Un nouveau rôle pour les récepteurs NMDA dans la plasticité cérébrale et l’apprentissage
Les signaux transmis entre les cellules nerveuses du cerveau ou neurones utilisent les synapses, c’est-à-dire les minuscules espaces entre les neurones, pour communiquer. Les synapses peuvent changer et s’adapter au fil du temps, un processus connu sous le nom de plasticité, qui est également crucial pour la mémoire et l’apprentissage. «Les neurones sont stimulés par des synapses qui entraînent un certain modèle d’activité électrique qui est ensuite communiqué à d’autres neurones. C’est ainsi que fonctionne le réseau cérébral», explique Brett Carter, coordinateur du projet NovelNMDA, de l’Institut européen des neurosciences(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) au Centre médical universitaire(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de Göttingen, en Allemagne. Le projet NovelNMDA a bénéficié d’un financement du Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Lorsqu’elle est «excitée» ou «stimulée», la cellule émettrice génère un signal électrique qui se transforme en un neurotransmetteur chimique, en l’occurrence le glutamate, qui interagit avec les récepteurs de la cellule réceptrice. Les récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA) sont présents dans la plupart des synapses glutamatergiques. «Si nous parvenons à comprendre comment le NMDA émet des signaux, nous pourrons peut-être le cibler, grâce à d’autres expériences ou à la pharmacologie, afin de modifier le processus de plasticité synaptique», note Brett Carter. À plus long terme, cette recherche fondamentale pourrait être utile pour mettre au point des méthodes plus sophistiquées de traitement des affections neurologiques, par exemple pour traiter les dépressions de longue durée.
L’importance des ions calcium
Lorsque les récepteurs NMDA sont actifs, ils ouvrent un canal permettant aux ions calcium d’entrer et de sortir de la cellule et de modifier le comportement électrique, explique Brett Carter. «Les récepteurs NMDA ont fait l’objet de recherches, car nous pensons que le calcium est très important pour la signalisation biochimique au niveau des synapses et pour la plasticité synaptique.» Cependant, les récepteurs NMDA peuvent également contourner le canal calcique. «Il pourrait être indépendant des signaux calciques émis par ces récepteurs, une nouvelle signalisation qui n’a pas été comprise auparavant», note-t-il. «Nous pensons qu’en plus d’ouvrir le canal ionique lorsque le glutamate se lie, il envoie un autre signal à l’intérieur de la cellule qui entraîne ensuite une cascade biochimique pour signaler la plasticité à long terme.»
Des techniques d’imagerie pour identifier le calcium
Des techniques d’imagerie optique recourant à des molécules fluorescentes sensibles au calcium ont servi pour observer les synapses individuelles. Parallèlement, les signaux électriques générés par les neurones ont été surveillés à l’aide de techniques d’électrophysiologie sur des souris de laboratoire afin de voir comment les synapses individuelles fonctionnaient et se modifiaient. «Nous avons utilisé la pharmacologie pour manipuler les récepteurs dans certaines voies de signalisation afin de voir comment cela affectait la mesure électrophysiologique», explique Brett Carter, qui ajoute: «Nous avons fait des progrès sur la façon dont cette plasticité se produit.» L’équipe a découvert que les récepteurs NMDA ont une nouvelle fonction de signalisation indépendante de leur activité de canal ionique, qui semble impliquer une signalisation rétrograde et qui pourrait influencer la plasticité synaptique d’une manière qui n’avait pas été comprise jusqu’à présent. Il souligne que la kétamine, déjà utilisée pour traiter les dépressions résistantes, «bloque la fonction du canal ionique du récepteur NMDA mais laisse intacte l’autre fonction non ionique». Les recherches antérieures se sont concentrées sur les changements postsynaptiques, mais la plasticité se produit également dans les neurones présynaptiques ou émetteurs, comme l’a aussi conclu le projet SYNPRIME, financé par l’UE.
Mettre l’accent sur le développement précoce
Brett Carter observe que les moustaches des rongeurs sont d’importants organes sensoriels reliés au cortex somatosensoriel, la partie du cerveau qui traite les informations sensorielles telles que le toucher, la douleur, la température et la conscience physique. La plasticité se produit en permanence, y compris à un âge avancé. «Mais nous nous sommes concentrés sur la plasticité développementale précoce, une période critique du développement où l’expérience du monde modifie le fonctionnement des cellules du cortex», ajoute-t-il. «En plus de la plasticité à long terme, nous avons observé une évolution temporelle particulière de la plasticité à court terme au niveau des synapses corticales, qui montre que la dépression se développe avec le temps.»
