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Neurotransmetteurs et récepteurs
Les différentes classes de neurotransmetteurs, et les types de récepteurs auxquels ils se lient.
Introduction
Saviez-vous qu'il y a des milliards de neurones — et des milliers de milliards de synapses — dans votre incroyable cerveau ?
Dans l'article sur les synapses, on a vu comment fonctionnait la transmission synaptique. Ici, on va se concentrer sur les neurotransmetteurs, les messagers chimiques qui sont libérés par les neurones au niveau des synapses pour "discuter" avec les cellules voisines. On examinera également les récepteurs protéiques qui permettent à la cellule cible "d'entendre" le message.
Les neurotransmetteurs : conventionnels et non conventionnels
Il existe de nombreux types différents de neurotransmetteurs et on en découvre encore de nouveaux ! Au fil des ans, le concept même de neurotransmetteur a changé et s'est élargi. Sa définition étant désormais plus large, certains neurotransmetteurs récemment découverts sont considérés comme "non traditionnels" ou "non conventionnels" (comparativement aux définitions plus anciennes).
On évoquera ces neurotransmetteurs non conventionnels à la fin de l'article.
Les neurotransmetteurs conventionnels
Les messagers chimiques qui agissent en tant que neurotransmetteurs conventionnels partagent certaines caractéristiques fondamentales. Ils sont stockés dans des vésicules synaptiques, libérées lorsque du
Les neurotransmetteurs conventionnels peuvent être répartis en deux groupes principaux : les neurotransmetteurs à faible poids moléculaire et les neuropeptides.
Les neurotransmetteurs à faible poids moléculaire
Les neurotransmetteurs à faible poids moléculaire comprennent (ce qui n'est pas trop surprenant !) différents types de petites molécules organiques, dont :
- Les acides aminés neurotransmetteurs comme le glutamate, le GABA (acide γ-aminobutyrique) et la glycine. Ce sont tous des acides aminés, bien que le GABA ne soit pas un acide aminé présent dans les protéines.
- Les amines biogènes comme la dopamine, la noradrénaline, l'adrénaline, la sérotonine et l'histamine, qui sont fabriquées à partir de précurseurs d'acides aminés.
- Les neurotransmetteurs purinergiques, l'ATP et l'adénosine qui sont des nucléotides et des nucléosides.
- L'acétylcholine, qui ne correspond à aucune des autres catégories structurelles, mais constitue un neurotransmetteur clé des jonctions neuromusculaires (où les nerfs se connectent aux muscles), et de certaines autres synapses.
Les neuropeptides
Les neuropeptides sont composés d'au moins trois acides aminés et sont plus grands que les neurotransmetteurs à faible poids moléculaire. Il existe un grand nombre de neuropeptides différents. Certains d'entre eux incluent les endorphines et les enképhalines, qui inhibent la douleur ; la substance P, qui transmet les signaux de douleur ; et le neuropeptide Y, qui stimule l'appétit et peut prévenir les crises.
Les effets d'un neurotransmetteur dépendent de son récepteur
Certains neurotransmetteurs sont généralement considérés comme "excitateurs", car ils rendent le neurone ciblé plus susceptible d'émettre un potentiel d’action, tandis que d'autres sont plutôt "inhibiteurs", le neurone ciblé ayant alors moins tendance à émettre un potentiel d'action. Par exemple :
- Le glutamate constitue le principal signal excitateur du système nerveux central.
- Le GABA représente le principal neurotransmetteur inhibiteur du cerveau des vertébrés adultes.
- La glycine est le neurotransmetteur inhibiteur principal de la moelle épinière.
Toutefois, on ne peut pas vraiment classer les neurotransmetteurs en fonction de leur activité "excitatrice" et "inhibitrice", car l'effet d'un neurotransmetteur dépend du contexte.
Comment cela est-ce possible ? Il s’avère qu’il n’y a pas qu’un seul type de récepteur par neurotransmetteur. En fait, un neurotransmetteur donné est généralement capable de se lier à plusieurs récepteurs protéiques différents et de les activer. L'effet excitateur ou inhibiteur d'un certain neurotransmetteur au niveau d'une synapse donnée dépend donc des récepteurs présents sur la cellule postsynaptique (cible).
Exemple : l'acétylcholine
Pour que cela soit plus concret, prenons un exemple. Le neurotransmetteur acétylcholine a un effet excitateur au niveau de la jonction neuromusculaire du muscle squelettique, ce qui provoque la contraction du muscle. À l'inverse, il est inhibiteur dans le cœur, où il ralentit la fréquence cardiaque. Ces effets contraires s'expliquent par la présence de deux différents types de récepteurs de l'acétylcholine à ces deux endroits.
- Les récepteurs de l'acétylcholine dans les cellules musculaires squelettiques sont qualifiés de récepteurs nicotiniques. Il s'agit de canaux ioniques qui s'ouvrent suite à la liaison avec l'acétylcholine et qui induisent la dépolarisation de la cellule cible.
- Les récepteurs de l'acétylcholine dans les cellules musculaires du cœur sont appelés les récepteurs muscariniques. Ce ne sont pas des canaux ioniques, mais ils déclenchent des voies de signalisation dans la cellule cible qui empêchent l'émission d'un potentiel d'action.
Les types de récepteurs des neurotransmetteurs
Comme l'exemple ci-dessus le suggère, on peut diviser les récepteurs protéiques qui sont activés par les neurotransmetteurs en deux grandes catégories :
- Les canaux ioniques sensibles à un ligand. Ces récepteurs protéiques sont des canaux ioniques transmembranaires qui s'ouvrent directement en réponse à un ligand.
- Les récepteurs métabotropes. Il ne s'agit pas de canaux ioniques. La liaison d'un neurotransmetteur déclenche une voie de signalisation, qui peut indirectement ouvrir ou fermer des canaux (ou avoir un tout autre effet).
Les canaux ioniques sensibles à un ligand
La première classe de récepteurs des neurotransmetteurs est celle des canaux ioniques sensibles à un ligand, également appelés récepteurs ionotropes. Ils encourent un changement de forme lorsque le neurotransmetteur se lie et entraîne l'ouverture du canal. Cela peut avoir un effet soit excitateur soit inhibiteur, en fonction des ions qui peuvent traverser le canal et de leurs concentrations à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule.
Les canaux ioniques sensibles à un ligand sont de grands complexes protéiques. Ils disposent de certaines régions qui sont des sites de liaison au neurotransmetteur, ainsi que de segments transmembranaires qui constituent le canal.
Les canaux ioniques sensibles à un ligand génèrent surtout des réponses physiologiques très rapides. Le courant circule (les ions commencent à traverser la membrane) dans les dizaines de microsecondes qui suivent la liaison du neurotransmetteur, et s'arrête dès que le neurotransmetteur n'est plus lié à ses récepteurs. Dans la plupart des cas, le neurotransmetteur est éliminé très rapidement de la synapse, grâce à des enzymes qui le décomposent ou aux cellules voisines qui le prennent en charge.
Les récepteurs métabotropes
L'activation de la deuxième classe de récepteurs des neurotransmetteurs n'affecte qu'indirectement l'ouverture et la fermeture des canaux ioniques. Dans ce cas, la protéine à laquelle le neurotransmetteur se lie – le récepteur de neurotransmetteurs – n’est pas un canal ionique. La signalisation à travers ces récepteurs métabotropes dépend de l'activation de plusieurs molécules au sein de la cellule et implique souvent un messager secondaire. Étant donné qu'elle nécessite plusieurs étapes, la signalisation à travers les récepteurs métabotropes est beaucoup plus lente que celle par le biais des canaux ioniques sensibles à un ligand.
Certains récepteurs métabotropes ont des effets excitateurs lorsqu'ils sont activés (ce qui rend la cellule plus susceptible d'émettre un potentiel d'action), tandis que d'autres ont des effets inhibiteurs. Souvent, ces effets se produisent parce que le récepteur métabotrope déclenche une voie de signalisation qui ouvre ou ferme un canal ionique.
Alternativement, un neurotransmetteur qui se lie à un récepteur métabotrope peut changer la manière dont la cellule répond à un deuxième neurotransmetteur qui agit par le biais d'un canal ionique sensible à un ligand. La transmission de signaux à travers les récepteurs métabotropes peut également avoir des effets sur la cellule postsynaptique, qui n'impliquent pas du tout les canaux ioniques.
Les neurotransmetteurs conventionnels et leurs types de récepteurs
| Neurotransmetteur | Récepteur(s) = canal ionique sensible à un ligand ? | Récepteur(s) metabotrope(s) ? |
|---|---|---|
| Acides aminés | ||
| GABA | Oui (inhibiteur) | Oui |
| Glutamate | Oui (excitateur) | Oui |
| Glycine | Oui (inhibiteur) | |
| Amines biogènes | ||
| Dopamine | Oui | |
| Noradrénaline | Oui | |
| Adrénaline | Oui | |
| Sérotonine | Oui (excitateur) | Oui |
| Histamine | Oui | |
| Purinergique | ||
| Adénosine | Oui | |
| ATP | Oui (excitateur) | Oui |
| Acétylcholine | Oui (excitateur) | Oui |
| Neuropeptides (nombreux) | Oui |
Ce tableau ne constitue pas une liste complète, mais il couvre certains des neurotransmetteurs conventionnels les plus connus.
Les neurotransmetteurs non conventionnels
Tous les neurotransmetteurs dont on a parlé jusqu’à présent peuvent être considérés comme des neurotransmetteurs "conventionnels". Plus récemment, plusieurs classes de neurotransmetteurs qui ne respectent pas toutes les règles habituelles ont été identifiées. On les considère comme des neurotransmetteurs "non conventionnels" ou "non traditionnels".
Citons deux classes de neurotransmetteurs non conventionnels : les endocannabinoïdes et les neurotransmetteurs gazeux (gaz solubles tels que le monoxyde d'azote,
D'autres messagers non conventionnels seront probablement découverts au fur et à mesure que l'on en apprendra davantage sur le fonctionnement des neurones et on devra peut-être encore faire évoluer le concept de neurotransmetteur.
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