Santé

Le calcium contrôle la danse des récepteurs dans la membrane des neurones

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Les processus de mémorisation et d'apprentissage passent par une modification de l'efficacité de la transmission de l'information entre neurones : on parle alors de plasticité des synapses. Comprendre les mécanismes de cette plasticité est l'un des enjeux majeurs de la recherche actuelle sur le fonctionnement du cerveau. La concentration de récepteurs de neurotransmetteurs dans les synapses est l'un des paramètres clef de l'efficacité synaptique.

Associant des techniques de physique et de biologie, Aren J. Borgdorff et Daniel Choquet, chercheurs au CNRS, sont parvenus à visualiser le mouvement de certains récepteurs dans la membrane des neurones. Ces résultats publiés dans Nature, le 6 juin 2002, soulignent le rôle déterminant du calcium dans la mobilisation et le regroupement des récepteurs dans les synapses et donc probablement dans les processus de plasticité synaptique.

Le glutamate est le principal neurotransmetteur des synapses excitatrices du système nerveux. Aren J. Borgdorff et Daniel Choquet ont ouvert une nouvelle voie en observant, en temps réel, le mouvement d'une famille de récepteurs du glutamate à la surface des neurones. Ces récepteurs sont en mouvement perpétuel et ces mouvements sont fortement contrôlés par l'activité neuronale. Mais comment ces récepteurs peuvent-ils entrer et sortir des synapses ?
Des travaux publiés en 2001 et 2002 par le laboratoire de Physiologie cellulaire de la synapse à Bordeaux ont établi que le mouvement des récepteurs à la surface des neurones est fortement diminué par des protéines de stabilisation intracellulaires, responsables par ailleurs de l'enrichissement des récepteurs dans les synapses *.

Aujourd'hui, Daniel Choquet et son équipe mettent au point un ensemble de nouveaux outils pour visualiser en temps réel le mouvement de récepteurs à la surface de neurones en culture formant des réseaux synaptiques. Ils utilisent en particulier des petites billes de latex de 500 nm accrochées à certains récepteurs par des anticorps, rapporteurs fidèles du mouvement de ces récepteurs Ces petites billes sont manipulées par une pince optique afin de les positionner très précisément à la surface des cellules. Ces chercheurs ont également réalisé un montage optique probablement unique au monde avec deux sources de lumière blanche et deux faisceaux lasers de différentes couleurs. De façon simultanée, ils ont pu manipuler et visualiser les particules, des protéines fluorescentes, et stimuler localement les récepteurs.
Les travaux d'Aren Bordgorff et de Daniel Choquet montrent que les récepteurs du glutamate sont en mouvement permanent à la surface des neurones, alternant des périodes de diffusion rapide avec des périodes d'immobilisation. Ces périodes d'immobilisation ont en général lieu près des synapses, suggérant ainsi que les récepteurs entrent et sortent des sites synaptiques fréquemment par diffusion latérale dans le plan de la membrane.

Le point d'orgue des ces travaux est que l'on observe des variations locales de calcium intracellulaire sont capables, d'une part, d'immobiliser très rapidement les récepteurs en train de diffuser et, d'autre part, de conduire en quelques minutes à une accumulation locale importante de ces récepteurs. Ce résultat démontre que le calcium, un second messager jouant un rôle déterminant dans les processus de plasticité synaptique, est capable de modifier la concentration locale de récepteurs par modulation de leur diffusion latérale dans le plan de la membrane.

Notes :

*Dans les synapses, les récepteurs de neurotransmetteurs sont stabilisés par des interactions avec des protéines intracellulaires liées au cytosquelette et dites « protéines d'échafaudage.

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