Bases moléculaires de la mémoire à long terme
Potentialisation à long terme (1)

Sommaire

La mémoire à long terme en général a été étudiée du point de vue :

de la psychologie cognitive (processus de la mémoire à long terme),
des régions cérébrales mises en jeu (bases neurobiologiques).

Intéressons-nous maintenant à la neurobiologie cellulaire et en particulier à la potentialisation à long terme ( PLT).

Découverte de la potentialisation à long terme ou PLT

La potentialisation à long terme a été mise en évidence dans l'hippocampe (mémoire et lobes temporaux).

L'hippocampe, impliqué dans la mémoire à long terme (souvenir et rappel), a une structure simple pour du cortex (3 couches au lieu des 6 habituelles).

De plus, il reste vivant plusieurs heures après son ablation.
Il peut, en outre, être coupé en tranches minces pour pouvoir stimuler les différentes cellules, ce qui a facilité l'étude de la PLT.

Lorsque les axones de l'hippocampe sont stimulés à haute fréquence, on observe une augmentation de la transmission synaptique pendant un longue période (plusieurs heures et, même si elle est répétée, jusqu'à plusieurs semaines et peut-être, toute la vie).

Lors d'une seule stimulation du neurone présynaptique, on enregistre un potentiel postsynaptique excitateur (PPSE).
Après une stimulation à haute fréquence (centaines d'impulsions par seconde), on applique une seule stimulation : le PPSE est augmenté en amplitude et dure beaucoup plus longtemps.

PLT : dépolarisation durable et augmentée

Vue d'ensemble

Dans l'hippocampe , la stimulation des collatérales de Schaffer entraîne une dépolarisation des cellules pyramidales du CA1.

Une tétanisation même très brève peut provoquer une potentialisation à long terme. Le tissu hippocampique est très facilement excitable, ce qui explique le nombre de foyers épileptogènes dans cette région.

Lobe temporal interne
(Figure : vetopsy.fr d'après Bear-Connors-Paradiso)

Ces phénomènes font intervenir les différents récepteurs au glutamate.

1. Au niveau présynaptique, la fréquence des stimulations doit être élevée et le nombre de synapses suffisant pour provoquer une sommation des potentiels postsynaptiques excitateurs (PPSE), i.e. augmenter la libération du glutamate dans la fente synaptique ( loupe bases neurobiologiques de la sensibilisation).

2. Au niveau postsynaptique, les décharges à haute fréquence du neurone présynaptique peuvent déclencher deux sortes de phénomènes.

Si le potentiel membranaire postsynaptique est normal (- 70 mV), le glutamate ne provoquera que l'ouverture des récepteurs ionotropes AMPA ( bases neurobiologiques de la sensibilisation).
Si le potentiel membranaire postsynaptique est bas (- 30 mV), le glutamate provoquent non seulement l'ouverture de nombreux récepteurs ionotropes AMPA de glutamate, mais également, l'expulsion des ions Mg⁺⁺ des récepteurs NMDA, ce qui permet une entrée massive du Ca⁺⁺ dans la cellule postsynaptique.

Le récepteur NMDA ne s'ouvre que lorsque les deux conditions suivantes sont réunies : liaison du glutamate ET forte dépolarisation du neurone postsynaptique ( récepteurs NMDA glutamatergiques).

On les appelle récepteurs à double portillon ou double mécanisme d'activation, i.e. les deux phénomènes doivent arriver pratiquement en même temps (100 ms).

Ce double mécanisme d'action nous permet de penser que le récepteur NMDA peut être impliqué dans les apprentissages associatifs qu'il soit classique ou opérant ( loupe base neurobiologiques de l'apprentissage).

Rôle des ions calcium (Ca⁺⁺)

Revenons à l'entrée massive du Ca⁺⁺ : il active la calmoduline (calmoduline et apprentissage) en Ca⁺-calmoduline qui active elle-même deux kinases différentes.

XXXXXXX — (Figure : vetopsy.fr d'après
Squire-Kandel : La mémoire)

1. D'une part, en se fixant sur l'adénylate cyclase, la Ca⁺⁺-calmoduline produit une grande quantité d'AMPc qui augmente l'activité de la protéine kinase A ou PKA (sensibilisation à court terme).

La PKA phosphoryle les canaux K⁺ et les ferme, augmentant ainsi la durée du potentiel d'action neuronal.

Ce phénomène ouvre alors davantage de canaux calcium dont la concentration augmente dans le neurone présynaptique, ce qui, à son tour, ouvre encore plus de récepteurs ionotropes AMPA.
Ce phénomène, à son tour, agit par feed-back sur le neurone présynaptique pour lui ordonner de libérer plus de glutamate, par la sécrétion de messagers (comme le monoxyde d'azote NO).

2. D'autre part, la Ca⁺⁺-calmoduline active, d'autre part, la protéine kinase II calmoduline-dépendante (CaM kinase II) dont le rôle, comme toutes les kinases, est la phosphorylation d'autres molécules.

D'abord, elle s'auto-phosphoryle, ce qui permettra son activation, même lorsque les canaux Ca⁺⁺ seront fermés.
Puis, elle phosphoryle les récepteurs NMDA pour les rendre plus sensibles à l'entrée du Ca⁺⁺.

Tous ces phénomènes concourent à l'augmentation de la force et de la durée du potentiel d'action !

3. De plus, l'action des kinases induit la production de protéines nécessaire aux changements durables de la connexion synaptique par la synthèse de récepteurs et de dendrites.

La facilitation à long terme de l'aplysie en est un exemple caractéristique.

PLT : synthèse de récepteurs et de dendrites

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