La fusion membranaire des vésicules synaptiques provoque la libération des neurotransmetteurs.
Modèles de fusion
Modèle classique
Profils des vésicules (Figure : vetopsy.fr d'après Wu et Chan)
1. L'observation en microscopie électronique quelques millisecondes après la stimulation des pores aux terminaux nerveux a conduit à l'hypothèse de fusion complète (Full-collapse fusion).
a. La fusion complète a ainsi été utilisée pour interpréter :
les augmentations brusques de conductance des pores de fusion largement observées au-delà de la limite de détection (estimée à 5 nm),
les courants synaptiques rapides,
les courants ampérométriques générés par la catécholamine dans les cellules sécrétoires.
b. Une interprétation tout aussi possible, i.e. des pores élargis sans effondrement, a été négligée.
Modèle classique d'exocytose
(Figure : vetopsy.fr d'après Wu et Chan)
2. L'observation des profils Ω a conduit à la proposition de kiss-and-run, observations confirmées par les études ultérieures dans les synapses vivantes et les cellules endocriniennes.
Les variations de capacité reflètent l'addition et la soustraction de la membrane vésiculaire unique étaient parfois accompagnées d'une conductance des pores détectable ou d'un courant ampérométrique plus lent .
On note aussi une défaillance de libération des quanta ou des protéines à partir de vésicules de fusion.
Modèle Kiss-and-run (KAR)
(Figure : vetopsy.fr d'après Wu et Chan)
3. De même, la formation de vésicules endocytaires passait par une transformation plate à ronde (O).
Modèle classique d'endocytose
(Figure : vetopsy.fr d'après Wu et Chan)
Ce concept était étayé par :
l'observation en microscopie électronique de fosses membranaires peu profondes et profondes,
Modèle d'exocytose/endocytose classique (Figure : vetopsy.fr d'après Zhao et coll)
la diminution de la conductance des pores qui reflète la fission, l'étape finale de l'endocytose, dans les synapses vivantes.
La fusion complète, i.e. transition Ο ➞ Ω ➞ Λ ➞ Plat, était suivie d'une transition endocytaire, i.e. transition Plat ➞ Λ ➞ Ω ➞ Ο étant considérée comme le principal mode d'exo-endocytose.
En revanche, le kiss-and-run était remis en question et considéré tout au plus comme un mode mineur depuis sa proposition.
Modèle récent
Le modèle récent est fondé sur la microscopie STED (Stimulated Emission Depletion ou déplétion par émission stimulée) à résolution de 60 à 80 nm toutes les 26-300 ms.
1. La fusion membranaire et l'assemblage du complexe SNARE fournissent l'énergie nécessaire à la machinerie de fusion membranaire pour ouvrir le pore et déverser les neurotransmetteurs dans la fente synaptique.
La pression osmotique physiologique d'une cellule comprime, mais ne dilate pas le profil Ω, ce qui explique que le rétrécissement du profil Ω est énergétiquement favorisé par rapport à l'effondrement complet.
Pression osmotique, énergie libre et diamètre des VS
(Figure : vetopsy.fr d'après Shin et coll)
Or, la vésicule intacte maintient une pression osmotique de gonflement, i.e. Pves > Pcell.
La fusion vésiculaire établit un équilibre rapide entre la lumière de la vésicule et le milieu extracellulaire, i.e. la vésicule fusionnée subit une pression osmotique de compression, égale à la pression de gonflement cellulaire, mais agissant en sens inverse.
2. Cette hypothèse clé du modèle est plausible, car les pores de fusion sont suffisamment grands pour permettre un équilibrage rapide de la pression, en quelques millisecondes, sans être gènés par le contenu de la lumière vésiculaire.
L'énergie libre diminue de manière monotone avec la diminution de la taille des vésicules, démontrant que la trajectoire de fusion-rétrécissement est effectivement sélectionnée.
La diminution provient de la force de compression osmotique, qui a dégonflé la vésicule et a supprimé sa tension jusqu'à des valeurs négatives.
Il faudrait modifier le concept ancien suivant lequel la fusion se produit au niveau des sites de libération préétablis dans des cellules excitables, telles que les zones actives (ZA), pour inclure l'assemblage rapide du site de libération au niveau des profils Ω vésiculaires fusionnés.
Fusion séquentielle, fusion composée et kiss-and-run
(Figure : vetopsy.fr d'après Wu et Chan)
