plasticite synaptique NAASSILA 021104 poly

Plasticité neuronale
Plasticité neuronale
ETUDE DES BASES NEUROBIOLOGIQUES
DE L’ALCOOLODEPENDANCE
JE 2462
http://www.u-picardie.fr/sante/pagesliees/grap/accueilgrap.html
Martine Daoust, PU
Olivier Pierrefiche, MCU
Mickaël Naassila, MCU, [email protected]
I.
Animal:
Syndrome d’alcoolisme fœtal
Exposition précoce => vulnérabilité ultérieure
Approches:
cellulaire et moléculaire
électrophysiologique
comportementale
Souris KO, sélection génétique
II.
Clinique:
Pharmacogénomique (étude d’association
polymorphismes génétiques (neurotransmission) &
réponse aux traitements)
Plasticité neuronale
Plasticité fonctionnelle & morphologique
Capacité à adapter son activité (et/ou l’architecture
des réseaux) en fonction du niveau de stimulation…
Plasticité neuronale
Plasticité neuronale
PROLIFERATION
DIFFERENCIATION
MIGRATION
SYNAPTOGENESE
REMODELAGE (nombre neurones/connexions)
Plasticité synaptique
Efficacité de transmission synaptique
Force de transmission synaptique
Solidité des connexions synaptiques
Établissement de la polarité neuronale in vitro. Dans les neurones en
culture, immédiatement après l’attachement au substrat, on observe la formation
de lamellipodes puis l’apparition des prolongements non différenciés, les
neurites. L’un de ces neurites, le futur axone, va croître plus rapidement: le
neurone acquiert sa polarité. Le développement des dendrites et de l’axone se
poursuit alors jusqu’à la maturité.
1
Cônes de croissance
‘têtes chercheuses’
Remodelage fonctionnel
Epine dendritique
Tête
Cou
Spine
apparatus
rétraction
Densité
postsynaptique
Retic endo lisse
+ ribosomes
perforation
1microm
Seules les synapses “actives” persitent,
rétraction
Différentes morphologies des épines
Reconstructions tri-dimensionnelles
Epine branchée
épine à synapses multiples
concave
1microm
1microm
shaft
mushroom
PSD en
rouge
fenestrée
Fer à cheval
segmentée
Thiny
1microm
Segment dendritique
sessile
Plasticité neuronale
Boutons, varicosités…
Plasticité neuronale (1)
Retard mental……………………….
Role des épines et de leur diversité
1- microcompartiment relativement isolé de la dendrite
(conserve l’individualité des ‘inputs’) peut donc fonctionner
comme une unité intégrative multifonctionnelle
2- contient des éléments régulateurs pour effectuer des
processus biochimiques spécifiques
3- évite une propagation non spécifique de la potentialisation
(spécificité de la LTP)
4- structure & fonction modulées selon l’activité synaptique
locale
5- constriction du cou peut engendrer une barrière résistive…
6- nombre de vésicules, surface de libération
7- perforation augmente le nombre de sites de libération
6 mois
12 ans
Retard mental associé avec des
altérations dendritiques et
épines dendritiques.
Réduction du nombre et épines
longues et fines (immatures)
avec épines ‘champignons’
Dysgenésie des épines.
2
Acides aminés neurotransmetteurs
•Canaux
•Récepteurs canaux
•+(métabotropiques)
ClHyperpolarisation
• GABA
• glycine
• β-alanine
• taurine
3Na+ATPase
2K+
Na+ = 14
K+ = 160
Ca2+ = 10-4
Cl- = 14
Na+, Ca2+ (sortie K+)
Plasticité neuronale
Le neurone: l’unité
fonctionnelle de la mémoire
Plusieurs centaines de milliards de
neurones
Dépolarisation
• glutamate
• aspartate
Na+ = 140
K+ = 3-4
Ca2+ = 1 mmol/l
Cl- = 150
Chacun relié à dix ou vingt mille autres par
des connexions appelées synapses
Plus d’un million de milliards de
connexions
Plasticité neuronale
Synapse = point de « connexion » entre deux neurones
chimique
Permet transfert unidirectionnel
de l’information entre neurones
électrique
neuromusculaire
1 mm3 de substance grise du cortex peut contenir 5 milliards de synapses.
INACTIVATION
Dégradation
Capture
autorécepteurs
La ‘big
picture’
3
Plasticité neuronale
Neurotransmission chimique
La nature de la réponse post-synaptique dépend:
Représentation
schématique des
différentes
modalités
d’interaction entre
les neurones et le
réseau astrocytaire.
Type de récepteur
Inhibitrice ou excitatrice
L’amplitude de la réponse au NT qui elle-même dépend de:
•quantité de NT libéré
•nombre de récepteurs
•état des récepteurs
‘Simpliste’
‘réaliste’
Plasticité neuronale
„
Environ 3000 boutons par neurone !
100 milliards neurones
~1 million de milliards
connexions (synapses)
Plasticité neuronale
INTEGRATION NEURONALE
PPSE
Densité post-synaptique
PPSI
probabilité
Potentiel d’action
Sommation spatiale &
temporelle des signaux
4
Plasticité neuronale
Densité postsynaptique
2 types de récepteurs des NT
IONOTROPIQUES :
Liaison NT induit un changement conformation du récepteur qui
entraîne l’ouverture d’un canal ionique intrinsèque, permettant aux
ions de circuler en descendant leur gradient électrochimique
Influx de cations (Na+, Ca2+)Î DEPOLARISATION (PPSE)
Influx de Cl- (ou efflux de K+) Î HYPERPOLARISATION (PPSI)
METABOTROPIQUES :
Liaison NT induit un changement conformation du récepteur qui entraîne la
liaison d’une protéine G et la production de seconds messagers (AMPc, GMPc,
IP3, DAG, Ca2+ => conductance ionique, activation de protéine kinase, libération
de Ca2+ des stocks intracellulaires ou liaison à des facteurs de transcription) après
activation de systèmes enzymatiques.
La réponse est lente à initier et de longue durée comparativement aux récepteurs
ionotropiques
Récepteurs métabotropiques & ionotropiques sont des protéines
qui n’ont pas d ’homologie structurale
Plasticité neuronale
Ancrage historique
1894: Santiago Ramòn y Cajal propose l’existence de la genèse
neuronale de synapses. Théorie de la mémorisation : “c’est la
croissance de nouvelles connexions qui permet le stockage”
1949: Hebb émet l’hypothèse que les connexions synaptiques
peuvent augmenter leur efficacité de transmission électrique.
“les neurones qui déchargent en même temps établissent des
connexions privilegiées”
1970: Kandel confirment l’hypothèse de Hebb en étudiant
l’aplysie (limace).
1973: Bliss et Lomo démontrent la plasticité neuronale.
2 types de récepteurs des NT
Caractéristiques générales des récepteurs ionotropiques
• membres de familles de protéines ~ tx d’homologie
• complexes protéiques avec des régions spécifiques
traversant la mb
• activation très rapide (~sub-milliseconde)
• sélectivité ionique (eg. cation vs. anion)
• la +part désensibilisation rapide après exposition à 1
agoniste
Principales familles de récepteurs ionotropiques
• nAChR, GABAA, glycine, sérotonine-3 (5-HT3)
• récepteurs Glutamate (NMDA, kaïnate, AMPA)
ROLE CLE DE CES RECEPTEURS DANS LA
PLASTICTE SYNAPTIQUE…
apprentissage
Acquisition et mise en réserve de
l’information par suite de
l’expérience
mémoire
Forme relativement permanente de
la mise en réserve de l’information
apprise
Dépend: attention, répétition, motivation,
organisation
5
associatif
apprentissage
Mémoire immédiate/court terme
qqs sec, 10aines sec, fugace,
capacité limitée 7±2,
~
altérable
Opératoire ou
Non associatif
habituation
1%
sensibilisation
Mémoire à long
terme
années, 10aines années,
Conditionnement
classique
vs
instrumental
non fragile, illimitée
?…
CONSOLIDATION
MEMOIRE
IMMEDIATE
(information à
conserver)
verbale/
déclarative
accessible, plus
labile
AMNESIE
MEMOIRE A
LONG TERME
RECUPERATION
STIMULUS
procédurale
REPONSE
Chocs, éthylisme chronique,
certaines encéphalites, tumeurs,
accident vasculaire cérébral
• rétrograde
• antérograde
(usage de l’information
mise en réserve)
Récepteurs du glutamate
Types de récepteurs:
9NMDA (N-Méthyl-D-aspartate)
9non-NMDA: kaïnate & AMPA
9métabotropique
RECEPTOLOGIE
GLU principal ac. a.
excitateur du SNC
Entrée de Ca2+; PPSEs plus
rapides et de durée plus
courte que RNMDA
6
Récepteurs du L-glutamate
• L-glutamate formé par la GABAtransaminase
• Inactivé par capure (neurone + glie)
• Classification des R basée sur:
– électrophysiologie, binding & clonage
• Nomenclature – NMDA, AMPA, kaïnate, métabotropique
Récepteurs AMPA
–
–
–
–
–
Récepteur ionotropique
perméable aux Na+/K+
Potentiel d’inversion ~ 0mV
Génère PPSE rapides
Pharmacologie:
– Agoniste = AMPA
– Antagoniste = CNQX
– Clonage ss-u GluR 1-4
– Pentamères, GluR2 homomérique fonctionnel
Récepteurs Kaïnate
• Confusion lors de l’identification
– kaïnate active R-AMPA
– partie du binding de kaïnate n’est pas déplacé par
AMPA
• Biologie moléculaire
– Ss-u clonées = KA1-2 & GluR5-7
– pentamères?
– Désensibilisation rapide
Récepteurs métabotropiques
• Couplés à des protéines G (RCPG)
• (+) à la PLC
• (-) à l’adénylate cyclase
• Ou directement à des canaux ioniques
• Biologie moléculaire
– mGluR 1-8
• Groupe I = mGluR 1&5 (PLC)
• Groupe II = mGluR 2&3 (adénylate cyclase)
• Groupe III = mGluR 4&6-8 (adénylate cyclase)
Assemblages multimériques de 4 ou 5 ss-u
7
NR1
NR2
Récepteur AMPA
Récepteur kaïnate
ss-u GluR2, variant d’édition
de l’ARN Q (Gln)<->R (Arg)
modifie la perméabilité au Ca2+
Glu déshydrogénase
Ac. a-cétoglutarique
Boucle -ré-entrante
traversant
partiellement la mb
Récepteurs NMDA: ligand- ET voltage-dépendants
•Glycine
est
un
co-agoniste
obligatoire pour ouverture du canal
par le Glu
•‘bouchon Mg2+’, Mg2+ extracellulaire
est un bloqueur du canal (site de
liaison dans le canal); dépolarisation
fait sauter le bouchon par répulsion
électrostatique et permet ainsi l’entrée
de Na+ et Ca2+
Certains sites de
liaison sont
spécifiques des ss-u;
la composition en
ss-u détermine donc
le profil de réponse
pharmacologique
La glycine potentialise
la réponse NMDA en
empêchant la
désensibilisation du
récepteur
Antagoniste haute
affinité glycineB
inhibe
désensibilisation
8
NMDA
glycine
NMDA
NMDA
+ glycine
+ glycine + strychnine
Utilisation de la technique
de patch clamp pour
mesurer le fonctionnement
Voltage-dépendance du RNMDA
des canaux ioniques
100pA
10sec
Effets bénéfiques et délétères de l’activation du RNMDA
Distribution des
différentes ss-u
Excitotoxicité
réduite par:
MK801
PCP
riluzole….
9
GABAmimétiques directs & indirects
gabapentine
(+)
(+)
(-)
ac. valproïque
vigabatrine
(+)
gabapentine
propofol
(progabide)
Récepteur GABAA
Topologie:
1
3
4
1
3
4
4
2
2
1
3
1
2
2
3
2
3
4
1
4
Cl- (Br-)
Indications: contractures spastiques de diverses affections neurologiques
(sclérose en plaques, affections médullaires)
baclofène
(+)
HYPERPOLARISATION
(-) libération NT
(GABA, NA, DA, 5-HT)
10
apprentissage & mémoire peuvent être
associés à des modifications de la
transmission synaptique
HABITUATION… Où ça ?????
Apprentissage
non associatif
chez l’aplysie
Sensibilite reduite ?
synapse
Eric Kandel
Prix Nobel 2000
HABITUATION
Donc pas de différence de sensibilité !!!!
Sensibilisation du réflexe = stimulation électrique à la
tête (ou la queue) entraîne un retrait + important
1-Diminution libération (diminution
dépolarisation Ca2+ suite à inactivation
persistante canaux Ca2+)
2- (sensibilité postsynaptique réduite
(diminution nombre de R)
11
Apprentissage associatif
Pylation
canaux K+
(fermeture)
Entraîne 1
augmentation:
1-Durée Potentiel
Action
2-Entrée de Ca2+
3-libération
Si association des 2
stimuli alors la
réponse au stimulus
tactile beaucoup +
importante que lors
de la sensibilisation
SC seul
Changements de comportement à court terme ne nécessitant
pas de synthèse proteique mais seulement des seconds
messagers comme l’AMPc
Sensibilisation aplysie
Adénylate cyclase détecteur de couplage (coïncidence)
(+)
Sensibilisation aplysie
PKA
(-) Canaux K+
• apprentissage & mémoire peuvent être
associés à des modifications de la
transmission synaptique
• conversion activité neuronale en
seconds messagers intracellulaires peut
déclencher des modifications synaptiques
• changements au niveau de protéines
synaptiques sont peut être le support des
souvenirs
12
MODELES
D ’APPRENTISSAGE
CHEZ LES
VERTEBRES
1973 Bliss &
Lomo
des afférences
Augmentation de la pente (slope…)
Hippocampe:
PLT (renforcement de la
transmission synaptique)
serait la base
physiologique des
processus mnésiques
Stimulation brève (<1s),
haute fréquence
(tétanisation, 100Hz) puis
choc unique =>PLT
PPS
E
Blocage par (-)
NMDAR:
in vitro & in vivo
Hippocampe impliqué dans la mémoire déclarative / apprentissage spatial
Hipppocampe de rongeur:
13
Plasticité neuronale
Plasticité neuronale
Boucle trisynaptique
Corne d ’Ammon
circuit excitateur
Cortex
entorhinal
3 synapses
L’hippocampe, modèle de plasticité synaptique:
PLT homosynaptique ou non-associative:
Utile pour explorer comment les patterns
d’activite synaptique modifient l’efficacité de la
transmission neuronale
indépendant d’événements intervenant au niveau de synapses
voisines (observé au niveau des 3 synapses)
PLT hétérosynaptique ou associative:
(observé au niveau 1ère et 3ème synapse)
14
Propriétés de la
PLT
S1 <
S1<S2
hétérosynaptique:
S2
• coopérativité
(seuil de
dépolarisation)
S2 mais pas S1
S2 plus de fibres
S1
S1
seuil de
coopérativité
• associativité
• spécificité
S2 mais pas S1
S2 S2
Phases de la LTP
• LTP1 (< 3-6 hrs)
-bloquée par (-) protéine kinase
-non bloquée par (-) synthèse protéique
• LTP2 (> 6 hrs - jours)
-bloquée par (-) de la traduction
-implique des changements structuraux
tétanisation
Classification des effets de potentialisation selon les patterns de stimulation
PPF (paired pulse facilitation) 2 chocs
0.1ms
A (augmmentation) +rs chocs uniques 1s
PTP (potentialisation post tétanique)30Hz 0.1-0.2ms 1min
STP (potentialisation court terme) 30Hz ~0.5ms 30min
LTP 100Hz 1s
h-semaines
Kindling (embrasement)50-100Hz 1-2/j pdt +rs j années
Différents patterns induisent différentes
modifications
LTP
0.1
1
10
100
Plasticité neuronale ()
La LTP peut être mesurée jusqu’à un an après son
induction…mais elle est aussi sensible aux expériences poststimulation haute fréquence… elle est réversible…
Réversion par l’exposition à un
environnement enrichi (EE) vs cage
standard (Home Cage)……………..
Phénomène de
coopérativité de la LTP
pourrait servir à la
formation des
associations
Sommatio
n spatiale
Fréquence
Hz
LTD
Synapse hebbienne….
15
C ’est la SIMULTANEITE entre
activation des synapses ET
dépolarisation post-synaptique qui est
PRIMORDIALE…..
LTP & association
« synapse hebbienne…. »
1949 The organization of behavior
Hebb: « les neurones qui déchargent en même temps établissent des
relations préférentielles »
NMDAR = détecteur de coïncidence
LTP bloquée par (-) NMDAR et
chélateur de Ca2+ intracellulaire
(EGTA)
Coïncidence…
Rôle clé du récepteur
NMDA
dans l ’induction de la LTP
(-) AP5, MK-801….
NMDA insuffisant
Synapse de Hebb : coïncidence dans l’activité présynaptique ET
postsynaptique nécessaire dans le renforcement de la transmission
synaptique.
coïncidence pré-modulatrice: coïncidence de l’activité de 2
neurones présynaptiques suffisante.
Plasticité neuronale ()
Récepteur NMDA post-synaptique
Antagonistes:
• AP5
• MK801
• fixe glutamate
• canal calcique
Modèle d’induction de la LTP
16
Plasticité
synaptique et
R-NMDA
Stimulation basse fréquence
Récepteurs AMPA,
NMDA et interneurones
GABAergiques….
GABAA
GABAB
Stimulation haute fréquence
GABAA
GABAB
Implication
des kinases
dans la LTP
+ CaMKII
+ AMPA
100 Hz
+ CaMKII heatinactivate
d
Induction de la LTP
bloquée par (-) PKC
et (-) CaMKII
5 Hz
CaMKII (+/+)
CaMKII (-/-)
Implication de messagers rétrogrades,
le monoxyde d ’azote (NO)….
Effet d’1 inhibiteur de
NOsynthase
D-NAME
L-NAME
17
LTP précoce/LTP
tardive
LTP
2 phases : 1) induction
2) maintenance
Modifications:
• présynaptiques : libération GLU
2) bloquée par (-) de la
synthèse des prot et
ARNm
1) non affectée
• postsynaptiques : nombre / fonction des
récepteurs
• extrasynaptiques : capture GLU
Cellule pyramidale
CA1 > 10000 synapses
• morphologiques : remodelage
Le cervelet
LTD
Coordonne la fonction motrice et a un rôle clé dans l’apprentissage
moteur
LA DEPRESSION SYNAPTIQUE
A LONG TERME: UN
MECANISME POUR LA
MEMOIRE ET
L’APPRENTISAGE AU NIVEAU
DU CERVELET
Intègre différents messages sensoriels pour régler finement
les mouvements (corps, tête et extrémités) (+ fonctions
supérieures, cognitives)
Les afférences majeures : les fibres moussues (informations
des différentes parties du corps); les fibres grimpantes
(originaires des neurones de l’olive inférieure)
La cellule de Purkinje est le siège de la LTD
La LTD est produite par les erreurs faites au cours de
l’apprentissage
Apprentissage moteur et plasticité
synaptique du cortex cérébelleux
Platicité <=> correction
excitatrices
GABAergiques
excitatrice
Noyaux profonds (vers les autres structures)
Signaux d’erreur
propriocépteurs musculaires
olive inférieure
18
Stimulation fibres parrallèles seules
après appariement
AMPA
grimpantes
Même signal dans la LTP & la LTD: le
Ca2+ intracellulaire….
19
Plasticité neuronale
Plasticité neuronale (1)
Modèle des mécanismes impliqués
dans l'expression de la LTP
Plasticité neuronale
Cinétique des
changements
ultrastructuraux associés
avec l’induction de la
LTP
Synapse
perforée
Identification des
synapses ‘potentialisées’
dans cultures
organotypiques
d’hippocampe (CA1);
précipitation Ca2+
accumulé dans les
organelles de stockage..
Tetanic Burst
Stimulation
Kn93 (-) kinase
Plasticité neuronale
Le blocage de la LTP prévient les changements ultrastructuraux
épines à synapses multiples
Synapse
perforée
épine à synapses multiples
KN93 (inhibiteur de kinase)
Plasticité neuronale
La LTP entraîne une
augmentation du nombre des
épines dupliquées (provenant
de la même dendrite)
En resumé
o augmentation du nombre de synapses perforées 30min
après induction LTP MAIS transitoire (niveau base après
1h)
o augmentation du nombre des épines à synapses multiples
45min après induction LTP (maximum a 1h et persiste
encore après 2h)
o augmentation essentiellement liée a 1 duplication des
épines (provenant de la même synapse)
o modifications morphologiques liées a la LTP (blocage par
des inhibiteurs de la LTP et observables qu’au niveau des
synapses potentialisées
20
Plasticité neuronale
Modifications de la structure des épines liées
à:
o la LTP
o l’expérience (apprentissage, mémorisation spatiale,
environnement complexe, conditionnement…)
o l’activité (synaptique, remodelage)
o l’état hormonal (oestrogènes, progestérone,
glucocorticoïdes)
o l’âge et au développement (nbre synapses augmente
pendant développement et atteint maximum â la naissance et
50% dégénère jusqu’a l’âge adulte; la densité des épines
diminue chez les individus âgés (nombre de synapses
perforées et arborisation des dendrites))
Plasticité neuronale
Effets à long terme d’un
traitement chronique
intermittent à l’amphétamine
(3.5 mois après traitement
AMPH)
La synapse en mouvement
o La réponse neurone dépend densité R post-synaptiques (quantité
totale & répartition)
o contrôle densité joue rôle crucial dans l’intensité de la réponse
o exocytose/endocytose des R
o Le R-AMPA soit dans un état stationnaire soit diffusion rapide
o maturation des neurones s’accompagne d’une augmentation
immobilisation des R (au niveau surface de libération)
o blocage propagation PA stimule la diffusion alors qu’une élévation
[Ca2+]i favorise immobilisation
o le Ca2+ contrôlerait la mobilité des R (rôle dans la plasticité
synaptique)
Plasticité neuronale ()
Du mouvement sur les
membranes
synaptiques….
Récepteurs AMPA sont dirigés
vers les épines après induciton
de la LTP
before
after
On croyait que seules les vésicules bougeaient…or il y a aussi du
mouvement sur l’autre rive…
Shi et al, Science 284: 1811 (11 Jun 1999)
21
Plasticité neuronale ()
Plasticité neuronale ()
technique de détection de molécule individuelle En pratique des anticorps
couplés à des fluorochromes et dirigés contre les récepteurs AMPA ou
NMDA sont utilisés pour visualiser en temps réel les déplacements de ces
deux types de récepteurs. En associant cette technique de microscopie par
fluorescence avec des images obtenues par contraste interférentiel, ou en
marquant les différents compartiments cellulaires on parvient à déterminer
dans quel compartiment se font ces déplacements.
On peut suivre un récepteur sur la membrane
post-synaptique, le voir quitter l'espace
synaptique, éventuellement le voir atteindre une
autre synapse.
Déplacement d'un récepteur AMPA
(point rouge) à la surface d'un neurone.
Le récepteur entre et sort d'une synapse
(point vert). Temps réel
Déplacement de récepteurs NMDA (points
blancs lumineux) à la surface d'un neurone.
Temps réel
Les R-NMDA sont moins mobiles que les R-AMPA. Un R peut
parcourir 0.1µm/s, il peut quitter une synapse en moins de 2s. Plasticité
TRES rapide…
Differential activity-dependent regulation of the lateral mobilities of AMPA and NMDA receptors.
Nature Neuroscience.2004 Laurent Groc, Martin Heine, Laurent Cognet, Kieran Brickley, Anne Stephenson,
Brahim Lounis, Daniel Choquet.
Plasticité neuronale ()
Plasticité neuronale
les récepteurs NMDA sont moins mobiles que les AMPA. La mobilité des
récepteurs est très modulée par l'activité neuronale, modulation qui n'est pas
la même pour les récepteurs AMPA et NMDA.
La diffusion des récepteurs dans la membrane semble bien être un élément de
plasticité.
La membrane post-synaptique est dynamique. Quand on pense qu'il y a
environ 2 à 3 fois plus de récepteurs stockés hors de la synapse que dans le
compartiment synaptique on peut facilement envisager que le passage d'un
nombre important de récepteurs dans la synapse est un élément de plasticité
fondamental. La membrane extra synaptique servirait de réservoir tampon.
On estime qu'un récepteur peut parcourir 0,1 µm/sec, ce qui signifie qu'il
peut quitter une synapse en moins de 2 secondes. C'est donc un mécanisme
d'activation / désactivation relativement rapide.
Laurent Groc & Daniel Choquet "Dynamique de l’organisation membranaire des
récepteurs"du laboratoire de "Physiologie cellulaire de la synapse"
UMR CNRS 5091
Plasticité neuronale
Mécanismes à la base de la LTP et de la « dépotentialisation »…
Implication des synapses silencieuses pré- ou postsynaptiques dans la maintenance de la LTP…
AMPAFICATION DES SYNAPSES (SILENCIEUSES
=> ACTIVES !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!)
Plasticité neuronale
Mécanismes
22
Plasticité neuronale ()
Plasticité neuronale (1)
Modèle simplifié de l’expression de la LTP…
•
Fixation Ca2+ à la
calmoduline…
Activation de la CaMKII
Pylation R-AMPA =>
augmentation conductance
« AMPAFICATION » :
Exocytose, « clustering »
(migration)
Des synapses exprimant déjà
R-AMPA ou les ‘silencieuses’
Modèle de trafic des récepteurs AMPA…
Plasticité neuronale
Protéines interagissant avec les extrémités cytoplasmiques de
GluR1, GluR2 et GluR3
Plasticité neuronale
Protéines interagissant avec les extrémités cytoplasmiques de
GluR1, GluR2 et GluR3
Plasticité neuronale
Insertion ss-u dépendante et recyclage des R-AMPA dans les
synapses actives (non-silencieuses) et silencieuses…
Plasticité neuronale
Insertion ss-u dépendante et recyclage des R-AMPA…
23
Plasticité neuronale
Endocytose, recyclage et dégradation des R-AMPA…
Plasticité neuronale
Quelques synapses glutamatergiques de neurones hippocampiques en culture
n’expriment pas de récepteurs AMPA à leur surface
Anticorps anti N-terminal GluR1
Anticorps anti C-terminal
GluR1 (après perméabilisation
=> marquage de la totalité des
R-AMPA
à la surface
Co-localisation des 2 signaux
Expression mais
pas à la surface
Plasticité neuronale
Des R-AMPA sont insérés dans la membrane des neurones
hippocampiques en culture pendant la LTP…
Plasticité neuronale
Le trafic des R-NMDA est
régulé par la PKC…
Anticorps anti N-terminal GluR1-4
LTP NMDA-R dépendante
Co-localisation des 2 signaux
Marquage rouge = nouveaux
R-AMPA insérés
Plasticité neuronale
Les mécanismes d’internalisation des R-NMDA est régulée
au cours du développment…
En résumé
• les synapses sont “plastiques” – modifications en réponse à
des patterns de potentiels d’action
Expression de la plasticité:
• électrophysiologique– renforcement(LTP) ou
affaiblissement (LTD)
• structurale – changement de forme
• autres (gène expression génique).
24
Tests d’apprentissage dans le labyrinthe aquatique de Morris
Apprentissage implicite
(mémoire procédurale)
(non-spatial)
Apprentissage spatial
Apprentissage explicite
(mémoire déclarative)
(spatial)
Déficit d’apprentissage
spatial
Plateforme visible
Plateforme invisible
La piscine de Morris
(-)NMDA
(-)NMDA + entraînement
Le ‘probe test’
Souris KO NR2A -/-
2A
CA1 100Hz 1s
25
Les souris qui font de l’exercice
présentent une neurogénèse plus
élevée dans l’hippocampe
Bromo deoxyuridine (BrdU)
Marque les neurones en division
piscine de Morris
LTP
augmentée
dans le gyrus
denté
LTP augmentée dans le gyrus denté des rats
coureurs…
Vert (NeuN: neurones
Bleu (S100B): glie
BrdU (rouge) : nouveaux
neurones
CA1
LTP NMDAR-dépendante augmentée dans le
gyrus denté des rats coureurs…
Altération de l’expression génique dans le gyrus
denté des rats coureurs…
sTPS: (10 pulses à 400Hz
toutes les 200ms pendant 1s
répétés 5x)
wTPS:(10 pulses à 100Hz
toutes les 200ms pendant 1s
répétés 8x)
BDNF
NR2B
GluR5
hypoxanthine phosphoribosyl transférase (HPRT)
26
Tg
Souris surexprimant
la sous-unité
NMDAR2B;
gène de
l’intelligence????…...
WT
Courants NMDA
Coupes d’hippocampe
(CA1)
LTP chez les souris surexprimant NR2B
Et 10Hz suffisent pour induire LTP
Résultats obtenus
avec la piscine de
Morris
27