III) GENESE DU POTENTIEL

(1)

Fabrice DUPRAT

Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire

Université de Nice Sophia-Antipolis Janvier 2003

NEUROPHYSIOLOGIE

(2)

2

PLAN DU COURS

I) MORPHOLOGIE DES NEURONES polarité des neurones

II) CROISSANCE DES NEURONES Cônes de croissance

III) GENESE DU POTENTIEL D'ACTION PA en current-clamp,la rétine, cellule ciliée

IV) TRANSMISSION DU SIGNAL DANS UN NEURONE

théorie du cable, potentiel électrotonique, propagation saltatoire, gliales, périodes réfractaires

V) TRANSMISSION DU SIGNAL ENTRE DEUX CELLULES

synapses chimiques, épine dendritique, plaque motrice, neurotransmetteurs, synapse électrique

VI) INTEGRATION DES SIGNAUX RECUS

seuil de déclenchement, sommations temporelle et spatiale, intégration des signaux

VII) CIRCUITS NEURONAUX

arc réflexe, racine dorsale, l’hippocampe VIII) PLASTICITE SYNAPTIQUE

Hebb, LTP dans l'hippocampe, mécanismes, mobilité des récepteurs et des épines dendritiques, roles

IX) HISTORIQUE

(3)

I) MORPHOLOGIE DES

NEURONES

(4)

4

Morphologies variées

Kandel "Principles of neural science", Mc Graw Hill

(5)

Polarité des neurones

(6)

6

Neurones multipolaires

(7)

Cellule de Purkinje du cervelet (Golgi Stain.)

Cellule pyramidale du CA1 de l’hippocampe

Photos de neurones multipolaires

(8)

8

II) CROISSANCE DES NEURONES

(9)

Cônes de croissance

Jontes et al. (2000), Nature Neuroscience 3-2

(10)

10

Croissance neuronale

Wichterle et al. (1997), Neuron 18

(11)

III) GENESE DU POTENTIEL

D'ACTION

(12)

12

Potentiel d’action en current-clamp

Courants:

Na²⁺ K⁺

Temps (ms) E_Na

E_K E_repos

seuil Potentiel (mV)

0 +40

-40

-80

1 2 3 4 5 6

(13)

Exemple 1: la rétine

Seeley "Anatomy & Physiology", Mc Graw-Hill

(14)

14

Cônes et bâtonnets

(15)

Cellule ciliée de l'oreille interne

Epithélium de l’oreille interne de grenouille

8 µm

(16)

16

IV) TRANSMISSION DU SIGNAL

DANS UN NEURONE

(17)

Théorie du cable

R_axiale Interne

R_m C_m Externe

1850

(18)

18

Potentiel électrotonique

Amplitude (mV)

Distance

Constante d'espace (0,1 à 1 mm)

(19)

Propagation saltatoire

(20)

20

Cellules gliales

Neurones sur un tapis de cellules gliales

(21)

Propagation bidirectionnelle

(22)

22

Période réfractaire

(23)

Périodes réfractaires

(24)

24

V) TRANSMISSION DU SIGNAL

ENTRE DEUX CELLULES

(25)

Coupe d'une synapse chimique

(26)

26

Epine dendritique de neurone pyramidal d ’hippocampe Microscopie électronique (cryofracture)

Epine dendritique

(27)

Plaque motrice

(28)

28

Synapses chimiques

1) Arrivée d'un PA (dépolarisation) sur le neurone présynaptique 2) Activation des canaux Ca²⁺ V-dpt

3) Entrée de Ca²⁺

4) Fusion des vésicules avec la membrane présynaptique 5) Diffusion du transmetteur dans la fente synaptique 6) Fixation sur les récepteurs postsynaptiques

7) Entrée d'ions -> hyperpolarisation, dépolarisation, contraction

(29)

Neurotransmetteurs

Agonistes Récepteurs Ions Effets

ACh nACh cations +

Glu kainate Ca²⁺, Na⁺ +

AMPA Ca²⁺, Na⁺ + NMDA Ca²⁺, Na⁺ +

GABA GABA_A Cl^- -

Glycine Glycine Cl^- -

(30)

30

Synapse électrique

(31)

VI) INTEGRATION DES SIGNAUX

RECUS

(32)

32

Seuil de déclenchement d’un PA

(33)

Sommation spatiale

(34)

34

Sommation temporelle

(35)

Sommation temporelle et spatiale

(36)

36

Intégration des signaux

(37)

Récapitulatif sur la transmission du signal électrique

10 s

(38)

38

Récapitulatif sur la propagation des signaux électriques

http://laxmi.nuc.ucla.edu:8888/Libraries/Animations

(39)

VII) CIRCUITS NEURONAUX

(40)

40

Arc réflexe

(41)

Racine dorsale

(42)

42 Schaffer collateral

Schaffer collateral commisural commisural

Dentate

Dentate GyrusGyrus

Lateral Medial Perforant Path

CA1CA1

CA2CA2

CA3CA3

Subiculum Subiculum

CA4CA4 Mossy Fibres

Mossy Fibres

Structure de l’hippocampe

(43)

VIII) PLASTICITE SYNAPTIQUE

(44)

44

“Lorsque l'axone d'une cellule A est suffisament proche d'une cellule B pour l'exciter et qu'elle le fait de façon répétitive et continue, des mécanismes de croissance ou des variations métaboliques apparaissent dans l'une ou les deux cellules, entrainant une augmentation de la réponse de la cellule B pour une même stimulation provenant de la cellule A”

Le postulat de Hebb

(45)

Mécanismes de la plasticité synaptique ?

• Variation du nombre de récepteurs-canaux synaptiques

• Variation de la probabilité d'ouverture

• Variation de la conductance Mécanismes postsynaptiques:

• Variation de la quantité de transmetteur libérée Mécanismes présynaptiques:

• Variation du nombre de synapses actives Mécanisme synaptique:

(46)

46

CA1CA1

Stimulation

Schaffer collateral Schaffer collateral

commisural commisural Electrode externe

Patch clamp (cellule entière) Electrode interne

LTP dans l'hippocampe

Electrode interne epsp, ipsp

5 mV

50 ms

Electrode externe fepsp

1 mV

20 ms

Patch Clamp Epsc

50 pA

200 ms

(47)

Dentate

Dentate GyrusGyrus

Perforant Path

Mossy Fibres Mossy Fibres

Stimulation 100 Hz, 1 s Enregistrement de potentiels de champ

Entorhinal Cortex

Bliss & Lomo (1973) J. Physiol 232; 331-356

Bliss & Gardner-Medwin (1973) J. Physiol 232; 357-374

La découverte de la LTP (Long Term Potentiation)

(48)

48

Bliss & Collingridge, (1993)Nature 361;31-39

(data from : Alford et al, (1993) J. Physiol. 469; 693-716) Synaptic current

Calcium transient

100 Hz, 1 s 20 µm

Entrée de Ca²⁺ lors de la stimulation haute fréquence

(49)

Mécanismes de la plasticité synaptique Stimulations

répétées

Glu

Ca²⁺

Ca ²⁺

NMDA

Ca²⁺

Mg²⁺

CaMKII

CaM

AMPA P

P AMPA

Dépolarisation

mGlu PLC

IP₃

Effets

génomiques

(50)

50

Mobilité des récepteurs AMPA entre cytosol et membrane

Insertion Internalisation

(51)

Mobilité des récepteurs AMPA sur la membrane

Membrane

AMPAr Ac

Bille

Photorelargage de Ca²⁺

Borgdorff & Choquet (2002), Nature 417(6889)

(52)

52

Mécanismes de la plasticité synaptique

Lüscher et al. 2000 Nature neuroscience 3(6)

(53)

40x

Mobilité des épines dendritiques

100x

Fischer et al. 1998, Neuron 20

(54)

54 Physiologie

Physiologie

Dévelopement Dévelopement Apprentissages

Apprentissages et mémoireet mémoire Récupération

Récupération d'uned'unelésionlésion

Neuropathologie Neuropathologie

Epilepsie Epilepsie Mort

Mort neuronaleneuronale aigueaigue(e.g. trauma, (e.g. trauma, arrêtarrêt circulatoire)circulatoire) Neurodégénérescences

Neurodégénérescences (e.g. Alzheimer, Parkinson, Huntington)(e.g. Alzheimer, Parkinson, Huntington) Dépendance

Dépendance à à une une droguedrogue

Roles de la plasticité synaptique dans le SNC

(55)

IX) HISTORIQUE

1855 KELVIN: Propagation d’un signal électrique dans le premier cable transatlantique (théorie du cable).

1905 HERMANN: "La propagation de l’excitation est une autostimulation de l’axone par des courants entrants qui se propagent passivement d’une région excitée vers une région voisine au repos. Application à l’axone de la théorie du cable."

1909 LUCAS, 1912 ADRIAN: Concept du tout ou rien dans l’excitabilité des muscles et des nerfs.

1922-1927 ERLANGER-GASSER: Enregistrement de potentiels d’actions sur des axones.

1949 HEBB: Postulat sur la plasticité synaptique.

1938-1939 COLE-CURTIS: Montre que la perméabilité de la membrane augmente lors du potentiel d’action.

2000 KANDEL: Prix Nobel de Médecine pour ces travaux sur l'aplysie.

III) GENESE DU POTENTIEL

NEUROPHYSIOLOGIE

I) MORPHOLOGIE DES

NEURONES

II) CROISSANCE DES NEURONES

III) GENESE DU POTENTIEL

D'ACTION

IV) TRANSMISSION DU SIGNAL

DANS UN NEURONE

V) TRANSMISSION DU SIGNAL

ENTRE DEUX CELLULES

VI) INTEGRATION DES SIGNAUX

RECUS

VII) CIRCUITS NEURONAUX

VIII) PLASTICITE SYNAPTIQUE

Ca 2+

Ca ²⁺