Synapses électriques

Structure

Les synapses électriques sont formées par deux cellules communicantes dont les membranes cellulaires voisines forment un canal intercellulaire appelé brèche ou jonction communicante. Les jonctions communicantes permettent la diffusion directe des molécules et des ions entre les cellules présynaptiques et postsynaptiques. Au niveau moléculaire, les jonctions communicantes sont constituées d'un complexe protéique, appelé connexon.

Chaque connexon est un hexamère, ce qui signifie qu'il se compose de six sous-unités. Les sous-unités d'un connexon sont des protéines transmembranaires appelées connexines. Dans chaque connexon, les connexines sont disposées circulairement, formant une structure tubulaire avec un pore hydrophile qui s'étend sur toute l'épaisseur de la membrane cellulaire.

​​Une paire de connexons, l'un à l'intérieur de la membrane présynaptique et l'autre à l'intérieur de la membrane postsynaptique, s’unissent pour former une jonction lacunaire, établissant une connexion directe entre les cellules.

Il existe deux configurations de jonctions communicantes, un pore ouvert et un pore fermé. Les canaux de jonction communicate sont sensibles aux changements de tension et peuvent changer de conformation pour « porter » (ouvrir ou fermer) le canal.

Fonctions

La fonction principale des synapses électriques est de permettre un échange rapide et la transmission de signaux entre les cellules. Ils permettent des réponses synchrones et instantanées aux stimuli, ce qui est crucial dans des tissus tels que le muscle cardiaque.

Une telle communication rapide entre les cellules est possible parce que les jonctions lacunaires sont généralement des pores non sélectifs. En termes simples, ils assurent la continuité entre les environnements intracellulaires des cellules qu'ils connectent. Cette communication directe entre les cellules présynaptiques et postsynaptiques ne permet pratiquement aucun retard dans la transmission de l'information d’une cellule à l’autre. Cette transmission synaptique immédiate est cruciale pour la réponse synchronisée d'un groupe de cellules postsynaptiques. Les contractions du muscle cardiaque, la fonction des cellules gliales et le développement neuronal précoce dépendent tous fortement du fonctionnement des jonctions lacunaires.

Étant donné que le diamètre des pores dans les jonctions lacunaires varie généralement de 1,2 à 2 nm, ils permettent le passage des ions ainsi que des molécules de signalisation petites à moyennes, telles que les protéines de faible poids moléculaire et certains neurotransmetteurs. La transmission par les jonctions interstices est principalement bidirectionnelle. Une exception notable à cette règle est la conduction des potentiels d'action, qui est toujours unidirectionnelle. Cependant, la nature unidirectionnelle de la propagation du potentiel d'action dans les synapses électriques est principalement régulée par la période réfractaire de la membrane postsynaptique, plutôt que par la synapse électrique elle-même. Lorsque le potentiel électrique généré dans la cellule présynaptique dépasse le potentiel seuil de la membrane postsynaptique, il déclenche un potentiel d'action dans la cellule postsynaptique. Ainsi, la transmission synaptique dans les synapses électriques est régulée passivement.

Bien qu'ils soient généralement non sélectifs et bidirectionnels, les connexons peuvent présenter des propriétés fonctionnelles plus nuancées. Comme ils sont codés par une famille de 21 gènes, leur diversité génétique explique que les connexons présentent des propriétés fonctionnelles différentes, notamment la sélectivité de la taille et de la charge ainsi que la conductance des pores. Certaines connexines peuvent offrir une sélectivité au pore et réguler la direction du flux d'ions.

Synapses électriques et chimiques

En comparant les synapses électriques et chimiques, des différences fondamentales peuvent être définies, à la fois dans la structure et dans la fonction :

• Dans les synapses électriques, la transmission du signal se fait par des courants ioniques, tandis que dans les synapses chimiques, elle repose sur des molécules appelées neurotransmetteurs qui servent de messagers chimiques.
• Les synapses chimiques présentent une spécificité élevée en raison de récepteurs postsynaptiques spécialisés pour des neurotransmetteurs particuliers, contrairement aux synapses électriques qui ne sont pas spécifiques.
• Les synapses électriques, en tant que continuations directes du cytoplasme entre les cellules adjacentes impliquées dans la synapse, permettent la transmission instantanée du signal, tandis que les synapses chimiques ont besoin de temps pour générer un potentiel d'action dans la cellule postsynaptique.
• Dans la fente synaptique d'une synapse chimique, les neurotransmetteurs sont libérés de la cellule présynaptique et se lient aux récepteurs de la membrane cellulaire postsynaptique, appelant à la transmission unidirectionnelle du signal. En revanche, les synapses électriques n'ont pas de mécanisme similaire, ce qui permet aux courants ioniques de circuler de manière bidirectionnelle.

Sites des synapses électriques

Bien qu'importantes, les synapses électriques sont relativement rares dans le corps humain par rapport aux synapses chimiques prédominantes. Les jonctions communicantes sont présentes dans les myocytes cardiaques humains, ainsi que dans les tissus musculaires lisses. Les cellules cardiaques doivent fonctionner à l’unisson, pour que le cœur se contracte de manière rythmique et uniforme.

Les synapses électriques jouent un rôle essentiel dans les cellules interconnectées du système nerveux qui nécessitent des réponses synchrones et instantanées aux stimuli.

Par exemple, les neurones des noyaux respiratoires du tronc cérébral utilisent des synapses électriques pour générer des signaux électriques rythmiques qui régulent la respiration. De même, les synapses électriques de l'hypothalamus relient les cellules neurosécrétoires du même type, facilitant la sécrétion simultanée d'hormones, telles que l'hormone antidiurétique (ADH) ou l'ocytocine (OT), dans la circulation.

Les cellules gliales du système nerveux possèdent également de nombreuses jonctions communicantes, permettant une action et un métabolisme synchronisés. Les vastes réseaux de signalisation formés par les canaux de jonction communicante dans les cellules gliales permettent l'établissement d'un syncytium fonctionnel, qui peut jouer un rôle essentiel dans leur maturation.