Cette équipe de l’Université d'Okinawa (Japon) qui étudie les récepteurs neuronaux clés impliqués dans l'apprentissage et la mémoire, comme les récepteurs AMPA, vient de découvrir que ces récepteurs ne sont pas des entités stables mais se forment et se désintègrent continuellement en une fraction de seconde. Les conclusions des scientifiques, publiées dans Nature Communications, apportent une pièce au puzzle de la compréhension de la plasticité synaptique, cette activité neuronale essentielle à l'apprentissage et à la mémoire. « Accessoirement », la recherche pourrait également avoir des applications pharmacologiques dans le traitement de l'épilepsie.
Les synapses des structures spécialisées des neurones permettent à ces cellules nerveuses de communiquer entre elles. Dans la synapse, un neurone émet des messagers chimiques appelés neurotransmetteurs, et un neurone attaché les reçoit à l'aide de petites structures appelées récepteurs. Ce type spécifique de récepteur, le récepteur AMPA, présent en forte concentration au sein de la synapse (voir schéma ci-dessous) joue un rôle crucial dans les processus d'apprentissage et de mémoire. Cependant, les scientifiques ne comprennent pas encore parfaitement comment se forment et fonctionnent ces récepteurs AMPA.
C’est un un nouveau mécanisme de plasticité synaptique qui vient d’être identifié
AMPA, un tétramère à 256 configurations possibles : L’équipe japonaise a décrypté ce récepteur : elle montre que les récepteurs AMPA sont composés de 4 molécules, ou sous-unités – appelées GluAl, 2, 3 et 4 – qui s'unissent pour former des structures appelées tétramères. Ces tétramères peuvent être formés par différentes combinaisons de sous-unités, ce qui signifie qu'il existe 256 configurations possibles du récepteur AMPA. Les scientifiques pensent depuis longtemps que ces tétramères sont à l’origine du réticulum endoplasmique, le « centre de fabrication » de la cellule, avant de migrer vers les synapses en conservant une certaine stabilité.
AMPA, une configuration en mouvement perpétuel : Cependant, les chercheurs ont émis l’hypothèse que la stabilité du tétramère pourrait en réalité poser problème aux neurones et que les synapses pourraient avoir besoin des différentes configurations d’AMPA au fur à mesure de l’apprentissage et de l’évolution des réseaux neuronaux. « Nous avions le sentiment que quelque chose n'allait pas et qu’en réalité, les récepteurs AMPA se formaient, migraient et travaillaient », écrivent les chercheurs dans leur communiqué.
Les chercheurs ont placé des tags fluorescents sur chaque molécule de sous-unité individuelle des récepteurs AMPA puis ont suivi les mouvements des molécules dans les cellules vivantes à une précision nanométrique via la microscopie à fluorescence monomoléculaire et à l’aide d’un logiciel permettant d’analyser le mouvement de chacune des molécules. Ils constatent alors que les sous-unités du récepteur AMPA existent sous forme de molécules uniques et d'assemblages de deux, trois et quatre molécules. Ils « retombent » ainsi sur ces fameux tétramères mais constatent qu’ils se désagrègent en environ 0,1 à 0,2 seconde.
Des tétramères qui forment des canaux, l’espace d’un instant : lorsque les tétramères s’assemblent, ils fonctionnent comme de minuscules canaux s’ouvrant pendant moins de 0,1 seconde. Et dès leur séparation, les molécules séparées trouvent d'autres molécules partenaires pour former de nouveaux assemblages de 2,3 et 4 molécules, répétant continuellement ce processus.
Cette découverte n’est pas seulement fondamentale, elle ouvre aussi des applications médicales : ainsi, les patients épileptiques présentent un excès de glutamate, le neurotransmetteur qui se lie aux récepteurs AMPA dans le cerveau. Ces personnes sont souvent traitées avec des médicaments qui empêchent le glutamate de se lier aux tétramères du récepteur AMPA, mais ces traitements peuvent être trop puissants et donc inefficaces. Le développement de médicaments permettant de ralentir la formation de tétramères avec certaines compositions de sous-unités dans le cerveau pourrait probablement atténuer les configurations problématiques de plasticité synaptique et réduire les crises d'épilepsie.
Avec la limite sensible de ne pas impacter la plasticité synaptique nécessaire à l’apprentissage…
Source: Nature Communications 20 November 2019 AMPA receptors in the synapse turnover by monomer diffusion (Visuel 2 OIST)
Plus sur la Plasticité cérébrale sur Neuro Blog
