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La Jonction Neuromusculaire

M. CORIO

La Jonction Neuromusculaire I.

Données Morphologiques

La Plaque motrice : Elle se trouve à l’extrémité des axones des motoneurones du muscle. Cet axone se divise en 3-4 branches et forme une plaque motrice sur une fibre musculaire. La fibre musculaire ne reçoit qu’une synapse. (Donc ne reçoit une seule plaque motrice). Unité motrice : nombre de fibre innervé par un motoneurone. Soit un muscle qui fait des mouvements précis : On a un petit nombre de fibre. Donc on va devoir activer beaucoup de motoneurone. L’amplitude dans le mouvement sera grand. Si on a un gros muscle qui se contracte rapidement : On va prendre un nombre d’unité motrice très grand, un petit nombre de motoneurone qui active un grand nombre de fibre. C’est donc moins facile à contrôler.

En microscope optique : on voit que l’axone qui se divise en 3. La plaque motrice est quelque chose d’énorme. On voit que les structures ont des renflements. Cette terminaison va se diviser en milliard de petites branches. Plaque motrice= dizaine de millier de synapse regrouper toutes au même endroit.

En microscopie électronique : On voit un nombre important de vésicule. La membrane postsynaptique est bien différenciée garce à ces plis sous-synaptique qui augmente la quantité de

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membrane post-synaptique. Quand on veut absorber plus, on augmente la surface comme ici (ici on peut donc mettre plus de récepteur).

Exemple à connaitre : la synapse cholinergique :

II.

Le Potentiel de Plaque Motrice (PPM)

a) Mise en Evidence On prend l’axone d’un motoneurone, on met deux électrode pour l’activer. On vérifie s’il y a un PA au niveau de la plaque motrice. On enregistre les variations de potentiel transmembranaire avec un PA. A chaque PA, au niveau de la membrane on obtient un PA de muscle strié squelettique. Le PA est d’à peu près 10ms. On ne voit pas de PPSE. Cette plaque motrice amène la membrane à son seuil de déclanchement de potentiel d’action (-50mV). Donc on ne peut pas voir le potentiel post, puisqu’on a chaque fois un PA. Pour une fibre musculaire, on un a une seule plaque motrice, donc il n’y a pas de somation spatial. Mais la plaque motrice est activé une seul est unique fois. Elle un potentiel qui à chaque fois amène la membrane de la fibre à son seuil de PA. On augmente la concentration du curare : il y a toujours PA, jusqu’à un stade où on a plus de PA (avec une concentration croissante).

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Cette plaque motrice est tellement efficace que le PPSE de cette plaque motrice amène systématiquement la membrane sans sommation au-delà du seuil de déclanchement du PA. Remarque : la membrane de la cellule musculaire contient des canaux voltage-dépendants responsables de ces PA.

b) Propriétés Ce potentiel est une forte dépolarisation : c’est un PPSE. Ce potentiel de plaque motrice, vu son amplitude va toujours provoquer un PA de la fibre musculaire. Donc il provoque à chaque fois une réaction. C’est une réponse locale (=ce n’est pas propagé). En curarisant, on peut mesurer l’amplitude de ce potentiel de plaque motrice. Il a son amplitude maximum sous la plaque motrice et disparait à 3/ 4mm. Ce n’est un pas un PA, ce n’est pas propagé. La variation dépend d’un courant ionique. Il n’y a pas de processus pour propager le potentiel de plaque motrice. Si on ne curarise pas, cette forte dépolarisation va permettre l’ouverture de canaux voltage dépendant, et va déclencher un PA qui va se propager sur toute la surface. Ce potentiel de plaque motrice correspond à une sommation spatiale d’une multitude de petite synapses (500 petites synapse) qui constitue la plaque motrice. On a aussi une sommation temporelle. C’est bien une synapse chimique avec comme neurotransmetteur l’acétylcholine. Elle a un délai synaptique de 0.4ms.

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c) Mécanismes Ioniques Générateurs On va utiliser la technique du voltage imposé : on plante deux électrodes sur la plaque motrice. Une pour mesurer les variations, et on peut imposer un courant. On choisit un voltage, on active l’axone et on ne verra de PPM. Le but de la technique est de maintenir le potentiel à la valeur choisi.

Attention : IACh ne signifie pas que c’est l’ACh qui passe par le récepteur-canal. Ici, cela désigne le courant ionique dû à la fixation de l’ACh sur ses récepteurs. Quels ions sont responsable du PPM ? Si on modifie la concentration extracellulaire en K+ ou Na+, on modifie le PPM. Donc ces deux ions sont impliqués, et sont capable de passer à travers se récepteurs canal. Par où passent ces ions lors de la fixation de l’Ach sur ses récepteurs ? Les récepteurs cholinergiques impliqués sont des récepteurs ionotropique (récepteurs-canaux). Dans quel sens diffusent la Na+ et le K+ ? Le sodium rentre et le potassium sort. Pourquoi ceci génère-t-il un PPSE ? Lorsque ces canaux s’ouvrent : le K+ et le Na+ peuvent rentrer. Le gradient électrochimique du Na + est fort comparé à celui du K+. Donc le courant de Na+ prédomine. Le courant ENa est extrêmement intense. On a plus de Na+ qui rentre que de K+ qui sort ce qui permet d’obtenir ce PPSE très important.

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Technique du courant imposé : On amène la membrane à certain voltage, et on active la plaque motrice. A -97mV, on voit une forte dépolarisation du potentiel transmembranaire qui correspond au potentiel de plaque motrice de -20mV. Vers 0mV, on a plus aucune variation de la membrane. Au-dessus de 0, on a une variation du potentiel transmembranaire qui cette fois est une hyperpolarisation. Tant que la membrane est dépolarisée, on a des courants ioniques dont le flux net est un courant cationique entrant. Plus on se rapproche de 0, plus le courant diminue. Au-dessus de 0, le flux net cationique devient sortant. On a une hyperpolarisation de la membrane. Plus on diminue le courant sodique, plus on augmente le courant de K +. Il y a forcément une valeur ou les deux flux sont égaux. Quand le flux net de K + est supérieur au Na+, on a un flux net fortement sortant. Et au-delà de Na+, on a aussi le Na+ qui sort en plus du K+. EACh ne dépend que du Na+ et du K+. PPM = augmentation simultanée de gNa et de gK.

Si on mesure les courants : Si j’active la plaque motrice, et que j’ai dépolarisé à -200mV, j’obtiens un très fort courant négatif (= fort courant cationique entrant, ici le Na+). Ce courant entrant ne fait que diminuer. La membrane se dépolarise jusqu’à s’inverser et devenir positif. Le courant est nul quand la dépolarisation transmembranaire = 0, donc les flux nets sont égaux et de sens opposé. Au-dessus de 0 on a des courant positif, j’ai un flux net sortant.

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III.

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La récepteur Cholinergique Nicotinique

a) Structure Poisson torpille : utilise synapse neuro musculaire (plaque motrice) pour produire de l’électricité. Il a transformé deux masses musculaires importantes en organe éclectique. Masses remplis de fibre qui ne se contracte plus. Par contre elles reçoivent des innervations qui devraient leur permettre de se contracter. On a donc étudié le récepteur cholinergique nicotinique chez le poisson torpille. En ME, au niveau des jonctions neuromusculaires, des plaques motrices. On a des structures en forme de losange qui sont des récepteurs au neurotransmetteurs au niveau de la plaque motrice. (Le neurotransmetteur est l’acétylcholine). On a un nombre extrêmement important de récepteurs nicotinique à l’acétylcholine. S’ils s’ouvrent tous, le courant ionique va être très intense. Ce qui permet au poisson d’électrocuté sa proie.

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Récepteur cholinergique nicotinique : C’est un pentamère (5 sous unités) : 2 sous-unité α, une β, un gamma et une delta (cf schéma pour le poids moléculaire). Ce sont ces 4 protéines qui forme cette rosace avec au milieu le canal. Le canal s’ouvre quand le récepteurs fixe 2 molécules d’acétylcholine (au niveau de là sous unité alfa). Puis, le canal s’ouvre et laisse passer de cation. On a donc une dépolarisation, et l’activation de la plaque motrice.

Chaque sous unité à la même structure. Elles sont de quatre segment transmembranaire. Les 4 ont à peu près la même structure : c’est une grosse protéine avec 4 segments transmembranaire nommé M1, M2, M3 et M4. Tout ce qui est en noir représente une partie hydrophobe. S’ils sont chargés : hydrophile sinon hydrophobe. Les quatre zones hydrophobes correspondent au segments M1 à M4 : zone hydrophobe de la protéine. Les parties hydrophiles sont celle en contact avec un milieu aqueux (boucles…). La composition en AA n’est pas très différente. 7

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Si on met de la nicotine sur ce récepteurs, le canal s’ouvre aussi. La nicotine est un agoniste. Un antagoniste, même s’il se fixe sur le récepteur, il empêche le fonctionnement de récepteur et donc du canal, en prenant la place de l’acétylcholine. (Ex : curare) Les 5 segments M2 forme le canal. Dans les 5 segments M2, on a des AA relativement polaire qui permettent le passage des ions. Ce sont des molécules chargées négativement pour former le canal à cations. On a un système d’ouverture et de fermeture du canal qui dépende la fixation du neurotransmetteur. Liaison de l’ACh : L’ACh se fixe sur la sous-unité α. Il y en deux par canal, donc on a deux molécule d’ACh qui se fixe.

b) Propriétés Patch clamp en configuration Inside out : C’est un récepteurs canal : il faut apporter le ligan pour que ce canal s’ouvre. En présence d’acétylcholine, le canal s’ouvre. Puis se referme, et s’ouvre. Il oscille entre la position ouverte et fermé tant qu’on a de la ACh.

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Si on met d’ACh à l’extérieur de la micropipette on obtient rien. Donc c’est bien le canal qui fixe l’ACh et qui s’ouvre (=récepteur ionotropique). On trace la courbe IV. On a des courant cationique entrant. A 0 on a l’inversement des courants.

Avec des animaux mutant : si on mute le gène qui produit les sous unité M2, et qu’on modifie la LEU en position 251 que l’on replace par une SER : ce canal ne fonctionne pas. C’est pareil pour la thréonine en 244. La leucine en 251 se trouve à al même hauteur dans les 5 sous unité M2. Ces segments M2 sont légèrement courbé vers l’intérieur de canal. Cela forme un anneau relativement fermé : ce qui participe à la fermeture du canal lorsqu’il n’est pas activé. C’est l’inverse quand il est ouvert : anneaux avec les leucines élargies, et anneaux avec les thréonines se resserrent. Cela permet de filtrer un peu les cations.

On étudie maintenant le fonctionnement de récepteurs dont une ou plusieurs sous-unités présentent la même mutation, substitution d’une leucine par une sérine en 251 dans le domaine M2. 9

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Par une technique de voltage imposé (-80mV) on mesure sur la cellule entière les courants obtenus pour des concentrations différentes d’Ach dans le cas de récepteurs sauvages et diversement mutés. Les sous-unités mutées sont repérés par un astérisque.

Les activités de deux récepteurs canaux isolés, sauvage ou muté (sur la sous-unité alfa) sont comparées par des techniques de patch clamp, à un potentiel imposé de -100mV pour un concentration d’ACh de 25µM. Le temps est lu horizontalement, la barre 100 millisecondes (100ms) indiquant l’échelle. L’intensité des courants et lue verticalement, la barre 5 pico ampères (5pA) indiquant l’échelle.

Quand le canal s’ouvre, il laisse passer des ions Na+ et K+. On parle d’une conductance cationique (sortie de potassium et entrée de sodium, les ions suivent leur gradient électrochimique). D’où la dépolarisation de la membrane postsynaptique. C’est donc une excitation.

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c) Pharmacologie Agoniste : Il se fixe à la place de l’acétylcholine et active le récepteur. Antagoniste : Il va soit empêcher le ligand de se fixer. Donc, l’ACh n’aura pas d’effet si elle ne peut plus se fixer. On parle d’antagoniste compétitif. Antagoniste non compétitif : il empêche l’ACh de faire sont effet, mais il ne l’empêche pas de se fixer. Il se fixe sur le récepteur mais à un autre endroit que l’ACh.

Exemple d’agoniste : la Nicotine. Cette molécule peut se fixer de façon spécifique avec une forte affinité à la place de l’ACh. La carbachol est un aussi un agoniste mais non sélectif. C’est-à-dire qu’il agit aussi sur d’autres types de récepteurs cholinergiques. Antagonistes : Le Curare Le curare bloque la contraction des muscles c’est un inhibiteur de l’acétylcholine. Il existe aussi la Bungarotoxine qui est tiré du venin de serpent.

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