Transduction : activation des récepteurs
Couplages indirects et effets cellulaires

Cette transmission ne peut être qu'électrique, c'est-à-dire que le signal reçu, quel qu'il soit, doit être générateur de variations de courants ioniques au niveau membranaire. Cette modification membranaire est possible grâce à plusieurs mécanismes :

• par couplage direct avec un canal ionique,

• par des couplages indirects comme :
  • certains types de canaux ioniques (canaux potassium en particulier), dits dépendants des ions calcium,
  • des récepteurs métabotropes couplés à une protéine-G par exemple.

• par une combinaison de plusieurs mécanismes.

Couplages indirects

Couplages avec le calcium

1. Le fonctionnement de nombreuses enzymes est activé par le calcium, i.e. modulé lui-même par la calmoduline, comme les kinases, les adénylcyclases, les phosphodiestérases…

Par exemple, le rôle du calcium est essentiel dans les contractions des tissus musculaires en jouant :

• sur la libération du neurotransmetteur,
• sur l'activation des fibres musculaires (contraction musculaire).

2. L'augmentation de la concentration en Ca⁺⁺ dans les terminaisons présynaptiques déclenche l'éjection des neurotransmetteurs (rôle du Ca⁺⁺ dans l'électrosécrétion).

a. Certains types de canaux ioniques, comme les canaux potassium, sont dits dépendants des ions Ca⁺⁺.

b. L'augmentation du calcium intracellulaire peut être due à divers phénomènes :

• production intracellulaire par le réticulum endoplasmique, les mitochondries, certaines vésicules…
• entrée à partir du milieu extracellulaire, par des canaux ioniques ou des canaux métabotropes.

Couplages avec une protéine G

Les récepteurs métabotropes (dirigés vers des événements chimiques, à l'intérieur du neurone) sont des récepteurs où les fonctions réceptrices et effectrices sont réalisées par des molécules différentes. Ce sont des récepteurs couplés aux protéines G et/ou à un second messager.

Les protéines G doivent leur nom à une grande affinité pour le GDP (guanosine diphosphate).

Le transmetteur, considéré comme premier messager, se fixe sur une molécule réceptrice transmembranaire et provoque une cascade d'événements.

1. Le récepteur stimulé active une protéine G accolée à la face interne de la membrane.
2. Cette protéine, maintenant stimulée, active :

• soit un canal ionique directement (n'oublions pas que ce canal est une protéine),
• sur une enzyme, i.e. en général, une kinase, qui est nommée " second messager " qui reproduit le même effet en agissant :
  • soit sur un canal ionique,
  • soit sur une enzyme…

Cette voie dite des " seconds messagers " peut pénétrer jusqu'au coeur le plus profond de la cellule en modifiant les enzymes, les récepteurs, les canaux ioniques et, en définitive, l'ADN pour moduler la neurotransmission elle-même.

Autres récepteurs à couplage enzymatique

En dehors des récepteurs ionotropes et des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR), la membrane plasmique comporte plusieurs classes de récepteurs dont la transmission du signal repose sur une activité enzymatique intrinsèque ou associée.

1. Les récepteurs à tyrosine-kinase (RTK) possèdent un domaine intracellulaire enzymatique capable de phosphoryler des résidus tyrosine.

• La liaison du ligand (facteurs de croissance, insuline, NGF) induit une dimérisation du récepteur, suivie d’une autophosphorylation croisée.
• Ces phosphorylations recrutent des protéines adaptatrices et déclenchent des voies de signalisation telles que MAPK, PI3K/Akt ou PLCγ.

2. Certains récepteurs, notamment les récepteurs des cytokines, ne possèdent pas d’activité enzymatique propre mais sont associés à des kinases intracellulaires, comme les kinases JAK.

La liaison du ligand induit une réorganisation du complexe récepteur–kinase, conduisant à la phosphorylation de protéines STAT et à leur translocation nucléaire.

3. Les récepteurs des hormones stéroïdiennes et des neurostéroïdes sont localisés dans le cytoplasme ou le noyau.

Après diffusion du ligand lipophile à travers la membrane plasmique, le complexe ligand–récepteur agit directement comme facteur de transcription, modulant l’expression génique.

Interactions entre récepteurs au niveau des canaux ioniques

1. Les neurones sont contactés par de nombreuses afférences qui peuvent agir sur des canaux ioniques identiques.

Par exemple, les ions K⁺ sont sollicités :

• sur les cellules CA1 de l'hippocampe par les récepteurs GABA_B, 5-HT1A, adénosine A1 et somatostatine,
• celles du locus coeruleus par les récepteurs noradrénergique α2, opiacé µ, GABA_B et somatostatine.

2. Inversement, un même neurotransmetteur peut modifier différents types de canaux : l'acétylcholine (ACh), par exemple, via le récepteur muscarinique peut diminuer 4 courants potassiques différents.

3. L'activité des cellules pyramidales du néocortex est susceptible d'être modifiée par au moins une dizaine de récepteurs différents, mais qui agissent sur un petit nombre de canaux ioniques.

Conséquences de la transduction

1. La transduction conduit, dans certains cas, à des mouvements ioniques, i.e. ouverture ou plus rarement fermeture d'un canal ionique qui produisent des potentiels postsynaptiques (PPS).

La transduction ne se limite pas aux mouvements ioniques immédiats, mais peut engager des cascades biochimiques intracellulaires complexes.

Les potentiels postsynaptiques sont des variations temporaires du potentiel de membrane d'un neurone postsynaptique. Ce potentiel gradué peut être :

• excitateur, i.e. PPSE,
• inhibiteur, i.e. PPSI.

2. La transduction ne se limite pas aux mouvements ioniques immédiats, mais engage des cascades biochimiques complexes.

Le neurotransmetteur, ou un ligand (agoniste ou antagoniste) entre en interaction avec son récepteur et provoque une pléthore de réactions qui impliquent :

• le neurotransmetteur qui est certes le déclencheur, mais uniquement la première molécule agissante,
• les ions qui interviennent au niveau des canaux ioniques (Ca⁺⁺, Na⁺, K⁺, Cl^-),
• les enzymes (ATPase, protéine kinase, déphosphatase, ARN polymérase…),
• les transporteurs et les pompes de transport,
• les seconds messagers,
• les récepteurs,
• les facteurs de transcription,
• les gènes précoces (immédiats) codent généralement des facteurs de transcription qui régulent l’expression des gènes tardifs.

Ils produisent toutes les protéines importantes du neurone cible, incluant les enzymes, les récepteurs, les facteurs de transcription, les facteurs de croissance, les protéines de structure et bien d'autres encore.

3. En outre, il ne faut pas oublier tous les autres contrôles : la neuromodulation peut aussi être considérée comme une régulation présynaptique et postsynaptique selon le contexte et le type de récepteur impliqué.