Communication Cellulaire Licence BioMath 2012 Plan de lensemble
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Plan de l’ensemble du cours. 1. Principes généraux de communications cellulaires 2. Principes d’homéostasie, grands principes thermodynamiques, transports membranaires 3. Communication électrique, transmission nerveuse 4. Synapses 5. Protéines G et récepteurs couplés à une enzyme 6. Jonctions neuromusculaires 7. Les récepteurs à activités kinase & phosphatase 8. Seconds messagers 9. Récepteurs nucléaires et régulation de la transcription 10. Biosynthèse et dégradation des protéines 11. La cellule dans son environnement 12. Jonction cellulaires, adhésion intercellulaires, matrices extracellulaires 13. Prolifération cellulaire & apoptose 14. Bases d’immunologie TP/TD A. TP/TD : Mécanismes de transport et perméabilité (EXAO) B. TP/TD Electroneurogramme et Potentiel d’action (EXAO) C. TP/TD Muscles, système cardiovasculaire (notion de système sympathique et parasympathique, EXAO) D. TP. Synthèse protéique
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Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Le cerveau est formé de circuits neuroniques • Des neurones établissent des connections avec d’autres neurones. – C’est un phénomène plastique. – L’apprentissage est fortement lié à l’établissement et à la disparition de circuits.
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Synapse = point de « connexion » entre deux neurones 1 mm 3 de substance grise du cortex peut contenir 5 milliards de synapses.
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Arrangement typique de connections Direction de la transmission du signal Noyau Corps cellulaire Axone (segment initial) Axone collatéral Terminaison axonal présynaptique • Les neurones communiquent par des signaux électriques dendrites Gaine de myéline • Ils sont excitables • Structurellement le soma (corps cellulaire) possèdent un réticulum endoplasmique étendu et le noyau • Les extensions: • Dendrites (reçoivent l’info) • Axones (delivrent l’info) ; certains sont couverts de myéline Une collection d’axones est appelé nerf
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Un peu d’histoire. . . • Théorie réticulaire (Golgi): Il existe une continuité cytoplasmique entre les neurones (tunnel). • Théorie du neurone (Cajal): Les neurones sont bel et bien séparé, sans continuité, leur membrane sont complètes. Aujourd’hui, les scientifiques donnent raison à Cajal Ironie: Cajal a réussi à convaincre la communauté scientifique grâce à une technique histologique inventée par Golgi ! (Les deux ont reçu le prix Nobel en 1906)
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Synapse en microscopie électronique
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Deux types de synapses 1) Synapse neuro-neuronale Jonction entre deux neurones 2) Synapse neuro-effectrice Jonction entre un neurone (moteur) et une cellule effectrice: - Cellule musculaire - Cellule sécrétrice d’une glande
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Anatomie de la synapse Neurone présynaptique Neurone postsynaptique
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Petit test… Dendrites et Corps cellulaire 1 A 2 B Axone 3 C Que peut-on dire : 1) de B par rapport à A ? è Postsynaptique 2) De B par rapport à C ? è Présynaptique 3) De 1 ? è Neuro-neuronale 4) De 3 ? è Neuro-effectrice Terminaison axonique
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Structure de la synapse • Terminaison axonique = boutons terminaux – Environ 3000 boutons par neurone ! – Nombreuses mitochondries – Appareil de Golgi développé – Nombreuses vésicules du coté présynaptique • La fente synaptique: très étroite ! – Invagination du coté postsynaptique
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Vieux composants membranaires digérés dans les lysosomes Transport rétrograde rapide axonal Transport axonal rapide le long des microtubules Peptides synthétisés et encapsulés Recyclage des Vésicules synaptiques Vésicule synaptique Contenu des vésicules relargué par exocytose
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Types de cellules gliales: SNC = oligodendrocytes, astrocytes, microglia, cellules ependymales SNP = cellules de Schwann, satellite cellules satellites
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 La myéline agit comme un isolant et inhibe les mouvement d’ion dans la membrane axonale qu’elle entoure
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Stimulus = n’importe quoi capable de déclencher l’ouverture ou la fermeture de canaux dans la membrane des neurones Point d’origine Force du potentiel graduel (m. V) Amplitude du potentiel graduel Que se passe-til au regard du potentiel de membrane pour la portion de membrane adjacente au site d’entrée des ions Na+ ?
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Le cône axonal (axon hillock, la zone de déclenchement) est sensible aux changements de concentrations ioniques et est le site d’initiation du potentiel d’action. Un potentiel d’action est un phénomène auto propagé de dépolarisation de la membrane qui s’initie au cône axonal et cours le long jusqu’à la terminaison axonale sans diminuer d’intensité. Les canaux Na+ voltage dépendant s’ouvrent et le Na+ entre dans l’axone Un potentiel gradué supérieur au seul arrive à la zone de déclenchement
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Si le potentiel gradué ne change pas le potentiel de repos de manière suffisante, le signal du stimulus va s’épuiser et le neurone ne répondra pas par un potentiel d’action. Le degré de changement du potentiel de repos nécessaire au déclenchement d’un PA est appelé le stimulus seuil (ou liminaire)
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Potentiel d’action = dépolarisation le long de l’axone (rappel) Lorsque la porte d’ouverture (m) est ouverte, le Na+ entre dans la cellule 1 Pendant la repolarisation le K+ quitte la cellule, les deux portes (m et h) reviennent à leur positions originelles La porte d’inactivation ferme le canal (h) l’entrée de Na+ est stoppée 3 2
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Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Si la zone de déclenchement de l’axone atteint le seuil, l’influx de Na° et la génération du potentiel d’action va être répétée et répétée encore dans une direction à chaque segment de la membrane.
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Que se passe-t-il dans cette portion de la membrane ?
Communication Cellulaire La zone de déclenchement est dans sa période réfractaire. Les canaux K+ sont ouverts, et la porte d’inactivation des canaux Na+ est fermée. La perte de K+ repolarise la cellule Licence Bio-Math 2012 Dans la partie distale de l’axone, les courant locaux provoquent une dépolarisation dans une autre section Une portion vient juste de subir une dépolarisation, et est relativement insensible aux changements de concentrations des cations. On dit qu’elle est réfractaire au stimulus. En aval, la membrane au contraire est sensible aux variations de flux cationiques
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Communication Cellulaire Conduction saltatoire dans un neurone myélinisé Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Le potentiel d’action permet le relargage de neurotransmetteurs au niveau de la terminaison axonale appelée présynaptique.
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Libération des Neurotransmetteurs Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca 2+]i induite par un p. A presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca 2+ Etape 3 : Exocytose
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Augmentation de [Ca 2+]i induite par un p. A presynaptique § Origine de l’augmentation de la [CA 2+]i : Milieu extracellulaire RE § Origine de l’ouverture des canaux Ca 2+ présynaptiques: Dépolarisation de la membrane présynaptique Canaux Ca 2+ sensibles au voltage : N et P/Q-types
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Le Canal Ca 2+ voltage dépendant Caterall WA (1994) Auxiliary subunits of voltage-gated ion channels , Neuron 12, 1183 -1194, with permission Campbell KP, Harpold MM et al. (2000) Nomenclature of volta gated calcium channels, Neuron 25, 533 -535, with permission.
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 L’augmentation de la [Ca 2+]i dans la terminaison présynaptique est localisée en microdomaine Technique : Fura 2 Stimulation presynaptique 0. 5 s à 80 Hz Localisation dans les zones actives
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Libération des Neurotransmetteurs Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca 2+]i induite par un p. A presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca 2+ Etape 3 : Exocytose
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Cycle vésiculaire et leur Fusion induite par l’entrée de Ca 2+
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Complexe v. SNARE-t. SNARE Docking Fusion
Communication Cellulaire Machinerie de la libération Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Liberation des Neurotransmetteurs Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca 2+]i induite par un p. A presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca 2+ Etape 3 : Exocytose
Communication Cellulaire Fusion et exocytose du NT Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Liberation des Neurotransmetteurs Différents types de Synapses Chimiques Comment estimer la libération des NT dans les synapses du SNC Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca 2+]i induite par un p. A presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca 2+ Etape 3 : Exocytose Diffusion du NT libéré dans la fente synaptique La liberation des NT est de nature probabiliste Pharmacologie de la libération des NT
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Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 L’extrusion du Ca 2+par l’élément presynaptique
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Libération des Neurotransmetteurs Différents types de Synapses Chimiques Comment estimer la libération des NT dans les synapses du SNC Les différentes étapes de libération des NT: Etape 1: Augmentation de [Ca 2+]i induite par un p. A presynaptique Etape 2: Fusion des vésicules synaptiques induite par l’entrée de Ca 2+ Etape 3 : Exocytose Diffusion du NT libéré dans la fente synaptique La liberation des NT est de nature probabiliste Pharmacologie de la libération des NT
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 L’activité des neurotransmetteurs est stoppée par : diffusion loin de la synapse, transport dans les cellules (gliales ou retour vers la cellule présynaptique) ou dégradation par des enzymes spécifiques.
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Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Quelle est la réponse au niveau du neurone post-synaptique ?
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire La force du stimulus détermine la réponse neuronale Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Qu’est ce qui va déterminer si un neurone va répondre ou pas ?
Communication Cellulaire Sommation temporelle Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Synapse excitatrice Donc, la région dendritique (POST-) subit une vague de dépolarisations locales qui finit parfois par être suffisante pour déclencher la dépolarisation de l’axone = Influx nerveux Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire A Licence Bio-Math 2012 B Le neurone rouge relargue de la sérotonine qui provoque un PPSI (ex 70 PA/sec) Neurone A relargue de la dopamine, provoque un PPSE (40 PA/sec) Neurone B relargue de l’acetylcholine est crée un PPSE ( 20 PA/sec). Que se passe-t-il au niveau de la cellule post-synaptique ?
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 La liaison du neurotransmetteur avec le récepteur peut donc avoir deux effets: Dépolarisation de la membrane Hyperpolarisation de la membrane: l'intérieur devient encore plus négatif et l'extérieur plus positif Un neurone hyperpolarisé est plus difficile à dépolariser jusqu’au seuil. Tant qu’il est hyperpolarisé, il est moins sensible.
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Synapse inhibitrice Vague d’hyperpolarisation
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Sommation des synapses excitatrices et inhibitrices
Potentiel Membrane (m. V) Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 excitateur a Excitateur b Inhibiteur c d a b c d Sommation Spatiale Temps Sommation Spatiale
Membrane Potential (m. V) Communication Cellulaire Excitatory a Excitatory b Inhibitory c Licence Bio-Math 2012 d a b c d Sommation Temporelle Temps Sommation Temporelle
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 neurotransmetteur Dérive de Site de synthèse Acetylcholine Choline SNC, nerfs parasympathiques Serotonine 5 -Hydroxytryptamine (5 -HT) Tryptophane SNC, cellule chromaffine (digestif), cellules enteriques GABA Glutamate SNC Aspartate SNC Glycine Moëlle épinière Histamine Epinephrine Norpinephrine Dopamine Adenosine Histidine hypothalamus Tyrosine Medulla adrénergique, certaines cellule du SNC Tyrosine SNC, nerf sympathique Tyrosine SNC ATP SNC, nerfs périphériques
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Neurotrans. Types de récepteurs Mode d’action Resultats au niveau postsynaptique cibles Acetylcholine Nicotinique Muscariniqu e Ouvre les canaux PPSE SNC neurones; muscle squeletique Serotonine 2 classes majeures, plusieurs sous familles Couplé aux protéines Dépend du type de G soit via AC ou récepteurs IP 3/DAG Aggrégation des plaquettes, contraction muscle lisse , satiété GABA-A GABA-B Récepteurs canaux Cl. Canal K+ lié aux prot G SNC, rétine a Receptor Protéine G liées à l’AMPc PPSI b receptor Protéine G liées à l’AMPc PPSE D 1, D 2, D 3, D 4, and D 5 Protéines G liées à PPSE et PPSI l’AMPC, activation directe des canaux, activation voie CAMP jusqu’à l’activation des canaux K+ Norepinephrine Dopamine PPSI dans tous les cas Relache les muscles lisses du tractus digestif, arbre bronchique et vaisseaux de smiscles squeletiques Augmente la fréquence et la force des contractions cardiaques, excites les vaisseaux des muscles lisses. D 1 -3 localisé dans le SNC D 3 -5 joue un role dans l’humeur, psychoses et neuroprotection
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Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Mode d'action des drogues (ou des médicaments) • Effet antagoniste: (inhibiteur) La drogue bloque le récepteur du neurotransmetteur. • Effet agoniste: (facilitateur) La drogue a le même effet que le neurotransmetteur. • Inhibiteur de recaptage: La drogue empêche le recaptage du neurotransmetteur, qui reste toujours actif.
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Effet antagoniste Ex. Curare ou cobratoxine aux jonctions neuromusculaires (antagonistes de l ’acétylcholine). Antipsychotiques (antagonistes de la dopamine). Effet agoniste Ex. Opiacés se fixent sur les récepteurs des endorphines et agissent de la même façon. Se trouvent dans les circuits de la douleur et de la régulation des émotions = bien-être et euphorie.
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Inhibiteurs du recaptage • Cocaïne et amphétamines = inhibiteur du recaptage de la dopamine. • ISRS (Prozac) = inhibiteur du recaptage de la sérotonine
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Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Mécanisme des récepteurs aux neurotransmetteurs • Direct: neurotransmetteurs qui ouvrent un canal ionique – Réponse rapide – Exemples: ACh et acide aminés • Indirect: neurotransmetteurs qui agissent via un second messager – Effet plus durable – Exemples: amines biogéniques, peptides, et gaz dissous (NO)
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Récepteurs canaux • Composés de récepteurs membranaires intégraux • Médient directement l’action du neurotransmetteur • Action immédiate et simple et très localisée • Le ligand se fixe au récepteur et les ions entrent dans la cellule • Récepteurs excitateurs dépolarise la membrane • Récepteurs inhibiteurs hyperpolarise la membrane
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Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Récepteurs couplés aux protéines G Figure 11. 23 b
Neurotransmitters: Acetylcholine • First neurotransmitter identified (by Otto Loewi) and best understood • Synthesized and enclosed in synaptic vesicles • Degraded by the enzyme acetylcholinesterase (ACh. E) • Released by cholinergic neurons: – All skeletal muscle motor neurons • Anterior horn motor neuron (= Lower motor neuron) – Some neurons in the autonomic nervous system • All ANS preganglionic neurons (parasym. and sympathetic) • All parasympathetic postganglionic neurons stimulating smooth muscle, cardiac muscle, and glands • Symp. postganglionic neurons stimulating sweat glands • Ach binds to cholinergic receptors known as nicotinic or muscarinic receptors
Comparison of Somatic and Autonomic Systems Figure 14. 2
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Communication Cellulaire Tissus musculaire • Muscles squelettiques • Muscles cardiaques • Muscles lisses Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Muscle squelettique • Cellules cylindriques longues • Plusieurs noyaux par cellule • Striés • Contaction volontaire • Contractions rapides Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Muscle cardiaque • • • cellules branchées Un à deux noyaux par cellule Striées involontaire Contractions moyennement rapides Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Muscle lisse • • • cellule fusiforme Un noyau par cellule Non striées involontaire lentes Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Microanatomie du muscle squelettique Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Z line Licence Bio-Math 2012 Z line
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Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 H Band
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Sarcomere Relaxed
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Sarcomere Partially Contracted
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Sarcomere Completely Contracted
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Tropomyosin Binding Site Troponin
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012 Myosin
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Jonction neuromusculaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire L’Acétylcholine ouvre les canaux Na+ Licence Bio-Math 2012
Communication Cellulaire Licence Bio-Math 2012
Muscle Contraction Summary • Nerve impulse reaches myoneural junction • Acetylcholine is released from motor neuron • Ach binds with receptors in the muscle membrane to allow sodium to enter • Sodium influx will generate an action potential in the sarcolemma
Muscle Contraction Continued • Action potential travels down T tubule • Sarcoplamic reticulum releases calcium • Calcium binds with troponin to move the troponin, tropomyosin complex • Binding sites in the actin filament are exposed
Muscle Contraction Continued • Myosin head attach to binding sites and create a power stroke • ATP detaches myosin heads and energizes them for another contaction • When action potentials cease the muscle stop contracting
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