Recherche fondamentale en neurosciences et des maladies du système nerveux

Prof. Andreas Lüthi Bâle		Dr Yann Humeau Bâle

L’hétérogénéité de l’épine dendritique détermine la plasticité afférente spécifique Hebbienne dans l’amygdale

Résumé
Un mécanisme moléculaire pour un apprentissage émotionnel et pour la mémoire

L’amygdale est une structure cérébrale d’une importance capitale dans la perception d’événements importants sur le plan émotionnel – en particulier d’événements qui déclenchent la crainte et l’anxiété. La crainte et l’anxiété sont des processus émotionnels qui sont éminemment importants pour le comportement de défense naturel d’un individu. S’ils sont perturbés, cela peut entraîner des maladies graves, altérant considérablement la qualité de vie. On suppose de plus que l’amygdale est le siège de notre mémoire émotionnelle, nous permettant d’évaluer une situation compte tenu de son importance émotionnelle.
Les signaux sensoriels émotionnellement importants sont transmis à l’amygdale par deux voies de type morphologique et fonctionnel différentes: la connexion par le thalamus déclenche un premier composante « rapide » de la réaction de crainte, qui ne transmet que des impressions sensorielles très imprécises. Ce composant rapide est important pour nous permettre de réagir sans délai au danger lorsque la situation l’exige. En revanche, la connexion indirecte, « lente », par le cortex, transmet une analyse beaucoup plus précise de ce qui est vécu, ce qui nous permet de réagir de manière plus différenciée et plus appropriée.
Dans notre laboratoire, nous avons étudié les mécanismes biologiques à la base de ces processus psychologiques sur le cerveau de souris. Sur des préparations de coupes cérébrales fines, nous pouvons stimuler les fibres nerveuses allant du thalamus et du cortex jusqu’à l’amygdale, et mesurer les signaux synaptiques dans l’amygdale au moyen d’électrodes. L’activation répétée de ces voies thalamiques et corticales entraîne un renforcement de la transmission synaptique (appelé potentialisation à long terme) dans l’amygdale. Des processus très comparables se déroulent pendant l’apprentissage émotionnel. Jusqu’à présent, la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires de la potentialisation à long terme dans l’amygdale était insuffisante.
Étant donné que des signaux synaptiques peuvent s’influencer réciproquement à une certaine distance, la question se pose en particulier de savoir comment une cellule nerveuse peut faire la distinction entre les signaux thalamiques et corticaux dans l’amygdale, et dans quelle mesure on peut modifier de manière sélective l’efficacité de la transmission synaptique. Des études relatives à d’autres régions cérébrales nous ont appris que les cellules nerveuses pouvaient résoudre ce problème de manière à ce que différentes afférences soient reliées à différentes parties de l’arbre dendritique d’une cellule nerveuse. Ceci permet de départager les signaux entrants au niveau spatial et fonctionnel.

Importance de l’ouvrage
Dans le cadre de notre étude, nous avons pu montrer que les afférences thalamiques et corticales vers les cellules nerveuses de l’amygdale n’étaient pas séparées les unes des autres dans l’espace – c’est-à-dire qu’elles développaient des connexions synaptiques dans une proximité pour ainsi dire immédiate, séparées seulement de quelques micromètres. Une analyse détaillée de ces connexions synaptiques par des méthodes électrophysiologiques et des techniques d’imagerie a toutefois montré que les propriétés moléculaires et fonctionnelles des synapses thalamiques et corticales étaient très différentes. Nous avons en particulier montré que les épines dendritiques postsynaptiques, contactées par des fibres nerveuses thalamiques, étaient équipées de canaux calciques particuliers voltage-dépendants. À l’aide de ces canaux, la synapse peut ainsi réagir très efficacement au schéma d’activité déclenché par des situations particulièrement dangereuses, et adapter son efficacité de transmission de manière sélective. Nos études ont de plus montré que les synapses thalamiques et corticales avaient une structure différente. Actuellement, nous ne connaissons pas encore le rapport existant entre les propriétés moléculaires/fonctionnelles et structurales spécifiques des synapses thalamiques et corticales.
Contrairement aux cellules nerveuses situées dans le cortex ou l’hippocampe, les cellules nerveuses situées dans l’amygdale ne traitent donc pas différentes informations dans différentes parties de l’arbre dendritique. Il semblerait plutôt qu’il y ait adaptation structurale et moléculaire réciproque des parties pré- et post-synaptiques des synapses. Il en résulte que les synapses thalamiques et corticales, bien que situées dans une proximité immédiate, suivent d’autres règles d’apprentissage, ce qui garantit la spécificité de l’information entrante au niveau moléculaire. Des études à venir montreront si ce nouveau principe est également à la base du traitement neuronal de l’information dans d’autres régions cérébrales.
Dans le contexte de l’apprentissage émotionnel, ainsi que du traitement de la crainte et de l’anxiété, nos résultats mettent en évidence un nouveau mécanisme par lequel les connexions synaptiques peuvent réagir de manière très sensible et rapide à des signaux sensoriels émotionnellement importants et renforcer leur efficacité. Ce mécanisme étant médié par la localisation sélective de canaux calciques particuliers voltage-dépendants, cela permet d’envisager de nouvelles approches thérapeutiques dans le traitement des troubles anxieux.

Humeau Y, Herry C, Kemp N, Shaban H, Fourcaudot E, Bissière S, Lüthi A. Dendritic spine heterogeneity determines afferent-specific Hebbian plasticity in the amygdala. Neuron 2005, 45: 119-131.
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Résumé du travail primé
Adaptation des synapses de l'amygdale pour un apprentissage rapide de la crainte	12 Kb