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Neurotransmetteurs
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Les neurotransmetteurs sont des molécules que les neurones utilisent pour communiquer entre eux et avec leurs tissus cibles dans le processus de transmission synaptique (neurotransmission).
Les neurotransmetteurs sont synthétisés et libérés au niveau des terminaisons nerveuses dans la fente synaptique. À partir de là, ils se lient aux protéines réceptrices de la membrane cellulaire du tissu cible. Le tissu cible est excité, inhibé ou modifié fonctionnellement d'une autre manière.
Il existe plus de 40 neurotransmetteurs dans le système nerveux humain ; certains des plus importants sont l'acétylcholine, la noradrénaline, la dopamine, l'acide gamma-aminobutyrique (GABA), le glutamate, la sérotonine et l'histamine.
Dans cet article, nous allons discuter du mécanisme de la neurotransmission, de la classification des neurotransmetteurs et de quelques notes cliniques sur les troubles associés à l'excès et à la déficience en certains neurotransmetteurs.
| Monoamines | Sérotonine (5-HT) Histamine (HA) Dopamine (DA) Norépinéphrine (NE) ; également connue sous le nom de noradrénaline (NAd) Épinéphrine (Epi) ; aussi connu sous le nom d'adrénaline (Ad) |
| Acides aminés |
Acide gamma-aminobutyrique (GABA) Glutamate (Glu) Glycine (Gly) |
| Neuropeptides | Substance P (SP) Opioïdes (OP) Neuropeptide Y (NPY) |
| Autres | Acétylcholine (Ach) |
- Mécanisme de la neurotransmission
- Classification
- Notes cliniques
- Troubles associés aux neurotransmetteurs
- Sources
Mécanisme de la neurotransmission
Les neurones communiquent avec leurs tissus cibles au niveau des synapses dans lesquelles ils libèrent des substances chimiques appelées neurotransmetteurs (ligands). Comme cette communication est médiée par des substances chimiques, le processus est appelé neurotransmission chimique et se produit dans les synapses chimiques.
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Chaque synapse se compose des éléments suivants :
- Membrane présynaptique – membrane du bouton terminal (terminaison axonale) de la fibre nerveuse présynaptique
- Membrane postsynaptique – membrane de la cellule cible
- Fente synaptique – un espace entre les membranes présynaptique et postsynaptique
À l'intérieur du bouton terminal de la fibre nerveuse présynaptique, de nombreuses vésicules contenant des neurotransmetteurs sont produites et stockées. Lorsque la membrane présynaptique est dépolarisée par un potentiel d'action, des canaux voltage-dépendants calciques s'ouvrent (trouvés dans les membranes des boutons terminaux). Cela conduit à un afflux d'ions calcium dans le bouton terminal, ce qui modifie l'état de certaines protéines membranaires dans la membrane présynaptique, et entraîne une exocytose des neurotransmetteurs du bouton terminal dans la fente synaptique.
Après avoir traversé la fente synaptique, les neurotransmetteurs se lient à leurs récepteurs sur la membrane postsynaptique. Une fois que le neurotransmetteur se lie à son récepteur, les canaux ligand-dépendants de la membrane postsynaptique s'ouvrent ou se ferment. Ces canaux ligand-dépendants sont des canaux ioniques, et leur ouverture ou fermeture modifie la perméabilité de la membrane postsynaptique aux ions calcium (Ca²⁺), sodium (Na⁺), potassium (K⁺) et chlorure (Cl⁻). Cela conduit à une réponse stimulatrice ou inhibitrice.
Si un neurotransmetteur stimule la cellule cible à effectuer une action, alors il s'agit d'un neurotransmetteur excitateur agissant dans une synapse excitatrice. En revanche, s'il inhibe la cellule cible, il s'agit d'un neurotransmetteur inhibiteur agissant dans une synapse inhibitrice. Ainsi, le type de synapse et la réponse du tissu cible dépendent du type de neurotransmetteur. Les neurotransmetteurs excitateurs provoquent la dépolarisation des cellules postsynaptiques et génèrent un potentiel d'action ; par exemple, l'acétylcholine stimule la contraction musculaire. Les synapses inhibitrices provoquent une hyperpolarisation des cellules cibles, les éloignant du seuil de potentiel d'action, inhibant ainsi leur action ; par exemple, le GABA inhibe les mouvements involontaires.
Le neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique agit pendant une durée très courte, seulement quelques minutes voire quelques secondes. Il est soit détruit par des enzymes, telles que l'acétylcholine estérase, soit réabsorbé dans le bouton terminal du neurone présynaptique par des mécanismes de recapture, puis recyclé. Les neurotransmetteurs les plus connus responsables d'une action excitatrice aussi rapide, mais de courte durée, sont l'acétylcholine, la norépinéphrine et l'épinéphrine, tandis que le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur.
Les activités synaptiques répétées peuvent avoir des effets durables sur le neurone récepteur, y compris des changements structurels tels que la formation de nouvelles synapses, des altérations de l'arbre dendritique ou la croissance des axones. Un exemple de cela est le processus d'apprentissage : plus vous étudiez et répétez, plus de synapses sont créées dans votre cerveau et vous permettent de récupérer ces informations en cas de besoin.
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Outre les neurotransmetteurs, il existe d'autres substances chimiques associées aux synapses appelées neuromédiateurs (neuromodulateurs). La neuromodulation diffère de la neurotransmission par la durée d'action de la substance sur la synapse. Les neuromodulateurs ne sont pas réabsorbés aussi rapidement par les neurones présynaptiques ou décomposés par les enzymes. Au lieu de cela, ils passent beaucoup de temps dans le liquide cérébrospinal, influençant (modulant) l'activité de plusieurs autres neurones du cerveau. Les neuromodulateurs les plus connus sont également des neurotransmetteurs, tels que la dopamine, la sérotonine, l'acétylcholine, l'histamine et la norépinéphrine.
D'autres substances chimiques associées comprennent les neurohormones. Elles sont synthétisées dans les neurones et sécrétées dans la circulation sanguine qui les transporte vers des tissus distants. Les meilleurs exemples sont les hormones de libération hypothalamique, l'ocytocine et la vasopressine.
Classification
Les neurotransmetteurs peuvent être classés en fonction de leur structure chimique. Dans ce système de classification, les principaux groupes sont les monoamines, les acides aminés, les neuropeptides et un groupe « autres » qui contient des neurotransmetteurs qui ne s'intègrent pas parfaitement dans les trois premiers groupes mieux définis.
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Les neurotransmetteurs peuvent également être classés fonctionnellement comme excitateurs ou inhibiteurs. Les neurotransmetteurs excitateurs ont pour fonction d'activer les récepteurs de la membrane postsynaptique et d'améliorer les effets du potentiel d'action, tandis que les neurotransmetteurs inhibiteurs fonctionnent pour empêcher un potentiel d'action. En plus de la classification ci-dessus, les neurotransmetteurs peuvent également être classés suivant leur structure chimique.
Voici les types de neurotransmetteurs les plus clairement compris et les plus courants.
Acétylcholine
L'acétylcholine (ACh) est un neurotransmetteur excitateur sécrété par les motoneurones qui innervent les cellules musculaires, les ganglions de la base, les neurones préganglionnaires du système nerveux autonome et les neurones postganglionnaires des systèmes nerveux sympathique et parasympathique.
| Type | Excitateur dans tous les cas sauf dans le cœur (inhibiteur) |
| Site de libération | Motoneurones, ganglions de la base, neurones préganglionnaires du système nerveux autonome, neurones postganglionnaires du système nerveux parasympathique et neurones postganglionnaires du système nerveux sympathique qui innervent les glandes sudoripares |
| Fonctions | Régule le cycle du sommeil, essentiel au fonctionnement musculaire |
Sa fonction principale est de stimuler la contraction musculaire. Cependant, la seule exception à cela, où l'acétylcholine est un neurotransmetteur inhibiteur, se situe au niveau des terminaisons parasympathiques du nerf vague (X). Ceux-ci inhibent le muscle cardiaque à travers le plexus cardiaque.
Elle se trouve également dans les neurones sensoriels et dans le système nerveux autonome, et joue un rôle dans la programmation de « l'état de rêve » pendant qu'un individu dort profondément. L'acétylcholine joue un rôle essentiel dans le fonctionnement normal des muscles. Par exemple, les plantes toxiques comme le curare et la ciguë provoquent la paralysie des muscles en bloquant les sites récepteurs de l'acétylcholine des myocytes (cellules musculaires). La botuline, un poison bien connu, agit en empêchant les vésicules du bouton terminal de libérer de l'acétylcholine, entraînant ainsi une paralysie du muscle effecteur.
Norépinéphrine
La norépinéphrine (NE), également connue sous le nom de noradrénaline (NAd), est un neurotransmetteur excitateur produit par le tronc cérébral, l'hypothalamus et les glandes surrénales et libéré dans la circulation sanguine. Dans le cerveau, elle augmente le niveau de vigilance et d'éveil.
| Type | Excitateur |
| Site de libération | Tronc cérébral, hypothalamus et glandes surrénales |
| Fonctions | Augmente le niveau de vigilance et d'éveil, stimule divers processus du corps |
Dans le corps, elle est sécrétée par la plupart des nerfs sympathiques postganglionnaires et agit pour stimuler les processus dans le corps. Par exemple, elle est très importante dans la production endogène d'épinéphrine. La norépinéphrine est impliquée dans des troubles de l'humeur tels que la dépression et l'anxiété, auquel cas sa concentration dans le corps est anormalement basse. Alternativement, une concentration anormalement élevée de celle-ci peut entraîner une altération du cycle de sommeil.
Épinéphrine
Aussi connue sous le nom d'adrénaline (Ad), l'épinéphrine (Epi) est un neurotransmetteur excitateur produit par les cellules chromaffines de la glande surrénale. Elle prépare le corps à la réponse de combat-fuite. Cela signifie que lorsqu'une personne est fortement stimulée (peur, colère, etc.), des quantités supplémentaires d'épinéphrine sont libérées dans la circulation sanguine.
| Type | Excitateur |
| Site de libération | Cellules chromaffines de la moelle de la glande surrénale |
| Fonctions | La réponse de combat-fuite (augmentation du rythme cardiaque, de la pression artérielle et de la production de glucose) |
Cette libération d'épinéphrine augmente la fréquence cardiaque, la pression artérielle et la libération de glucose par le foie (via la glycogénolyse). De cette façon, les systèmes nerveux et endocrinien préparent le corps à des situations dangereuses et extrêmes en augmentant l'apport en nutriments aux tissus clés.
Dopamine
La dopamine (DA) est un neurotransmetteur sécrété par les neurones de la substance noire (substantia nigre ou encore locus niger). Elle est considérée comme un type particulier de neurotransmetteur car ses effets sont à la fois excitateurs et inhibiteurs. L'effet dépend du type de récepteur auquel la dopamine se lie.
| Type | À la fois excitateur et inhibiteur |
| Site de libération | Substance noire |
| Fonctions | Inhibe les mouvements inutiles, inhibe la libération de prolactine et stimule la sécrétion d'hormone de croissance |
Dans le cadre du système moteur extrapyramidal qui implique les ganglions de la base, la dopamine est importante pour la coordination des mouvements en inhibant les mouvements inutiles. Dans l'hypophyse, elle inhibe la libération de prolactine et stimule la sécrétion d'hormone de croissance.
Une carence en dopamine liée à la destruction de la substance noire conduit à la maladie de Parkinson. L'activité accrue des neurones dopaminergiques contribue à la physiopathologie des troubles psychotiques et de la schizophrénie. L'abus de drogues et d'alcool peut augmenter temporairement les niveaux de dopamine dans le sang, entraînant de la confusion et une incapacité à se concentrer. Cependant, une sécrétion appropriée de dopamine dans la circulation sanguine joue un rôle dans la motivation ou le désir d'accomplir une tâche.
Le GABA
L'acide gamma-aminobutyrique (GABA) est le neurotransmetteur inhibiteur le plus puissant produit par les neurones de la moelle spinale, du cervelet, des ganglions de la base et de nombreuses zones du cortex cérébral. Il est dérivé du glutamate.
| Type | Inhibiteur |
| Site de libération | Neurones de la moelle spinale, du cervelet, des ganglions de la base et de nombreuses zones du cortex cérébral |
| Fonctions | Réduit l'excitabilité neuronale dans tout le système nerveux |
Les fonctions du GABA sont étroitement liées à l'humeur et aux émotions. Il s'agit d'un neurotransmetteur inhibiteur qui agit comme un frein aux neurotransmetteurs excitateurs ; Ainsi, un taux anormalement bas peut entraîner de l'anxiété. Il est largement répandu dans le cerveau et joue un rôle principal dans la réduction de l'excitabilité neuronale dans tout le système nerveux.
Glutamate
Le glutamate (Glu) est le neurotransmetteur excitateur le plus puissant du système nerveux central qui assure l'homéostasie avec les effets du GABA. Il est sécrété par les neurones des nombreuses voies sensorielles qui pénètrent dans le système nerveux central, ainsi que par le cortex cérébral.
| Type | Excitateur |
| Site de libération | Neurones sensoriels et cortex cérébral |
| Fonctions | Régule l'excitabilité du système nerveux central, le processus d'apprentissage, la mémoire |
Le glutamate est le neurotransmetteur le plus répandu dans le système nerveux central ; il participe à la régulation de l'excitabilité générale du système nerveux central, des processus d'apprentissage et de la mémoire. Ainsi, une neurotransmission inappropriée du glutamate contribue au développement de l'épilepsie et des troubles cognitifs et affectifs.
Sérotonine
La sérotonine (5-hydroxytryptamine, 5-HT) est un autre neurotransmetteur qui peut être excitateur ou inhibiteur en fonction du récepteur auquel il se lie, bien qu'il soit principalement connu pour ses effets inhibiteurs. Il s'est avéré qu'il est intimement impliqué dans l'émotion et l'humeur. Il est sécrété par les neurones du tronc cérébral et par les neurones qui innervent le tractus gastro-intestinal (système nerveux entérique). De plus, la sérotonine se trouve dans les plaquettes (thrombocytes) qui la libèrent lors de la coagulation (hémostase).
| Type | Inhibiteur ou excitateur |
| Site de libération | Neurones du tronc cérébral et du tractus gastro-intestinal, thrombocytes |
| Fonctions | Régule la température corporelle, la perception de la douleur, les émotions et le cycle du sommeil |
Elle participe à la régulation de la température corporelle, à la perception de la douleur, des émotions et du cycle du sommeil. Une sécrétion insuffisante de sérotonine peut entraîner une diminution de la fonction du système immunitaire, ainsi qu'une gamme de troubles émotionnels comme la dépression, les problèmes de contrôle de la colère, le trouble obsessionnel-compulsif et même les tendances suicidaires.
Histamine
L'histamine est un neurotransmetteur excitateur produit par les neurones de l'hypothalamus, les cellules de la muqueuse de l'estomac, les mastocytes et les basophiles dans le sang. Dans le système nerveux central, il est important pour l'éveil, la pression artérielle, la douleur et le comportement sexuel. Dans l'estomac, il augmente l'acidité.
| Type | Excitateur |
| Site de libération | Hypothalamus, cellules de la muqueuse de l'estomac, mastocytes et basophiles dans le sang |
| Fonctions | Régule l'éveil, la pression artérielle, la douleur et le comportement sexuel ; augmente l'acidité de l'estomac ; médie les réactions inflammatoires |
Il est impliqué principalement dans la réponse inflammatoire, ainsi que dans une série d'autres fonctions telles que la vasodilatation et la régulation de la réponse immunitaire aux corps étrangers. Par exemple, lorsque des allergènes sont introduits dans la circulation sanguine, l'histamine aide à lutter contre ces micro-organismes, provoquant des démangeaisons de la peau ou des irritations de la gorge, du nez et/ou des poumons.
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Notes cliniques
Troubles associés aux neurotransmetteurs
Maladie d'Alzheimer
La maladie d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative caractérisée par des troubles de l'apprentissage et de la mémoire. Il est associé à un manque d'acétylcholine dans certaines régions du cerveau.
Dépression
On pense que la dépression est causée par un épuisement de la norépinéphrine, de la sérotonine et de la dopamine dans le système nerveux central. Par conséquent, le traitement pharmacologique de la dépression vise à augmenter les concentrations de ces neurotransmetteurs dans le système nerveux central.
Schizophrénie
Il a été démontré que la schizophrénie, qui est une maladie mentale grave, implique des quantités excessives de dopamine dans les lobes frontaux, ce qui entraîne des épisodes psychotiques chez ces patients. Les médicaments qui bloquent la dopamine sont utilisés pour aider les états schizophréniques.
Maladie de Parkinson
La destruction de la substance noire conduit à la disparition de la seule source de dopamine du système nerveux central. L'épuisement de la dopamine entraîne des tremblements musculaires incontrôlables observés chez les patients souffrant de la maladie de Parkinson.
Épilepsie
Certaines affections épileptiques sont causées par l'absence de neurotransmetteurs inhibiteurs, tels que le GABA, ou par l'augmentation des neurotransmetteurs excitateurs, tels que le glutamate. Selon la cause des crises, le traitement vise soit à augmenter le GABA, soit à diminuer le glutamate.
Maladie de Huntington
Outre l'épilepsie, une réduction chronique du GABA dans le cerveau peut conduire à la maladie de Huntington. Bien qu’il s’agisse d'une maladie héréditaire liée à une anomalie de l'ADN, l'un des produits de cet ADN désordonné est la capacité réduite des neurones à absorber le GABA. Il n'y a pas de remède pour la maladie de Huntington, mais nous pouvons toujours traiter les symptômes en augmentant pharmacologiquement la quantité de neurotransmetteurs inhibiteurs.
Myasthénie grave
La myasthénie grave est une maladie auto-immune chronique rare caractérisée par une altération de la transmission synaptique de l'acétylcholine aux jonctions neuromusculaires, entraînant une fatigue et une faiblesse musculaire sans atrophie.
Le plus souvent, la myasthénie grave résulte d'anticorps circulants qui bloquent les récepteurs de l'acétylcholine au niveau de la jonction neuromusculaire postsynaptique. Cela inhibe les effets excitateurs de l'acétylcholine sur les récepteurs nicotiniques au niveau des jonctions neuromusculaires. Dans une forme beaucoup plus rare, la faiblesse musculaire peut résulter d'un défaut génétique dans certaines parties de la jonction neuromusculaire qui est héréditaire, par opposition au développement par transmission passive du système immunitaire de la mère à la naissance ou par auto-immunité plus tard au cours de la vie.
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Kim Bengochea, Université Regis, Denver
