Neurophysiologie : synapses
Transmission synaptique : vue d'ensemble

D'une part, les synapses peuvent faire communiquer :

• deux neurones (synapses neuro-neuronales),
• un neurone et une autre cellule, musculaire ou glandulaire (synapses neuro-effectrices).

D'autre part, les synapses, selon leur classification fonctionnelle peuvent être classées en :

• synapses chimiques, très majoritaires (environ 99 % des synapses),
• synapses électriques.

Neurones et synapses

1. Les propriétés des neurones permettent d'expliquer la neurotransmission, i.e. ils sont :

• excitables, i.e. ils peuvent créer des potentiels d'action (PA),
• stimulables, i.e. ils peuvent développer ces PA suite à différentes stimulations externes ou internes,
• conducteurs (propagation de l'influx nerveux).

2. La structure des neurones permettent d'expliquer cette neurotransmission, i.e. ils possèdent :

• un corps cellulaire (soma ou péricaryon), pour la fabrication des éléments nécessaires à la neurotransmission, en particulier les vésicules,
• un axone, pour la propagation de l'influx et le transport axonal des vésicules,
• des dendrites, pour la réception des potentiels d'action en provenance d'autres neurones.

3. L'existence de synapses entre deux neurones, présynaptique et postsynaptique, séparés par la fente synaptique, permet le passage de l'information.

Synapses et neurotransmission

La libération présynaptique d'un neurotransmetteur, relève de trois modes différents de neurotransmission, classés selon leur délai de libération par rapport à un stimulus ainsi que la dépendance au calcium.

1. La libération évoquée, i.e. dépendante d'un potentiel d'action, est composée par :

• la libération synchrone, qui suit strictement l'arrivée du potentiel d'action présynaptique entrant,
• la libération asynchrone, qui n'est que faiblement couplée à la stimulation dans le temps, i.e. 10–100 ms après.

2. La libération spontanée se produit indépendamment des potentiels d'action de manière quantique, où des vésicules synaptiques uniques fusionnent et libèrent un neurotransmetteur de manière quasi aléatoire.

Libération évoquée

Que se passe-t-il lors de l'arrivée d'un potentiels d'action (PA) présynaptique ?

1. Le changement de potentiel de la membrane provoque l’ouverture de canaux calciques voltage-dépendants (Ca_V).

• L'entrée rapide et massive du Ca⁺⁺dans le terminal présynaptique est détecté par des protéines senseurs, en particulier la synaptotagmine, qui avec la complexine, régulent l’exocytose des vésicules.
• La formation du complexe SNARE canonique qui s'ensuit, i.e. Stx1/SNAP-25/synaptobrévine 2/VAMP2, régulée aussi par les protéines SM (Sec1/Munc18), en particulier Munc18-1, et la grosse protéine Munc13-1, c assure la fusion de la membrane des vésicules à la membrane présynaptique.

2. La fusion des vésicules de la zone active (AZ), i.e. extrémité de l'élément présynaptique, conduit à la libération d'une petite quantité de neurotransmetteur dans la fente synaptique.

Un événement électrique, le potentiel d'action, déclenche un événement chimique, l'électrosécrétion du neurotransmetteur.

3. En général, le neurotransmetteur se fixe à des récepteurs localisés sur la membrane postsynaptique, qui sont la plupart du temps spécifiques, i.e. glutamatergiques, GABAergiques…

En effet, le médiateur peut aussi ( destinées du neurotransmetteur):

• subir un processus de recapture (reuptake) par des transporteurs actifs spécifiques situés sur le neurone présynaptique ou les cellules gliales,
• subir une inactivation enzymatique dans la fente synaptique,
• se diluer dans le milieu par diffusion (effet " paracrine "),
• se fixer sur des autorécepteurs présynaptiques.

4. Le potentiel d'action (PA) qui résulte de la stimulation du neurone postsynaptique est transmis à son axone, pouvant être modifiée par des sommations spatiales et temporelles ( sommations neuronales).

Un événement chimique, fixation du médiateur sur les récepteurs, déclenche un événement électrique, création d'un potentiel d'action.

Libération spontanée

1. La découverte de cette libération spontanée par Bernard Katz et Paul Fatt dans la jonction neuromusculaire de la grenouille et la synapse géante du ganglion stellaire du calmar, a permis de découvrir que les neurotransmetteurs étaient rélachés par quanta, i.e. correspondant chacun au contenu d'une vésicule (Spontaneous subthreshold activity at motor nerve endings 1952).

2. La libération spontanée aurait des rôles importants dans la physiologie synaptique, en particulier dans la régulation de la plasticité synaptique et dans l'homéostasie (The mechanisms and functions of spontaneous neurotransmitter release 2015).

3. Les mécanismes moléculaires régulant la libération évoquée et spontanée sont très différents.

a. Les vésicules proviennent de deux réserves (pool) distinctes qui existent dès le développement embryonnaire (Independent Vesicle Pools Underlie Different Modes of Release during Neuronal Development 2012).

b. la machinerie de fusion pourrait faire appel, en plus des complexes canoniques, à des complexes SNARE différents (Nano-Organization at the Synapse: Segregation of Distinct Forms of Neurotransmission 2021).

• VAMP7 ou même VTI1A pourrait être une alternative à la synaptobrévine 2/VAMP2 canonique
• Stx7 pourrait intervenir à la place de Stx1 (The endosomal Q-SNARE, Syntaxin 7, defines a rapidly replenishing synaptic vesicle recycling pool in hippocampal neurons 2021).
• Doc2, contenant deux domaine C2, pourrait agir à la place de la synaptotagmine à un domaine C2.

3. Les récepteurs postsynaptiques seraient distincts.

Vésicules synaptiques et neurotransmission