Rédigé par M.C. Garnier et M. Ternaux, Lycée Joliot Curie, Aubagne

Relu par M. Serge Laroche, directeur du Laboratoire de neurobiologie de l'apprentissage, de la mémoire et de la communication, CNRS UMR 8620, Université de Paris-Sud, Orsay

Le modèle général considère qu'à chaque souvenir correspondrait une configuration unique d'activité dans de vastes réseaux de neurones.

La mise en mémoire d'un souvenir se traduit par une augmentation importante et durable de l'efficacité synaptique. c'est ce que l'on appelle la potentialisation à long terme ou LPT .

Lorsqu'une modification d'efficacité est induite (après activation  de la synapse), des mécanismes moléculaires dans les neurones conduisent progressivement à des changements morphologiques durables.

Les études morphologiques, en microscopie électronique, ont révélé la trace de ces profonds remaniements des réseaux de neurones qui sont donc des conséquences de l'induction  de la plasticité synaptique : 

changement de forme et de taille des synapses augmentation des surfaces d'apposition entre les éléments pré- et postsynaptiques ; transformation de synapses silencieuses en synapses actives;

croissance de nouvelles synapses.

 Cette  plasticité n'a été mise en évidence au niveau de l'hippocampe de  mammifères qu'en 1973 (travail sur des lapins) par T.V.P. Bliss et T. Lomo. La plupart des synapses modifiables utilisent le glutamate comme neuromédiateur. On en trouve dans l'hippocampe et dans la plupart des structures corticales et sous-corticales du cerveau. Plusieurs types de récepteurs postsynaptiques interviennent dans la transmission et la plasticité synaptique : 

les récepteurs AMPA interviennent dans la transmission rapide normale, permettant à l'influx nerveux de se propager de neurone en neurone.

les récepteurs NMDA commandent spécifiquement la plasticité sur la majorité des voies  qui fonctionnent avec le glutamate. Un bloquant spécifique de ces récepteurs n'empêche pas la transmission synaptique mais empêche le déclenchement de la potentialisation à long terme . Cette administration d'antagoniste rend ces rats incapables d'apprendre une tache de navigation spatiale. A mesure que l'on augmente la dose d'antagoniste, la plasticité synaptique diminue et les déficits mnésiques de renforcent.

 

le récepteur NMDA

les récepteurs métabotropiques n'ont pas de canaux ioniques mais sont couplés à des protéines, les protéines G. Ils semblent qu'ils amplifient le phénomène en mobilisant les ions calcium des réserves intracellulaires (réticulum endoplasmique).

 

visualisation de l'afflux de calcium au niveau d'un neurone de l'hippocampe après activation synaptique Les neurones sont visualisés en microscopie confocale avec un marqueur fluorescent au calcium (l'intensité de la fluorescence (donc du jaune) est   fonction de la quantité d'ions calcium intracellulaire). Les encadrés à droite montrent  une épine dendritique (correspondant à une synapse encadrée sur les prolongements dendritiques du neurone) où l'on peut visualiser un afflux de calcium (en bas) après l'activation synaptique ( par rapport à avant l'activation synaptique en haut).

La concentration intracellulaire en calcium augmente donc de façon transitoire.
Cela déclenche une série de réactions

activation d'un ensemble de protéines kinases qui participent à la transmission des signaux dans la cellule 

ces kinases déclenchent 2 types de mécanismes :

1.  la phosphorylation d'autres protéines et en particulier celle des récepteurs AMPA et NMDA ce qui augmente leur sensibilité.
2. l'activation de la machinerie génique

libération de messagers qui agiraient sur le neurone présynaptique.

Le mécanisme de la potentialisation à long terme
 

 

Les 3 types de récepteurs impliqués dans la PLT sont des récepteurs à glutamate: Les  récepteurs AMPA (jaune) interviennent dans la transmission rapide; les récepteurs NMDA (en vert) n'entrent en jeu que si l'activité du neurone présynaptique est élevée (forte libération de glutamate) : l'ouverture du canal provoque une entrée massive de Ca2+; les récepteurs métabotropiques (bleu) couplés à une protéine G : ils provoquent la mobilisation du Ca2+  stocké dans le réticulum. La forte concentration intracellulaire en calcium déclenche une série de réactions : activation de protéines kinases (PKA, PKC, CaMKII)  qui sont des enzymes qui catalysent une réaction de phosphorylation de protéines. libération de messagers rétrogrades qui agissent sur le neurone présynaptique. (augmentation de la libération de neurotransmetteur par action de la syntaxine) Conséquences de l'activation des protéines-kinases : phosphorylation des récepteurs AMPA et NMDA : augmentation de leur sensibilité messages vers le noyau : expression des gènes

Ainsi la mémorisation repose sur des modifications synaptiques mais celles-ci doivent être stabilisées et consolidées sinon la force synaptique décroît rapidement et le souvenir s'estompe. Comment les capacités mnésiques peuvent-elles perdurer en résistant au renouvellement moléculaire de la cellule? des modifications moléculaires permanente ont lieu. Contrairement à la mémoire à court terme, la mémoire à long terme requiert la synthèse de nouvelles protéines.