Neurotransmitter

Contexte et histoire

Les neurotransmetteurs sont généralement synthétisés dans les neurones à partir de molécules précurseurs telles que les acides aminés, qui sont facilement disponibles et nécessitent peu d'étapes de biosynthèse. Ils sont stockés dans des vésicules synaptiques regroupées près de la membrane cellulaire à l'extrémité de l'axone, bien que certains, comme l'oxyde nitrique et le monoxyde de carbone, soient synthétisés et libérés immédiatement sans stockage.

La libération se produit généralement par exocytose en réponse à un potentiel d'action, mais une libération de base se produit également sans stimulation électrique. Après avoir diffusé à travers la fente synaptique, les neurotransmetteurs se lient aux récepteurs de la cellule cible, l'effet — excitateur, inhibiteur ou modulateur — étant déterminé par le type de récepteur. Pour éviter une activation continue, les neurotransmetteurs sont éliminés par diffusion, dégradation enzymatique ou recapture dans le neurone présynaptique.

Le dialogue chimique à la synapse

Les neurotransmetteurs sont des molécules de signalisation qu'un neurone libère pour influencer une cellule voisine à travers un espace appelé la synapse. Cette cellule cible peut être un autre neurone, mais elle peut tout aussi bien être une fibre musculaire ou une glande. Le processus commence par la synthèse : la plupart des neurotransmetteurs sont construits à partir de précurseurs simples et abondants comme les acides aminés, ne nécessitant souvent qu'une poignée d'étapes de biosynthèse.

Une fois fabriqués, ils sont généralement conditionnés dans des vésicules synaptiques regroupées près de la membrane cellulaire à l'extrémité de l'axone. Lorsqu'un signal électrique appelé potentiel d'action arrive, ces vésicules fusionnent avec la membrane et déversent leur cargaison dans la fente synaptique par exocytose. Une libération de base à faible niveau se produit également sans déclencheur électrique. Les molécules libérées diffusent ensuite à travers la fente et se verrouillent sur des récepteurs spécifiques de la cellule réceptrice.

Il est essentiel de noter que le même neurotransmetteur peut produire une excitation, une inhibition ou une modulation en fonction uniquement du récepteur qu'il rencontre. Ce résultat dépendant du récepteur est ce qui donne au système nerveux son extraordinaire éventail de réponses.

Des hypothèses électriques à la preuve chimique

Pendant une grande partie du XIXe siècle et jusqu'au début des années 1900, la vision dominante en neurosciences était que les neurones communiquaient entre eux principalement par des signaux électriques. Cette hypothèse a commencé à s'effondrer lorsque l'histologiste Ramón y Cajal a examiné des tissus au microscope et a remarqué un minuscule écart de vingt à quarante nanomètres entre les neurones adjacents — ce que nous appelons maintenant la fente synaptique.

L'existence même de cet écart impliquait que quelque chose de chimique devait le combler. Travaillant avec des grenouilles, il a manipulé le volume de solution saline entourant le nerf vague et a démontré qu'il pouvait ralentir le rythme cardiaque en contrôlant les concentrations chimiques dans ce fluide. Ses découvertes ont confirmé que la régulation sympathique de la fonction cardiaque fonctionne par l'intermédiaire de messagers chimiques plutôt que par une conduction électrique pure.

Loewi est également crédité de l'identification de l'acétylcholine, le premier neurotransmetteur jamais reconnu. Son travail a fondamentalement réorienté le domaine vers un modèle chimique de la communication neuronale.

Un vaste vocabulaire chimique

Bien que le nombre précis de neurotransmetteurs uniques dans le corps humain reste inconnu, les chercheurs ont identifié bien plus d'une centaine de molécules distinctes qui remplissent ce rôle. Elles se répartissent en plusieurs grandes familles chimiques. Les acides aminés tels que le glutamate, le GABA, la glycine et l'acétylcholine représentent les transmetteurs classiques à petites molécules. Les monoamines — notamment la dopamine, la noradrénaline et la sérotonine — sont produites en modifiant un seul acide aminé ; par exemple, la sérotonine est dérivée du tryptophane.

Les neurotransmetteurs peptidiques, ou neuropeptides, sont des transmetteurs à base de protéines considérablement plus gros qui sont fréquemment co-libérés avec leurs homologues à petites molécules pour produire un effet modulateur. Les transmetteurs à base de purine comme l'ATP proviennent des voies des acides nucléiques. Même des gaz métaboliques tels que l'oxyde nitrique et le monoxyde de carbone se sont avérés se comporter comme des neurotransmetteurs, bien qu'ils soient synthétisés et libérés sur place sans jamais être stockés dans des vésicules.

Cette diversité chimique permet au système nerveux d'adapter ses messages avec une précision remarquable à travers différents circuits et tissus cibles.

L'équipe de nettoyage et ses conséquences

Une fois qu'un neurotransmetteur a fait son travail, il doit être éliminé de la fente synaptique pour empêcher la cellule cible d'être continuellement stimulée. Trois mécanismes principaux assurent ce nettoyage. Premièrement, la simple diffusion permet aux molécules de s'éloigner de la jonction, où elles sont absorbées par les cellules gliales, en particulier les astrocytes. Ces astrocytes ne se contentent pas de nettoyer l'excès de produits chimiques ; l'activité neuronale élève leur taux de calcium interne, les incitant à libérer leurs propres gliotransmetteurs comme le glutamate, l'ATP et la D-sérine, créant un dialogue bidirectionnel qui façonne la fonction synaptique.

Deuxièmement, les enzymes décomposent le transmetteur — l'acétylcholine, par exemple, est clivée par l'acétylcholinestérase, et la choline libérée est recyclée dans le neurone présynaptique. Troisièmement, des protéines de transport membranaire appelées transporteurs de recapture pompent le transmetteur dans le neurone libérateur pour le réutiliser. Cette dernière voie est une cible pharmacologique majeure : la cocaïne, par exemple, bloque le transporteur de la dopamine, provoquant la persistance de la dopamine dans la fente et l'activation de ses récepteurs bien plus longtemps que la normale.