Chimie du cerveau - 2 -

Les neurotransmetteurs, messagers chimiques

Les messagers chimiques

 

Les neurotransmetteurs font partie des messagers chimiques, molécules qui sont impliquées dans différents types de communication cellulaire.

 

Il existe différentes familles de molécules de signalisation :

- les neurotransmetteurs,
- les hormones et neurohormones,
- les cytokines.
- des gaz (NO, CO)

- et quelques autres ...

 Grâce à ces messagers une communication cellulaire pourra s'établir. Elle est fonction de la nature des cellules qui émettent et/ou reçoivent le signal moléculaire et la disposition de ces cellules les unes par rapport aux autres.

 

Si l’on considère le mécanisme d’action des messagers chimiques au niveau des cellules réceptrices, on a deux cas de figure :

 

-   les messagers chimiques interagissent avec les récepteurs membranaires des cellules cibles. Il s’agit alors de molécules hydrosolubles (elles ne peuvent pas traverser la membrane plasmique hydrophobes), comme les hormones peptidiques, les cytokines et les neurotransmetteurs,

 

-  ou alors les messagers chimiques pénètrent dans cellules cibles et interagissent avec des récepteurs intracellulaires. Il s’agit de molécules liposolubles comme les hormones stéroïdiennes ou thyroïdiennes.

 

Les prostaglandines, pourtant liposolubles réagissent avec des récepteurs membranaires.

La communication endocrine est une communication qui relie des cellules situées à distance les unes aux autres. Les cellules émettrices (appartiennent aux glandes endocrines) émettent des signaux chimiques par les molécules de signalisation (hormones). Ces dernières atteignent par la circulation sanguine les cellules cibles.

 

Les cellules cibles peuvent dans certains cas se comporter comme de véritables cellules émettrices en synthétisant d'autres hormones. Les nouvelles hormones peuvent agir soit sur la première cellule émettrice par rétroaction (feed back), soit sur une autre cellule cible (actions en cascade). Cela permet le contrôle de la synthèse des hormones et l'ajustement précis de leurs effets sur les organes cibles.

 

La communication paracrine : elle est le moyen utilisé par des cellules voisines dont la proximité rend inutile l'utilisation de la circulation sanguine pour amener un message à distance de son lieu d'origine.


La communication neurocrine est semblable à la communication paracrine mais ne s'établit qu'entre 2 cellules nerveuses (synapse neuro-neuronale) ou entre une cellule nerveuse et une cellule musculaire (synapse neuromusculaire).

 

Si l’on considère le mécanisme d’action des messagers chimiques au niveau des cellules réceptrices, on a deux cas de figure : 

 

L'interaction entre les molécules de signalisation (en se liant d'où le terme de ligand) et leurs récepteurs aboutit à 3 types de modifications du comportement cellulaire :

- changements de perméabilité membranaire vis-à-vis des ions et de l'eau,
- modifications des activités enzymatiques à la surface et à l'intérieur de la cellule,
- modifications des activités transcriptionnelles.

Mode d’action d’un neurotransmetteur

 

 Le cerveau est constitué de cent milliards de cellules nerveuses : les  neurones. Les neurones sont parcourus à chaque instant de décharges électriques, qui acheminent l'information.

 

 Le signal est reçu au niveau des dendrites, il est envoyé à la cellule, et il déclenche (ou pas) un signal-relais qui voyage le long de l’axone jusqu’aux dendrites des autres neurones.

 

Comment le message est transmis

 

Au bout des axones, il y a de petites protubérances appelées terminaux synaptiques. Ces terminaux sont reliés aux dendrites d’autres neurones. Les terminaux synaptiques ne sont pas directement au contact des dendrites.

 

Entre eux s'étend un espace infime que l'on appelle synapse.

 

La synapse est l’endroit précis où le signal passe d’une cellule à l’autre.

 

Pour acheminer ce signal à travers l’espace étroit de la synapse, le terminal synaptique d’un neurone va le plus souvent utiliser une substance qu'il stockait jusqu'alors dans de petites vésicules, et la libérer dans l’espace qui le sépare des dendrites du neurone voisin.

 

Cette substance est le neurotransmetteur. Il attend dans ses vésicules qu’une impulsion électrique, après avoir parcouru l’axone, le propulse de l’autre côté de l’espace synaptique.

 

Il traverse alors la petite distance qui le sépare de la paroi d’une dendrite et va interagir avec ses récepteurs.

 

L’arrivée du neurotransmetteur dans les récepteurs déclenche une série de réactions biochimiques qui donne naissance à un signal électrique.

 

Au niveau de la membrane cellulaire il existe 2 grandes catégories de récepteurs : ionotropiques et métabotropiques.

 

                Les récepteurs ionotropiques sont essentiellement présents dans le système nerveux, on les appelle aussi récepteurs ligand dépendants ou récepteur canaux, ce sont des récepteurs pour les neurotransmetteurs. Ils ont une structure biochimique complexe composée de plusieurs sous-unités protéiques (polymères de plusieurs chaînes d’acides aminés) qui délimitent un canal au travers de la membrane plasmique.

 

La fixation du messager extracellulaire (le ligand) entraîne l’ouverture du canal transmembranaire perméable plus ou moins sélectivement aux ions. En vertu des forces physicochimiques (gradients électrochimiques) qui s’exerce sur les ions, ceux-ci sortent ou entrent dans la cellule, au travers du canal, et modifie très rapidement (en quelques millièmes de seconde) les caractéristiques électriques de la membrane plasmique. Ces modifications quasi-immédiates de l’état de charge électrique de la membrane plasmique joue sur l’excitabilité de la cellule cible.

 

                Les récepteurs métabotropiques sont plus largement distribués dans l’organisme et concernent la réception des signaux véhiculés par la plupart des ligands (neurotransmetteurs, hormones, facteurs trophiques…).

Ce sont des protéines transmembranaires (généralement monomériques : une seule chaîne d’acides aminés) dont la structure ne délimite pas de canal ionique mais qui, au niveau de leurs faces intracellulaires, s’associent avec d’autres protéines qui constitue un système de réaction en chaîne : le système de transduction. Celui-ci assure donc la transduction du message extracellulaire, c'est-à-dire la transmission du signal au travers de la membrane puis sa traduction en un nouveau messager intracellulaire interprétable par la cellule en terme de réponse physiologique

 

A la différence des récepteurs ionotropiques, l’action d’un récepteur métabotropique est lente à cause des réactions enzymatiques en cascade nécessaire à la genèse des seconds messagers et de l’action des seconds messagers sur les protéines présentes dans la cellules pour induire finalement la réponse physiologique. La latence d’une réponse cellulaire finale initiée via un récepteur métabotropique peut être de l’ordre de grandeur de la minute, voire de l’heure.

Le circuit électronique de la membrane cellulaire des neurones
Le circuit électronique de la membrane cellulaire des neurones

La liaison du transmetteur (la clé) au récepteur (la serrure) provoque généralement l'ouverture d'un canal ionique. Si le canal ionique laisse entrer des ions positifs (Na+ ou Ca++), le flux de courant positif entraîne une excitation.

 

La complexité des opérations neuronales nécessite souvent que l'excitation de certains neurones soit accompagnée par la cessation d'activité d'autres neurones. Ceci est rendu possible par l'inhibition. Dans les synapses inhibitrices, l'activation des récepteurs provoque l'ouverture de canaux ioniques qui laissent entrer des ions chargés négativement.

 

Le GABA et la glycine sont par exemple deux aminoacides  neurotransmetteurs inhibiteurs

 

Il faut noter que les neurones libèrent bien d'autres substances chimiques. Beaucoup d'entre elles influent sur les mécanismes nerveux en interagissant avec des ensembles de protéines membranaires formant des récepteurs métabotropiques (voir plus haut).

 

Quand un neurotransmetteur est reconnu et lié à un récepteur métabotropique, des molécules-ponts appelées protéines-G, sont activées en même temps que d'autres enzymes liées à la membrane.

 

Les neurotransmetteurs ont de multiples fonctions, et il est délicat d’attribuer à chacun un rôle bien précis sur tel ou tel aspect de notre comportement.

Plus loin, nous évoquerons cet aspect.


 

Structure chimique de quelques neurotransmetteurs

 

Quatre grands groupes de neurotransmetteurs sont connus :  l'acétylcholine, des amines, des acides aminés et enfin des peptides.

 

Tableau des Neurotransmetteurs

 

Classe I : Acétylcholine

Classe II - Les Amines : Noradrénaline, Adrénaline, Dopamine, Sérotonine, Histamine

Classe III - Les Acides Aminés : Acide Gamma-Aminobutyrique (GABA), Glycine, Glutamate, Aspartate et NMDA

Classe IV : Peptides (actuellement plus de 100 peptides sont considérés comme neurotransmetteur).

 

 

 

 

Sir Charles Scott Sherrington, prix Nobel de physiologie ou médecine (1932), inventeur du mot synapse.

 

Ses travaux se situent dans la continuation logique de ceux de Santiago Ramón y Cajal, prix Nobel de physiologie ou médecine (1906), contributeur majeur à la théorie neuronale.

Musique !

 

" Le neurologue Pierre Lemarquis, dont un des thèmes préférés est, précisément, l'action de la musique sur le cerveau et notamment la manière dont elle active la production d'un certain nombre de molécules chimiques, de neurotransmetteurs (dopamine, endorphines, adrénaline...). Ce qui explique par exemple pourquoi certains airs vous donnent des frissons.... "

Pierre Barthélémy, Le Monde