Plasticité synaptique - Cours 7 Flashcards
Qu’est-ce qu’une synapse?
Une jonction particulière qui permet la communication entre deux neurones ou entre un neurone et une autre cellule (cellules musculaires, récepteur sensoriels)
Expliquez la transmission synaptique
- Le potentiel d’action (PA) généré dans le neurone présynaptique se propage
-La dépolarisation de la terminaison axonale déclenche la libération du neurotransmetteur - Le neurotransmetteur active des récepteurs postsynaptiques en ouvrant des canaux membranaires perméables aux ions
- Les courants ioniques générés modifient le potentiel de membrane du neurone postsynaptique
Quels sont les types d’enregistrement de la transmission synaptique?
-Current-clamp : Le potentiel postsynaptique excitateur (EPSP)
-Voltage-clamp : Le courant postsynaptique excitateur (EPSC)
Quels sont les types de plasticité à court-terme?
Milli secondes :
Facilitation
Paired pulse depression (PPD)
Secondes/minutes :
Post tetanic potentiation (PTP)
Post tetanic depression (PTD)
Quels sont les types de plasticité à long terme?
Minutes - jours :
Long term potentiation (LTP)
Long term depression (LTD)
Expliquez la facilitation
-2 stimulations arrivant très proches
-Au moins 200ms
-Plus l’espace entre les 2 stimulations est grand, plus l’amplitude de B est petit par rapport à A
Expliquez le post tetanus potentiation et depression
-Stimulation à répétition
-Dépendant de la fréquence, ça augmente ou diminue la connectivité
Expliquez la dépression
-2 stimulations arrivant très très très proches
-20 ms à 40 ms environ
-Plus on augmente le temps entre les 2, plus le B se rapproche de A
Expliquez le mécanisme présynaptique en lien avec la facilitation
- Le Ca2+ qui entre dans la terminaison présynaptique par les canaux calcique dépendent du voltage (VDCC) est responsable de la libération du neurotransmetteur
Libération du neurotransmetteur
- Amarage
- Entrée de Ca2+
- Fusion et exocytose
- Le Ca2+ qui entre dans la terminaison présynaptique par les canaux calcique dépendent du voltage (VDCC) est responsable de la libération du neurotransmetteur
- La probabilité de libération du neurotransmetteur, est proportionnelle à la quantité de Ca2+ libre dans la terminaison présynaptique
Le Ca2+ libre augmente pendante une activité présynaptique à haute fréquence
Quel est le mécanisme 1 de facilitation?
Une partie du Ca2+ n’arrive pas à être extrudé avant l’arrivé des PAs suivants (Ca2+ résiduel)
- Le Ca2+ entré par les VDCC est extrudé par les transporteurs du Ca2+:
Ca2+ ATPase
Na+/Ca2+ exchanger ( 3 Na+ entre par 1 Ca2+ sort) - En fonction de la vitesse d’extrusions, du Ca2+ peut rester dans la terminaison au moment de l’arrivée du PA suivant
- L’entré de Ca2+ déclenché par le PA suivant s’additionne au Ca2+ résiduel. Cela augmente la quantité de neurotransmetteur libéré (par rapport au PA précédent).
-Mutant sans Ca2+ ATPase (PMCA2 -/-) : Calcium non retiré, plus de calcium pré-synaptique ; 2e réponse beaucoup plus grande que le WT -> Calcium résiduel joue donc un rôle!
-Avec Carboxyeosin (CE) : inhibiteur de Ca2+ ATPase : Augmentation de la potentialisation de la réponse. Retourne vers la normale par la suite
Quel est le mécanisme 2 de facilitation?
Le Ca2+ produit par les premiers PAs est tamponné par des protéines du cytoplasme (Calcium binding protein ; ex. Calbinding-D28K; parvalbumine)
-Calcium binding protéines (CBP) : Limite la relâche des neurotransmetteurs, tamponne le niveau de calcium
-1er potentiel d’action : Une partie du Ca2+ est séquestré par les CBP
-2e potentiel d’action : Les CBP sont saturés. Tout le Ca2+ participe à la libération du neurotransmetteur (niveau de calcium plus élevé, potentialisation de la réponse)
-Mutant de Calbinding-D28k (CB) : Abolition de la facilitation
Quel est le mécanisme 3 de facilitation?
Un élargissement des PAs se produit pendant une activité à haute fréquence ce qui détermine un augmentation de Ca2+ dans la terminaison synaptique
L’élargissement des PAs est due à l’inactivation des canaux potassiques pendant l’activité à haute fréquence (Canaux K-type A)
Prend plus de temps pour que le potentiel membranaire revient à la normale
Stimulation très proche -> Canaux potassiques déjà trop occupés, prennent plus de temps avant de mener à une hyperpolarisation
Plus de calcium rentre -> Potentialisation
Même chose si on ajoute un blogueur des canaux K+
Quel est le mécanisme présynaptique de PTP?
Le PA produit l’entrée de Na+ par les canaux Na
Avec une faible [Na+] intracellulaire l’échangeur Na+
-Ca2+ fait sortir le Ca2+ et entrer le Na+
Le « tetanus » produit une accumulation des ions Na+
Avec une [Na+] intracellulaire élevé l’échangeur Na+
-Ca2+ inverse son activité
Quel est le mécanisme présynaptique 1 de dépression?
L’inactivation de canaux Na+ réduit les PAs présynaptiques
Dépolarisation très proche
Na+ sont fermés lors de la 2e dépolarisation -> Diminution du potentiel d’action présynaptique
Quel est le mécanisme présynaptique 2 de dépression?
Déplétion du neurotransmetteur
Readily Releasable Pool (RRP) :
Ensemble de vésicules de neurotransmetteur ancré à la membrane prêtent à être libéré
La libération du neurotransmetteur est proportionnel au Readily Releasable Pool (RRP)
RRP est reduite apres 1er PA -> La libération du neurotransmetteur est réduite
Quel est le mécanisme postsynaptique 1 de dépression?
Désensibilisation des récepteurs postsynaptiques
- les récepteurs activés par les neurotransmetteurs libérés pendant le 1er PA sont désensibilisés
- Moins des récepteurs sont activés pendant le 2e PA
Quel est le mécanisme postsynaptique 2 de dépression?
Saturation des récepteurs postsynaptique
- Les neurotransmetteurs libérés pendant le 1er PA restent liés aux récepteurs
- Moins des récepteurs sont activés pendant le 2e PA
Quel est la fonction de la plasticité synaptique à court terme?
- Filtrage de l’information neuronale
La plasticité à court terme permet de filtrer les signaux qui passent du neurone présynaptique au neurone postsynaptique
Type de mécanisme dépend du type de neurone :
-Fibre grimpantes du cervelet : Très sensibles
-Fibres parallèles du cervelet : Faut une grande stimulation
-Collatérales de Shaffer de l’hippocampe : Grand range, peut être activés à basses ou hautes stimulation
Expliquez ce qu’est la plasticité synaptique à long terme
- Changement persistant de l’efficacité de la transmission synaptique entre deux ou plusieurs neurones. Modification de la connectivité du réseau neuronale
Postulat de Hebb :
Quand l’activité du neurone A contribue de manière répétée à la génération des PAs dans le neurone B la connectivité fonctionnelle entre A et B est renforcée
Quand la décharge du neurone B précède celle du neurone A la connexion entre A et B est affaiblie.
“Fire together – Wire together”
“Fire apart – Wire apart”
Comment induire et mesurer la LTP?
Une électrode de stimulation delivre un faible courant électrique sur les axones de Schaffer
L’élecrode d’enregistrement extacellulaire detecte une population de synapses dépolarisantes dans la région CA1 et génère une onde. La pente de l’onde représente le niveau de dépolarisation synaptique se situant autour de l’électrode d’enregistrement .
- Générer la stimulation (artifact)
- Test du stimulus
- Volée (fiber volley) (axone dépolarisés)
- fEPSP (% of baseline) (slope à decay -> Réponse) Dans une région, pas juste dans 1 neurone
Slope plus lié à la réponse que l’amplitude, ce qui montre vraiment la dépolarisation du neurone
Qu’est ce qui joue un rôle critique dans l’induction de la plasticité à long-terme?
Les récepteurs au glutamate
Les principaux contributeurs à la Plasticite a long-terme (PLT):
Récepteurs AMPA
Récepteurs NMDA
Pourquoi les récepteurs NMDA sont importants dans la LTP?
L’antagoniste du récepteur NMDA D-2-Amino-5-phosphonovalerate (D-APV) empêche l’induction de la LTP dans la région CA1 de l’hippocampe
Donc, NMDA important pour l’induction, mais pas pour maintenir l’expression
Quelle est la différence entre dépression à long terme et potentialisation à long terme?
La fréquence de stimulation, qui joue sur le niveau de calcium :
Une LTD peut être induite par une stimulation répétée à faible fréquence (1 Hz)
Une LTP peut être induite par une stimulation répétée à haute fréquence (50 Hz)
La forme de plasticité (LTP/LTD) dépend de la concentration de Ca2+ produit par la stimulation
Pourquoi les récepteurs AMPA sont importants dans la LTP?
6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX), un antagoniste compétitif des récepteurs AMPA, bloque l’induction et l’expression de la LTP
Les récepteurs AMPA sont importants dans l’induction et l’expression de la LTP.
Quelle est la particularité des récepteurs AMPA?
- Dans les conditions basales, ils contiennent des sous-unités GluR2 (GluA2)
- Les sous-unites GluR1 (ou GluA1) sont incorporées dans la synapse en fonction de l’activité
La bassin de récepteurs AMPA disponibles contenant GluR1 (GluA1) est augmenté par la phosphorylation du résidu Ser845 (par la protéine kinase A (PKA)
Expliquez le mécanisme de LTP
1- Récepteur NMDA fait entrer plus de calcium
2- Active la Ca2+ calmoduline kinase II et la protéine kinase C
3- Augmente la phosphorylation du substrat
4- Insertion de récepteurs AMPA supplémentaire
Expliquez le mécanisme de LTD
1- Récepteur NMDA fait entrer plus de calcium, mais à un faible taux
2- Activation de la calcineurine
3- Activation des protéines phosphatases
4- Déphosphoryle les substrats
5- Internalisation des récepteurs AMPA
Comment les changements synaptiques sont-ils consolider?
- Le renforcement synaptique est sous pression pour revenir a son état pré-potentialisation. Ainsi pour assurer que ces changements initiaux perdurent (consolidation), de nouvelles molécules doivent être générées.
Comment peut on générer de nouvelles molécules?
- Processus de transcription (formation d’ARNm ou mRNA)
- Processus de traduction (traduction de l’ARNm en protéine)
- Activation de MAP kinase (MAPK)
- Activation de CREB
- Transcription des factors de croissance des dendrites (e.g BDNF)
Comment la trace se fait stabilisé, comment se fait la plasticité structurale?
Croissance des épines dendritiques :
* L’induction initiale de la LTP est rapide mais le renforcement de la synapse est instable et vulnérable aux altérations.
* 10 à 15 minutes après l’induction, d’autres processus stabilisent ces changements synaptiques, entrainant une plus grande résistance aux alterations.
* L’élargissement de la tête des épines existantes, qualifiée souvent de “spine-LTP (sLTP)” se déroule en plusieurs étapes avec des mécanismes moléculaires distincts.
La stabilisation des changements synaptiques dépend des modifications (structurelles, moléculaires) des épines dendritiques
- L’activation concomitante d’une épine dendritique avec la génération de PA dans le neurone postsynaptique produit une augmentation du volume de l’épine (plasticité structurale)
- La plasticité structurale des épines est dépendante du BDNF : En ajoutant K252a, un inhibiteur du récepteur de BNDF, il n’y a pas de changement de taille
Quelles sont les 3 phares de plasticité structurale?
1- Réorganisation : Augmentation de la grosseur de l’épine, besoin que cytosquelette et protéines d’échafaudage suivent. Cofilin et actin importantes pour augmenter le cytosquelette
2- Stabilisation : Maintient en place le cytosquellette. Profilin
3- Consolidation : Plus de récepteurs et de protéines gardés en place. PSD-95
Différentes signatures moléculaires de l’élargissement de la tête d’une épine dendritique. Une phase rapide de réorganisation de l’actine via l’entrée de cofiline suivie d’une stabilisation de cette nouvelle structure et enfin une consolidation via la synthèse de protéines de la densité postsynaptique.
Quelle protéine est produite durant un LTP ?
La proteine kinase M zeta (PKMζ) est produit durant un LTP
Joue un rôle dans la phosphorylation de AMPA
Zip : Inactive PKMz -> Affecte expression mais pas induction
NSF se lie à PICK1 et au cytosquelette pour garder AMPA dans le cytoplasme
PKMz phosphoryle AMPA et permet de détacher PICK1 et NSF pour incorporer AMPA sur la membrane
Quelle est la fonction de la plasticité synaptique à long terme?
Base cellulaire de la mémoire
-Plasticité synaptique dans les processus de mémoire implicite (procédurale) : Acquisition et l’utilisation de compétences motrices (processus inconscients)
-Plasticité synaptique dans les processus de mémoire explicite (déclarative) : Souvenir des expériences et informations acquises (processus conscient)
Qu’est-ce que la plasticité homéostatique?
Plasticité homéostatique est un processus qui consiste à réguler l’efficacité globale des entrées synaptiques (excitatrices et inhibitrices) sur un neurone afin d’empêcher des modifications trop importantes de son niveau d’activité.
Expliquez la plasticité homéostatique en cas de diminution de l’activité
On observe une augmentation de l’efficacité de la transmission des synapses excitatrices (augmentation du nombre de récepteurs, de la quantité de neurotransmetteur libérée…) et une diminution de l’efficacité de la transmission des synapses inhibitrices (diminution du nombre de récepteurs, de la quantité de neurotransmetteur libérée…)
Expliquez la plasticité homéostatique en cas d’augmentation de l’activité
On observe au contraire une diminution de l’efficacité de la transmission des synapses excitatrices (diminution du nombre de récepteurs, de la quantité de neurotransmetteur libérée…) et une augmentation de l’efficacité de la transmission des synapses inhibitrices (augmentation du nombre de récepteurs, de la quantité de neurotransmetteur libérée…).
