (Loy et al., 1980; Morrison et al., 1979; Oleskevich et al., 1989; Moudy et al., 1993). D’autres afférences proviennent des corps supramammillaires qui forment une bande dense au niveau de la couche moléculaire interne du gyrus denté et le stratum oriens des régions CA3a et CA2 (Stanfield and Cowan, 1984; Vertes, 1992; Magloczky et al., 1994). Ces afférences contactent principalement le corps cellulaire et les dendrites des cellules granulaires. Enfin, la formation hippocampique reçoit des afférences histaminergiques en provenance des noyaux tuberomamillaires (Panula et al., 1989), dopaminergiques en provenance de l’aire tegmentale ventrale (Verney et al., 1985) et des afférences amygdalienne au niveau de la région CA1 (Caffe et al., 1987).
I.4.2. Efférences
En plus des projections déjà décrites vers l’hippocampe contra-latéral et le subiculum, la principale voie efférente de l’hippocampe est le fornix qui prolonge la fimbrilla. Cet important réseau de fibres sur la face dorsale de la formation hippocampique chez l’homme (Fig. 1A et B) projette vers différentes structures du système nerveux comme le noyau accumbens, la formation réticulée, l’aire préoptique et le tronc cérébral.