Travaux Dirigés - LV 3432007-2008

TD3: LA SYNAPSE CHIMIQUE

1. ELEMENTS FONCTIONNELS DE LA SYNAPSE

2. LIBERATION DES NEUROTRANSMETTEURS

3. PLASTICITE MORPHOLOGIQUE DE LA SYNAPSE

a. Régulation au niveau de la synapseb. Régulation par d’autres synapses

c. La synapse au sein d’un circuit

1. ELEMENTS FONCTIONNELS DE LA SYNAPSE

Les éléments de la synapse

fusion

Récepteurionotropique

Vésicule de stockage

Elément pré-synaptique

Elément post-synaptique

Canal Ca2+Voltage-dépendant

Ca2+ hétérorécepteur

hydrolyse

Récepteurmétabotropique

AutorécepteurRecapture

diffusion

La synapse excitatrice

PA

Na+Ca2+

Na+Ca2+

1. Arrivée du PA

Ca2+

2. Entrée de Ca2+ parles canaux voltage-

dépendants3. Fusion des vésiculesavec la membrane- Exocytose duneurotransmetteur- Diffusion

4. Ouverture des canauxpost-synaptiques

Sommation PPSE PA post-synaptiquePPSE

Seuil

La synapse inhibitrice

PA

Ca2+

1. Arrivée du PA

2. Entrée de Ca2+ parles canaux voltage-

dépendants3. Fusion des vésicules- Exocytose duneurotransmetteur- Diffusion

4. Ouverture des canauxpost-synaptiquesCl-

K+Cl-K+

Seuil

PPSISommation des PPSI

2. LIBERATION DES NEUROTRANSMETTEURS

a. Régulation au niveau de la synapseb. Régulation par d’autres synapses

c. La synapse au sein d’un circuit

Synapse géante de calmar

Injectionde courant

enregistrement

enregistrement

TTX dans le bain TTX + TEA dans la pipette

PrePost

courant

Courant Pre

Post

courant

TTX + TEA dans la pipette

Qu’est-ce qui déclenche la libération des Neurotransmetteurs?

Pas le flux de Na+ Pas le flux de K+ C’est l’influx de Ca2+

1. Légendez les tracés en indiquant Courant / potentiel ou courant pre / potentiel ou courant post

2. Interprétez

La transmission synaptique - Séquence des évènements

Potentiel de membrane (mV)

1. PAprésynaptique

PApostsynaptique

Courant Ca2+

PPSE

-70 mV

0 mV

1. PAprésynaptique

Ouverture de Canaux Ca2+ voltage-dépendants

En pre

Influx de Ca2+En pre

Libération de NTmFente synaptique

PPSE ± PApostsynaptique

Mécanismes de l’homéostasie calcique

pompes calcium à ATP

Tampons calciquesendogènes

échangeur Na /Ca

1. Quelle technique moderne peut être utilisée pour démontrer l’implicationdu calcium?Imagerie calcique de l’élément présynaptique

2. Déduisez de cette image le protocole expérimental chargement de la sonde calcique avec pipette de patch dans soma. Une fois qu’une terminaison est marquée, stim répétée (5X) du soma au travers de la même pipette et scan d’une ligne à haute résolution temporelle.Patch du neurone postsynaptique.

3. Quelle est la principale observation réalisée avec ce protocole?Augmentation du calcium résiduel. La stim suivante provoque une entrée calcique plus grande et une réponsepostsynaptique proportionnellement plus importante = Facilitation.

Pre

PostScott, J. Anat, 2007

Homéostasie calcique et facilitation – tampons calciques

+ EGTA intra

En contrôle, il existe une facilitation due au fait que le calcium ne retourne pas à une conc. basale entre les 2 stimulations.

saturation des tampons calcique endogènes Stimuli au niveau du soma de la cellule présynaptique

Écrivez les légendes pour chaque élément du schéma

Réponse postsynaptique (EPSCs)

Vésicules contenant le NTm

Schéma de la terminaison présynaptique

Clélateurs endogènes et exogènes du calcium

Variations du Calcium libre présynaptique

Ca2+ Pre

courant Post

Terminaisonpre

StimSoma pre

contrôle

Description du contrôle:

But de l’expérience: La saturation des systèmes de tampons endogènes du calcium peut-elle expliquerce phénomène? ajout d’EGTA qui est un chélateur exogène du calcium

Dans cette synapse, le phénomène de facilitation pourrait être entièrement sous-tendu par la saturation des systèmes tampons.

Résultat: L’ajout d’EDTA permet au calcium de revenir rapidement à un niveau de repos aprèsla première stimulation et la facilitation disparaît

Interpétation:

Mobilisation des stocks calciques du RE

Homéostasie calcique et facilitation - RE

Bloquant des RyR

Ca2+ Pre

courant Post

Terminaisonpre

StimSoma pre

contrôle

En contrôle, il existe une facilitation progressive due au fait que le calcium ne retourne pas a un conc basale au bout de quelques stimulations.

Description du contrôle:

But de l’expérience: La mobilisation des stocks calciques du RE peut-elle expliquerce phénomène? Ajout de ryanodine (inhibiteur des Cx Ca du RE à fortes doses)

Dans cette synapse, le phénomène de facilitation est partiellement sous-tendupar la mobilisation des stocks de Calcium du RE.

Résultat: En présence de bloquants du système de sortie du calcium du RE, l’augmentation du calcium cytosolique est moindre ce qui diminue la facilitation.

Interpétation:

Si on supprime les mito, la facilitation va être beaucoup plus importantecar absence des systèmes de stockage du Ca dans la mito qui normalement assurent l’homéostasie calciquedans ce type de stim de longue durée à haute fréquence.

stockage du calciumdans les mitochondries

En contrôle, il existe une facilitation progressivedue au fait que le calcium ne retourne pas à uneconc basale au bout de quelques stimulations. Mais cette facilitation n’augmente pas de façon exponentielle.

Description du contrôle:

But de l’expérience: Le stockage du calcium dans la mito peut-il expliquer ce phénomène?Suppression des mitos (type cellulaire ou patho ou drogue).

Résultat:

Interpétation:

Homéostasie calcique et facilitation - mitochondries

Dans cette synapse, la limitation du phénomène de facilitation est permise par le recrutement du système de stockage mitochondrial

a. Régulation au niveau de la synapseb. Régulation par d’autres synapses

c. La synapse au sein d’un circuit

2. LIBERATION DES NEUROTRANSMETTEURS

Synapses excitatrices et inhibitrices

TemporalSummation

Spatial Summation

EPSP-IPSPCancellation

Facilitation et inhibition présynaptique

Inhibition présynaptique

Facilitation présynaptique

Pre

Pre

Post

Post

Courant Ca2+

PA pre Pot post

Courant Ca2+

PA pre Pot post

contrôle

inhibé

contrôle

inhibé

contrôlefacilité

facilité

facilité

Exemple d’inhibition présynaptique

2. LIBERATION DES NEUROTRANSMETTEURS

a. Régulation au niveau de la synapseb. Régulation par d’autres synapses

c. La synapse au sein d’un circuit

Modulation d’un circuit réflexe spinal

Activation directe du muscle fléchisseurafférences Mn Fl

Inhibition réciproque du muscle extenseur afférences In inhibiteur Mn Ex

Afférences Ia

Interneurone Ia

Motoneurones

Facilitation de l’interneurone Ia

Inhibition de l’interneurone Ia

Réflexe renforcé Co-contraction

Contrôle par les voies descendantes

++

Fuseaumusculaire

Musclefléchisseur

Muscleextenseur

Réflexe d’étirement

-

Modulation pharmacologique du réflexe d’étirement

Le réflexe d’étirement est exacerbé lorsque les influences supraspinales sont levées. On parle de spasticité. Quel recourt pharmacologique peut-on avoir pour la diminuer?

Mn FlMn Ex

In Ia

Aff Fl Ia

On mime l’effet inhibiteur des In Iasur les motoneuronesavec des agonistes glycinergiques

Cl-

Glycine(interneuron Ia)

Mn Ex

Hyperpolarisation directe du Mn Ex

On mime l’inhibition présynaptiquedes fibres afférentes avec des agonistes GABAergiques

Na+Mn Fl

Glu(aff Fl Ia)

GABA(Voies

descendantes)

Hyperpolarisation de la terminaison afférenteCe qui diminue ou court-circuite le PAMoins de libération de Glu et d’excitation des Mn Fl

glycineGABA

-

Extrapolation au circuit locomoteur spinal

Générateurs spinaux de rythme extenseur fléchisseur Fl gauche

Ex droit

Contrôle

Fl droitEx gauche

Fl gaucheEx droit

Fl droitEx gauche

Strychnine et/ou Bicuculline

Rythme alterné

Rythme synchrone

3. PLASTICITE MORPHOLOGIQUE DE LA SYNAPSE

Shi et al. Nature Neuroscience 1999

Adressage de nouveaux récepteurs AMPA

20 min before tetanus 30 min after tetanus

A

B

Modifications morphologiques suite à une Long Term Potentiation

A

B

-10 min +30 min +60 min

-10 min +30 min +60 min

epsp

Engert and Bonhoeffert Nature 1999

Electrophysiologie des nouveaux récepteurs AMPA