PPSE et PPSI : qui l'emporte ?

[Meiosis]

Bonjour,

Je poste pour être sûr de ce que j'avance.

Imaginons deux neurones pré-synaptiques. L'un GABAergique, l'autre glutamatergique.
Le GABAergique va donc inhiber le neurone post-synaptique (PPSI), le glutamatergique l'activer (PPSE).
Le PPSI sera dû à une entrée de chlore alors que le PPSE à une entrée de sodium/calcium.

Imaginons un potentiel de repos à -60mV sur le neurone post-synaptique.
Imaginons qu'une même quantité de GABA et glutamate a été sur le neurone post-synaptique et qu'une même quantité de récepteurs GABA et glutamate ont été activés sur le neurone post-synaptique.

Puisque le courant sodique/calcique est plus fort à -60mV que le courant chlorique, si on prend le potentiel d'équilibre du sodium à +60mV, du calcium à +120mV et du chlore à -70mV on a les courants suivants :

ICa2+ = GCa2+ . (Em-ECa2+) avec Em potentiel membranaire, GCa2+ conductance calcique, ECa2+ pile d'équilibre du calcium
ICa2+ = GCa2+ . (-60-120) = -180 GCa2+

INa+ = GNa+ . (-60-60) = -120 GNa+

ICl- = GCl- . (-60-(-70)) = 10 GCl-

Conclusion : nous sommes bien d'accord que la résultante sera un PPSE malgré qu'une même quantité de récepteurs GABA et glutamate ait été activée sur le neurone post-synaptique ?


Merci.
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[blisax]

Bonjour,

Je précise dès le début que je suis loin d'être un expert en électrophysiologie. Je suis assez d'accord avec tes calculs MAIS dans tes équations la conductance reste inconnu et c'est elle le facteur déterminant a mon avis. De plus les PPSE et les PPSI ne sont pas vraiment localisés au même endroit: la synapse avec le neurone GABAergique va recevoir un PPSI et la synapse avec le neurone glutamatergique va recevoir un PPSE mais il ne s'agit pas de la même synapse donc il n'y a pas a proprement parlé de "combat" entre le PPSE et le PPSI, pour savoir qui va "l'emporter" il vaut évaluer l'intégration au niveau du corps cellulaire (ou plutôt de collet de l'axone) et pour cela il y a bien plus de variables a prendre en compte a mon avis (il faut déjà faire une sommation spatiale et temporelle)...

Encore une fois c'est pas mon domaine de prédilection donc ça mérite amplement des confirmations

[Meiosis]

Bonjour et merci pour ta réponse déjà.

Justement, la conductance c'est l'inconnue mais on a : G = N*Po*conductance unitaire
Donc vu que pour le courant sodique on a -120GNa et pour le chlore 10GCl il faudra que GCl >> GNa pour avoir un même courant pour les deux ions.
Donc jouer sur les paramètres de G, c'est-à-dire N (le nombre de récepteurs-canaux activés, je suppose que P0 et la conductance unitaire sont les mêmes pour les deux types de récepteurs-canaux, une fois qu'ils sont activés par leurs agonistes respectifs). Il faudra a priori un plus grand N pour les GABA que pour les récepteurs glutamate, pour avoir le même courant.

Mon raisonnement avec un exemple (chiffres totalement foireux) :

GNa = 2
GCl = 24

car Nombres canaux Cl >> Nombres canaux Na+

INa = -120*2 = -240
ICl = 10*24 = 200

Concernant la position des récepteurs, on ne peut pas avoir des récepteurs GABA et glutamate sur une même dendrite et au même niveau (plus ou moins) ? Je pensais que si, ça suppose une régulation spatiale de l'adressage (on va pas rentrer dedans ^^ ).

Enfin concernant le mot "résultante", oui ça se détermine au début de l'axone. Mais je voulais dire PPSE dans le sens où la résultante est une dépolarisation au niveau d'une dendrite donnée (et très localement). Ma question ne parlait pas des constantes de temps/espace mais était plus en amont, avant la propagation du signal jusqu'au début de l'axone.
Mais si les choses ne se passent pas sur une même dendrite effectivement c'est différent. On peut poser la question différemment alors :

On suppose qu'un nombre donné de récepteurs-canaux au glutamate soit activé sur une dendrite donnée. Le même nombre de récepteurs-canaux au GABA est activé sur une autre dendrite. Est-ce que l'amplitude de la dépolarisation (pour le glutamate) et de l'hyperpolarisation (pour le GABA) sera égale au niveau de chacune de ces dendrites ?

Mon hypothèse : je pense que non, toujours en me basant sur G et le raisonnement exposé ci-dessus.

Mais rien de certain donc, j'attends vos avis maintenant que le contexte est un peu plus recadré !

[blisax]

Je n'osais pas parler de conductance unitaire de mon premier message mais c'est bien ce que j'avais en tête. Je pensais que celle-ci pouvais varier d'au moins un ordre de grandeur, autrement dis je pensais qu'il était possible que la conductance des canaux sodiques soit bien différente de celle des canaux chlore. Plutôt que de rester sur une supposition j'ai regardé (sommairement) la littérature et je n'ai pas vu de conductance qui n'était pas d'un ordre de grandeur d'une dizaine de pS (entre 10 et 90pS pour ce que j'ai vu). Je suppose que pour des canaux plus exotiques ça doit exister... Mais -exception mise a part- cela invalide ma remarque précédente en tout cas !

On pourrait faire la même remarque en disant qu'il faut aussi prendre en compte la concentration de ligand, leurs affinités et leurs avidités mais il est bien possible que les ordres de grandeurs soient les mêmes entre les deux populations.

Cela étant dis, je trouve légitime de se concentrer sur les formules que tu as évoqué et en effet il semble logique qu'il " faudra a priori un plus grand N pour les GABA que pour les récepteurs glutamate, pour avoir le même courant."

Mais ces types de canaux ont des régulations différentes et le phénomène est hautement dynamique, par exemple les canaux sodiques ont une inactivation temps et voltage dépendant. Je ne connais pas trop les canaux chlore mais après l'inactivation des canaux sodiques ils vont peut-être "pouvoir reprendre l'avantage". De plus le Em va changer constamment ce qui conduit donc à changer les valeurs des courants et l'activation des canaux...

Pour ce qui est de la position des récepteurs, ce qui me dérange c'est pas la possibilité pour une cellule de mettre des récepteurs au même endroit mais l'existence de synapse délivrant du GABA et du glutamate. Ils existent des arrangements synaptiques originaux qui permettent la présence de plusieurs neurones présynaptique (et donc plusieurs neurotransmetteurs) mais ce n'est pas vraiment la règle a ma connaissance. Il existe aussi des neurones présynaptiques avec plusieurs neurotransmetteurs (appelé alors co-neurotransmetteur) et d'ailleurs pour l’anecdote ils sont stocké dans des vésicules différentes et ne sont pas délivré nécessairement en même temps (c'est quand même fou nan ? Pendant longtemps on a pensé que c'était impossible, c'est le principe de Dale).

J'ai d'ailleurs regardé rapidement la littérature et je suis tombé sur un article "Bilingual neurons release glutamate and GABA" paru dans Nature en 2014. Cet article reprend une étude de Root et al. sur des neurones de l'aire tegmentale ventrale se projetant dans l'Habenula latérale et capable de délivrer du Glutamate et du GABA dans la même synapse. Je te note le passage qui devrait t’intéresser:

"Next, the authors examined how activation of these projections modulates firing of LHb neurons in an intact animal. The authors recorded spiking activity of LHb neurons using extracellular recording while optogenetically activating the axons of either VGluT2- or VGaT-positive VTA neurons in anesthetized mice (the authors also tested using CaMKIIα-positive neurons in anesthetized rats). Single 10-ms stimulations of these axons caused multimodal responses consisting of periods of increased and decreased spiking: fast excitation followed by inhibition, fast excitation alone, fast inhibition alone or fast inhibition followed by excitation. Initial responses were more often (~70%) inhibitory."

Il s'agit néanmoins d'un contexte expérimental et j'ai du mal a croire que cet axone délivre en même temps les deux neurotransmetteurs car ce serait une perte d'énergie pour la cellule d'utiliser deux fois plus de neurotransmetteurs pour un effet qui aurait pu être obtenu par un seul neurotransmetteur. Bien sur je serai très curieux de voir des preuves d'une double neurotransmission en même temps dans la même synapses et de connaitre l'avantage de ce mécanisme (l'article avance que des hypothèses). C'est pour cette raison que je pense que ta question n'a pour le moment pas de réalité biologique identifié pour la sous-tendre MAIS si on veut réfléchir d'un point de vue purement théorique dessus je pense que ton raisonnement est correct même si a mon avis la question est loin d'être trivial et nécessité de prendre en compte plus de paramètres (dont ceux que j'ai évoqué ci-dessus) pour affiner le résultat.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Meiosis]

J'ai réfléchi à ce sujet depuis l'autre jour et je pense avoir trouvé quelques exemples qui confirmeraient ma réflexion.
J'ai également lu ton message que je trouve intéressant, il va falloir que je m'y penche plus en détails ensuite.

L'exemple du canal HCN : potentiel d'inversion à -30mV

À -30mV on est plus proche du potentiel d'équilibre du K+ que du Na+ (en supposant Ek = -80mV et ENa = 60mV), cela signifie que ce canal laisse passer plus de potassium que de sodium (conductance unitaire K+ > conductance unitaire Na+).

Imaginons qu'on soit à -20mV.
Lors d'un stimulus donné on a un nombre N de canaux HCN ouverts. Seul la conductance unitaire est différente.

Ik = Gk (plus grand que GNa donc) . (-20-(-80)) = 60Gk
INa = GNa . (-20-60) = -80GNa

On hyperpolarise pour venir à l'équilibre (càd -30mV le potentiel d'inversion) et pour que INa = Ik à -30mV.
Donc à -20mV Ik > INa.

Maintenant considérons que la conductance unitaire soit identique pour les deux ions (ce qui est faux en réalité pour HCN), ça mime la situation dans laquelle on activerait un même nombre de canaux GABA et glutamate sur le neurone post-synaptique.
À -20mV on aura INa = -80Gna et Ik = 60Gk, comme GNa = Gk alors INa > Ik. On dépolarisera jusqu'à arriver à -10mV (le potentiel "équidistant" entre les deux potentiels d'équilibre des deux ions).

Cet exemple montre bien que même si on considère la conductance unitaire comme étant égale pour les deux ions (l'équivalent du "même nombre de canaux GABA et glutamate activés") on va avoir une dépolarisation comme résultante.

L'exemple d'une hypoexcitabilité

Imaginons un potentiel membranaire de -60mV et un autre de -70mV (membrane moins excitable que pour -60mV).
La membrane est à -70mV car elle a un plus grand nombre de canaux K+ de fuite que celle à -60mV.
Cela peut aussi être dû à une augmentation de H+ par exemple mais restons sur l'explication du nombre de canaux K+ supérieur.

Ik = Gk(-70-(-80)) = 10Gk
INa = GNa(-70-60) = -130GNa

Ik=INa à l'équilibre (càd à -70mV) pourtant à -70mV la driving-force du K+ est inférieur à celle de Na+ (10 contre -130). Donc c'est Gk largement supérieur à GNa (à cause du nombre de canaux plus grand pour K+) qui compense, pour arriver à Ik = INa et rester à un potentiel de repos de -70mV.

Et si on considère un nombre égal de canaux K+ et Na+ de fuite et qu'on reste à -70mV on se rend donc compte que INa > Ik, on va dépolariser pour revenir à une situation d'équilibre qui est le potentiel équidistant entre les deux potentiels d'équilibre des deux ions, soit -10mV où on aura :

Ik = Gk(-10+80) = 70Gk
INa = GNa(-10-60) = -70GNa

Ici la driving-force de Na+ devient égale à celle de K+ et GNa = Gk (nombre égal de canaux de fuite).

Cet exemple montre également que si on considère un nombre égal de canaux pour les deux ions, on va dépolariser jusqu'à arriver à un potentiel à mi-chemin entre les deux potentiels d'équilibre.
Donc ça mime la situation avec le GABA et le glutamate où de base on est à -60mV et si on active une même quantité des deux canaux on va dépolariser jusqu'à arriver à un potentiel à mi-chemin entre Ek et ENa (ou ECa car le récepteur AMPA au glutamate est perméable au calcium et sodium).
Mais en vrai il y aura toujours les canaux de fuite K+ et Na+ qui maintiennent de base un potentiel de repos, donc on dépolarisera mais pas jusqu'à arriver à ce potentiel à mi-chemin, il s'arrêtera bien avant, par exemple vers -45mV, ce qui permettra de déclencher un PA dans ce cas (si potentiel seuil = -50mV).

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Beaucoup de calculs et de théorie mais comme il faut tout bien détailler pour être clair...
Je me rends compte qu'en fait j'avais déjà tout ça en tête mais la phrase une même quantité de canaux GABA et glutamate activés, sur deux synapses distinctes, donnera des PPS d'amplitude différente peut surprendre à première vue alors que non c'est normal. Mais en la relisant ça me surprend toujours. ^^

Après je ne pense pas faire d'erreur mais si quelqu'un voit que je dis n'importe quoi qu'il intervienne !