{"id":4694,"date":"2026-09-11T11:54:48","date_gmt":"2026-09-11T11:54:48","guid":{"rendered":"http:\/\/french.arabpsychology.com\/experiments\/role-recepteur-nmda-ltp-experience-graham-collingridge\/"},"modified":"2026-09-11T11:54:48","modified_gmt":"2026-09-11T11:54:48","slug":"role-recepteur-nmda-ltp-experience-graham-collingridge","status":"publish","type":"psych_experiment","link":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/?psych_experiment=role-recepteur-nmda-ltp-experience-graham-collingridge","title":{"rendered":"Le r\u00f4le du r\u00e9cepteur NMDA dans l’exp\u00e9rience de LTP – Graham Collingridge"},"content":{"rendered":"

La recherche des m\u00e9canismes biologiques sous-tendant la m\u00e9moire et les apprentissages constitue l’une des qu\u00eates les plus fondamentales des neurosciences modernes. Depuis les premi\u00e8res sp\u00e9culations de Santiago Ram\u00f3n y Cajal<\/a> \u00e0 l’aube du XXe si\u00e8cle postulant que l’apprentissage r\u00e9sulterait d’un renforcement physique des connexions entre les cellules nerveuses, la communaut\u00e9 scientifique a cherch\u00e9 sans rel\u00e2che la trace physique de ce ph\u00e9nom\u00e8ne, souvent qualifi\u00e9e d’engramme. Cette recherche a trouv\u00e9 un cadre th\u00e9orique solide avec l’hypoth\u00e8se formul\u00e9e par le psychologue canadien Donald Hebb en 1949, pr\u00e9disant qu’une co-activation r\u00e9p\u00e9t\u00e9e et synchrone de deux neurones induit une modification m\u00e9tabolique ou structurale stabilisant leur couplage fonctionnel. Cependant, la nature exacte des interrupteurs mol\u00e9culaires capables de d\u00e9tecter cette co\u00efncidence temporelle et de traduire une br\u00e8ve impulsion \u00e9lectrique en un changement structural durable est demeur\u00e9e une \u00e9nigme pendant plusieurs d\u00e9cennies.<\/p>\n

Le tournant exp\u00e9rimental s’est amorc\u00e9 en 1973 avec la d\u00e9couverte par Terje L\u00f8mo et Timothy Bliss de la potentialisation \u00e0 long terme (LTP, pour Long-Term Potentiation<\/em>) au sein de la formation hippocampique du lapin. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne \u00e9lectrophysiologique, caract\u00e9ris\u00e9 par une augmentation p\u00e9renne de l’efficacit\u00e9 de la transmission synaptique \u00e0 la suite d’une br\u00e8ve stimulation \u00e9lectrique \u00e0 haute fr\u00e9quence, a offert le premier mod\u00e8le exp\u00e9rimental tangible de la plasticit\u00e9 hebbienne. Toutefois, au d\u00e9but des ann\u00e9es 1980, le substrat mol\u00e9culaire permettant aux synapses de mesurer la simultan\u00e9it\u00e9 des activit\u00e9s pr\u00e9- et postsynaptiques demeurait enti\u00e8rement inconnu. Les neurophysiologistes \u00e9taient confront\u00e9s \u00e0 un goulet d’\u00e9tranglement th\u00e9orique et exp\u00e9rimental, oscillant entre des mod\u00e8les pr\u00e9synaptiques d’accroissement de la lib\u00e9ration de neurotransmetteurs et des mod\u00e8les postsynaptiques de modulation des r\u00e9cepteurs membranaires, sans parvenir \u00e0 identifier l’\u00e9l\u00e9ment d\u00e9clencheur initial.<\/p>\n

C’est dans ce contexte de profonds questionnements que s’inscrivent les travaux pionniers du neurobiologiste britannique Graham Collingridge<\/a> et de ses collaborateurs Stephen Kehl et Hugh McLennan \u00e0 l’Universit\u00e9 de Colombie-Britannique. \u00c0 travers une s\u00e9rie d’exp\u00e9riences \u00e9l\u00e9gantes publi\u00e9es en 1983, Collingridge a d\u00e9montr\u00e9 de mani\u00e8re irr\u00e9futable que le r\u00e9cepteur du N-m\u00e9thyl-D-aspartate (NMDA), un sous-type alors myst\u00e9rieux de r\u00e9cepteur ionotrope du glutamate, agissait comme le commutateur mol\u00e9culaire indispensable \u00e0 l’induction de la LTP dans l’aire CA1 de l’hippocampe, tout en \u00e9tant rigoureusement dispensable pour la transmission synaptique basale et pour le maintien ult\u00e9rieur de cette potentialisation. Cet article examine en profondeur l’exp\u00e9rience fondatrice de Graham Collingridge, l’architecture biophysique singuli\u00e8re du r\u00e9cepteur NMDA, la r\u00e9solution du paradoxe du blocage magn\u00e9sium, ainsi que les cascades intracellulaires et les r\u00e9percussions cognitives majeures d\u00e9coulant de cette d\u00e9couverte historique r\u00e9compens\u00e9e par The Brain Prize en 2016.<\/p>\n

1. Introduction historique et contexte th\u00e9orique de la potentialisation \u00e0 long terme (LTP)<\/h2>\n

1.1 D\u00e9couverte de la plasticit\u00e9 synaptique par Bliss et L\u00f8mo en 1973<\/h3>\n

La mise en \u00e9vidence exp\u00e9rimentale de la potentialisation \u00e0 long terme constitue l’acte de naissance de la neurobiologie cellulaire contemporaine de la m\u00e9moire. Bien que l’intuition d’une plasticit\u00e9 des connexions interneuronales ait \u00e9t\u00e9 th\u00e9oris\u00e9e d\u00e8s la fin du XIXe si\u00e8cle, il aura fallu attendre les exp\u00e9riences men\u00e9es \u00e0 l’Universit\u00e9 d’Oslo par Timothy Bliss et Terje L\u00f8mo<\/a>, publi\u00e9es en 1973 dans le Journal of Physiology<\/em>, pour obtenir une validation quantitative directe de cette hypoth\u00e8se. Travaillant sur des lapins anesth\u00e9si\u00e9s, Bliss et L\u00f8mo ont stimul\u00e9 \u00e9lectriquement les fibres de la voie perforante \u00e9manant du cortex entorhinal et ont enregistr\u00e9 les r\u00e9ponses \u00e9voqu\u00e9es dans les cellules granulaires du gyrus dent\u00e9 de l’hippocampe. \u00c0 leur grande surprise, l’application d’un bref train de stimulations \u00e0 haute fr\u00e9quence \u2014 une t\u00e9tanisation de l’ordre de 100 Hz pendant quelques secondes \u2014 n’a pas simplement produit une excitation transitoire, mais a durablement accru l’amplitude des potentiels postsynaptiques excitateurs et la pente de la population de d\u00e9charges pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours chez des animaux vigiles chroniquement implant\u00e9s.<\/p>\n

Cette observation exp\u00e9rimentale venait combler le foss\u00e9 vertigineux qui s\u00e9parait le postulat th\u00e9orique \u00e9nonc\u00e9 par Donald Hebb en 1949 dans son ouvrage s\u00e9minal The Organization of Behavior<\/em> de la r\u00e9alit\u00e9 biologique du syst\u00e8me nerveux. Hebb avait proph\u00e9tis\u00e9 que lorsqu’un axone du neurone A est suffisamment proche pour exciter de mani\u00e8re r\u00e9p\u00e9t\u00e9e et persistante un neurone B, un processus de croissance m\u00e9tabolique ou morphologique prend place dans l’un ou les deux neurones, augmentant l’efficacit\u00e9 avec laquelle A stimule B. La plasticit\u00e9 synaptique mesur\u00e9e par Bliss et L\u00f8mo fournissait l’incarnation \u00e9lectrophysiologique mesurable de cette r\u00e8gle d’apprentissage associatif. Pour la premi\u00e8re fois, le concept abstrait d’engramme mn\u00e9sique trouvait un ancrage physique robuste dans une r\u00e9gion c\u00e9r\u00e9brale pr\u00e9cis\u00e9ment identifi\u00e9e : la formation hippocampique.<\/p>\n

L’\u00e9mergence de l’hippocampe comme structure privil\u00e9gi\u00e9e pour l’\u00e9tude des m\u00e9canismes cellulaires de la m\u00e9moire n’\u00e9tait pas fortuite. D\u00e8s le milieu des ann\u00e9es 1950, le cas clinique retentissant du patient Henry Molaison (connu sous le pseudonyme de patient H.M.), op\u00e9r\u00e9 par William Scoville et \u00e9tudi\u00e9 par la neuropsychologue Brenda Milner<\/a>, avait mis en lumi\u00e8re le r\u00f4le central des structures temporales m\u00e9dianes, et singuli\u00e8rement des formations hippocampiques bilat\u00e9rales, dans l’encodage et la consolidation des m\u00e9moires d\u00e9claratives \u00e9pisodiques. La conjonction des observations cliniques de Milner et des donn\u00e9es neurophysiologiques de Bliss et L\u00f8mo a ainsi \u00e9rig\u00e9 l’hippocampe en mod\u00e8le par excellence pour diss\u00e9quer les bases mol\u00e9culaires de la plasticit\u00e9 synaptique et de la trace mn\u00e9sique chez les vert\u00e9br\u00e9s.<\/p>\n

1.2 Le paradigme synaptique avant les d\u00e9couvertes pharmacologiques des ann\u00e9es 1980<\/h3>\n

Au cours des ann\u00e9es 1970 et au tout d\u00e9but des ann\u00e9es 1980, malgr\u00e9 l’engouement suscit\u00e9 par la d\u00e9couverte de Bliss et L\u00f8mo, la compr\u00e9hension des m\u00e9canismes r\u00e9gissant la transmission synaptique excitatrice et la LTP souffrait de lacunes fondamentales. La conception dominante envisageait la transmission glutamatergique de mani\u00e8re indiff\u00e9renci\u00e9e : le glutamate, consid\u00e9r\u00e9 comme le neurotransmetteur excitateur pr\u00e9pond\u00e9rant du syst\u00e8me nerveux central des mammif\u00e8res, \u00e9tait suppos\u00e9 se lier \u00e0 une classe g\u00e9n\u00e9rique de r\u00e9cepteurs membranaires provoquant une entr\u00e9e d’ions positifs et une d\u00e9polarisation passive du neurone postsynaptique. Il n’existait aucune cartographie pr\u00e9cise des diff\u00e9rents sous-types de r\u00e9cepteurs ionotropes au glutamate, et l’h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9 des r\u00e9ponses pharmacologiques observ\u00e9es dans les tissus c\u00e9r\u00e9braux demeurait une source constante de d\u00e9bats non r\u00e9solus.<\/p>\n

Sur le plan m\u00e9canistique, le passage d’une stimulation \u00e9lectrique br\u00e8ve d’une dur\u00e9e de quelques centaines de millisecondes \u00e0 un changement synaptique permanent qui persiste durant des heures repr\u00e9sentait une \u00e9nigme totale. La communaut\u00e9 des neurophysiologistes \u00e9tait scind\u00e9e en deux camps irr\u00e9conciliables quant au locus de l’expression de la LTP. D’un c\u00f4t\u00e9, les partisans d’une r\u00e9gulation exclusivement pr\u00e9synaptique affirmaient que le train de t\u00e9tanisation provoquait une augmentation persistante de la probabilit\u00e9 de lib\u00e9ration des v\u00e9sicules de neurotransmetteurs par la terminaison axonale. De l’autre c\u00f4t\u00e9, les partisans d’une r\u00e9gulation postsynaptique postulaient une modification intrins\u00e8que de la sensibilit\u00e9 ou du nombre des r\u00e9cepteurs postsynaptiques r\u00e9agissant au glutamate lib\u00e9r\u00e9.<\/p>\n

Cette controverse st\u00e9rile \u00e9tait en grande partie aliment\u00e9e par l’absence d’outils pharmacologiques s\u00e9lectifs capables de diss\u00e9quer finement les composantes de la synapse excitatrice. Les antagonistes disponibles \u00e0 l’\u00e9poque bloquaient indistinctement toute forme d’excitation neuronale, rendant impossible la distinction entre les \u00e9l\u00e9ments indispensables \u00e0 la neurotransmission de routine d’une part, et les mol\u00e9cules responsables du d\u00e9clenchement adaptatif de la plasticit\u00e9 synaptique d’autre part. Il apparaissait donc indispensable d’isoler chimiquement les diff\u00e9rents sous-types de r\u00e9cepteurs ionotropes afin de tester leur implication respective dans les fonctions synaptiques basales et dynamiques.<\/p>\n

1.3 Probl\u00e9matique scientifique de Graham Collingridge<\/h3>\n

C’est pr\u00e9cis\u00e9ment au confluent de ces interrogations fondamentales que s’est positionn\u00e9 Graham Collingridge \u00e0 l’aube des ann\u00e9es 1980. Conscient des limites impos\u00e9es par les paradigmes exp\u00e9rimentaux ant\u00e9rieurs, Collingridge s’est fix\u00e9 pour objectif d’\u00e9lucider la nature du commutateur mol\u00e9culaire responsable du d\u00e9clenchement de la potentialisation \u00e0 long terme. Sa r\u00e9flexion reposait sur un postulat th\u00e9orique audacieux : si la plasticit\u00e9 synaptique r\u00e9pond aux crit\u00e8res de Hebb, il doit n\u00e9cessairement exister \u00e0 la synapse une mol\u00e9cule r\u00e9gulatrice fonctionnant comme un \u00ab d\u00e9tecteur de co\u00efncidence \u00bb temporel, capable d’\u00e9valuer de mani\u00e8re autonome la conjonction d’un \u00e9v\u00e9nement pr\u00e9synaptique et d’un \u00e9tat postsynaptique particulier.<\/p>\n

Pour mener \u00e0 bien cette qu\u00eate, Collingridge a formul\u00e9 l’hypoth\u00e8se que la transmission synaptique basale \u00e0 basse fr\u00e9quence et l’induction de la plasticit\u00e9 \u00e0 haute fr\u00e9quence faisaient appel \u00e0 des syst\u00e8mes r\u00e9cepteurs fonctionnellement distincts, bien que partageant vraisemblablement le m\u00eame neurotransmetteur endog\u00e8ne, l’acide L-glutamique. Il a soup\u00e7onn\u00e9 que le r\u00e9cepteur activ\u00e9 sp\u00e9cifiquement par l’agoniste synth\u00e9tique N-m\u00e9thyl-D-aspartate \u2014 identifi\u00e9 dans des \u00e9tudes pharmacologiques fondamentales mais jug\u00e9 sans r\u00f4le physiologique notable par la plupart des neurobiologistes \u2014 pouvait repr\u00e9senter l’interrupteur mol\u00e9culaire tant recherch\u00e9.<\/p>\n

La d\u00e9marche de Collingridge a ainsi consist\u00e9 \u00e0 \u00e9laborer un protocole exp\u00e9rimental rigoureux fond\u00e9 sur l’utilisation de nouveaux outils pharmacologiques antagonistes comp\u00e9titifs pour dissocier, avec une pr\u00e9cision temporelle absolue, la transmission synaptique ordinaire du processus d’induction de la potentialisation \u00e0 long terme. Il s’agissait de d\u00e9terminer si le blocage pharmacologique s\u00e9lectif de ce r\u00e9cepteur particulier pouvait emp\u00eacher le renforcement synaptique sans perturber pour autant la communication synaptique de repos. Cette approche m\u00e9thodologique allait bouleverser l’histoire de la neurobiologie cellulaire en r\u00e9v\u00e9lant le premier capteur mol\u00e9culaire de co\u00efncidence connu dans le cerveau.<\/p>\n

2. Graham Collingridge et le paysage neurobiologique des ann\u00e9es 1980<\/h2>\n

2.1 Le laboratoire de Vancouver et les collaborations d\u00e9terminantes<\/h3>\n

L’\u00e9pop\u00e9e scientifique ayant conduit \u00e0 la d\u00e9couverte du r\u00f4le du r\u00e9cepteur NMDA s’est d\u00e9roul\u00e9e principalement au sein du D\u00e9partement de Physiologie de l’Universit\u00e9 de Colombie-Britannique (UBC) \u00e0 Vancouver, au Canada. Apr\u00e8s avoir compl\u00e9t\u00e9 sa formation doctorale au Royaume-Uni, Graham Collingridge a rejoint le laboratoire de Hugh McLennan, une figure de proue de la pharmacologie synaptique qui avait consacr\u00e9 une grande partie de sa carri\u00e8re \u00e0 \u00e9tudier les effets des acides amin\u00e9s excitateurs sur le syst\u00e8me nerveux central. Rejoints par Stephen Kehl, un \u00e9lectrophysiologiste chevronn\u00e9, les chercheurs ont form\u00e9 une \u00e9quipe particuli\u00e8rement compl\u00e9mentaire, alliant une expertise technique pointue dans l’enregistrement de tranches de tissu nerveux maintenues en survie artificielle \u00e0 une connaissance approfondie des cin\u00e9tiques de liaison des r\u00e9cepteurs membranaires.<\/p>\n

Le laboratoire de Vancouver repr\u00e9sentait alors l’un des rares centres mondiaux o\u00f9 convergeaient deux m\u00e9thodologies de pointe : l’\u00e9lectrophysiologie extracellulaire et intracellulaire sur tranches d’hippocampe de rongeurs, et l’application micro-iontophor\u00e9tique ou bath-applied de nouvelles mol\u00e9cules synth\u00e9tiques fournies par les chimistes les plus novateurs de l’\u00e9poque. Contrairement aux approches in vivo<\/em> pratiqu\u00e9es par Bliss et L\u00f8mo, qui imposaient des contraintes physiologiques lourdes et rendaient difficile le contr\u00f4le pharmacologique pr\u00e9cis des concentrations locales de substances chimiques, le mod\u00e8le de la tranche d’hippocampe in vitro<\/em> offrait un environnement contr\u00f4l\u00e9, stable et hautement reproductible.<\/p>\n

Cette ma\u00eetrise technique de la pr\u00e9paration hippocampique a permis \u00e0 Collingridge et \u00e0 ses coll\u00e8gues d’isoler avec une fid\u00e9lit\u00e9 in\u00e9dite les circuits synaptiques intrins\u00e8ques de la formation hippocampique, tout en administrant des agents pharmacologiques \u00e0 des concentrations nanomolaires ou micromolaires parfaitement quantifi\u00e9es, sans interf\u00e9rence avec les barri\u00e8res h\u00e9mato-enc\u00e9phaliques ou les fluctuations h\u00e9modynamiques inh\u00e9rentes aux pr\u00e9parations sur animaux entiers.<\/p>\n

2.2 L’\u00e9mergence des antagonistes s\u00e9lectifs du glutamate<\/h3>\n

Le saut qualitatif op\u00e9r\u00e9 par Collingridge n’aurait pas \u00e9t\u00e9 concevable sans une r\u00e9volution parall\u00e8le survenue dans le domaine de la chimie organique et de la pharmacologie fondamentale. Durant la fin des ann\u00e9es 1970 et le d\u00e9but des ann\u00e9es 1980, l’\u00e9quipe de Jeff Watkins<\/a> \u00e0 l’Universit\u00e9 de Bristol au Royaume-Uni a men\u00e9 un travail syst\u00e9matique de synth\u00e8se d’analogues structuraux du glutamate et de l’aspartate. C’est \u00e0 Watkins que l’on doit la d\u00e9couverte que les r\u00e9cepteurs ionotropes au glutamate peuvent \u00eatre class\u00e9s en sous-types distincts selon leur affinit\u00e9 pour des agonistes s\u00e9lectifs : le N-m\u00e9thyl-D-aspartate (NMDA), le kainate, et plus tard l’alpha-amino-3-hydroxy-5-m\u00e9thyl-4-isoxazolepropionique (AMPA).<\/p>\n

Mais la perc\u00e9e la plus d\u00e9cisive de Watkins r\u00e9side dans la synth\u00e8se du D-2-amino-5-phosphonovalerate<\/strong>, universellement abr\u00e9g\u00e9 sous les sigles D-APV<\/strong> ou AP5<\/strong>. Cette mol\u00e9cule constituait le tout premier antagoniste comp\u00e9titif hautement s\u00e9lectif ciblant sp\u00e9cifiquement le r\u00e9cepteur NMDA, sans exercer d’action bloquante significative sur les r\u00e9cepteurs non-NMDA (AMPA et kainate) aux doses pharmacologiquement actives. Avant le D-APV, les exp\u00e9rimentateurs utilisaient des agents non s\u00e9lectifs, tels que l’acide gamma-D-glutamylglycine (DGG) ou le kynur\u00e9nate, qui \u00e9touffaient toute excitabilit\u00e9 synaptique et obscurcissaient l’analyse fine des sous-populations de r\u00e9cepteurs.<\/p>\n

En disposant de cet \u00e9chantillon de D-APV, mis gracieusement \u00e0 leur disposition par Jeff Watkins dans le cadre d’\u00e9changes acad\u00e9miques particuli\u00e8rement fructueux, Graham Collingridge a eu entre les mains la cl\u00e9 mol\u00e9culaire capable de verrouiller de mani\u00e8re univoque le r\u00e9cepteur NMDA, ouvrant la voie \u00e0 une exploration chirurgicale de ses fonctions au sein du r\u00e9seau hippocampique.<\/p>\n

2.3 Le consensus scientifique pr\u00e9caire de l’\u00e9poque<\/h3>\n

Il est capital de rappeler \u00e0 quel point le paysage scientifique de 1982-1983 \u00e9tait domin\u00e9 par un scepticisme g\u00e9n\u00e9ralis\u00e9 \u00e0 l’\u00e9gard de l’importance physiologique des r\u00e9cepteurs NMDA. Une majorit\u00e9 substantielle de neurobiologistes consid\u00e9rait ces r\u00e9cepteurs comme de simples curiosit\u00e9s pharmacologiques ou, pire encore, comme des artefacts d\u00e9coulant de la surexpression de r\u00e9cepteurs dans des mod\u00e8les pathologiques. La transmission synaptique excitatrice de base dans le cortex et l’hippocampe semblait en effet totalement insensible \u00e0 l’APV : lorsque l’antagoniste \u00e9tait appliqu\u00e9 sur une tranche d’hippocampe stimul\u00e9e \u00e0 basse fr\u00e9quence, les potentiels postsynaptiques demeuraient inchang\u00e9s. Beaucoup en d\u00e9duisaient h\u00e2tivement que le r\u00e9cepteur NMDA ne jouait aucun r\u00f4le dans le fonctionnement physiologique normal du cerveau adulte.<\/p>\n

En outre, la litt\u00e9rature scientifique dominante associait presque exclusivement les r\u00e9cepteurs NMDA aux ph\u00e9nom\u00e8nes de toxicit\u00e9 cellulaire induite par les acides amin\u00e9s, un processus baptis\u00e9 \u00ab excitotoxicit\u00e9 \u00bb par John Olney. L’activation des r\u00e9cepteurs NMDA \u00e9tait vue comme un m\u00e9canisme pathologique responsable de la mort neuronale survenant apr\u00e8s une anoxie c\u00e9r\u00e9brale, une isch\u00e9mie ou des crises \u00e9pileptiques violentes. L’id\u00e9e qu’un r\u00e9cepteur potentiellement cytotoxique puisse constituer le moteur principal des fonctions cognitives nobles, telles que l’apprentissage et la m\u00e9moire, apparaissait \u00e0 beaucoup comme contre-intuitive, voire aberrante.<\/p>\n

\u00c0 ces r\u00e9ticences conceptuelles s’ajoutaient des d\u00e9fis techniques notables li\u00e9s \u00e0 la fragilit\u00e9 des coupes de tissu c\u00e9r\u00e9bral. Le maintien en survie de tranches transversales de l’hippocampe exigeait une oxyg\u00e9nation drastique, un contr\u00f4le rigoureux de l’hom\u00e9ostasie ionique et une temp\u00e9rature millim\u00e9tr\u00e9e, toute d\u00e9faillance m\u00e9thodologique entra\u00eenant une perte irr\u00e9versible de l’aptitude du tissu \u00e0 d\u00e9velopper une potentialisation synaptique durable. C’est dans cette atmosph\u00e8re de doute acad\u00e9mique et de complexit\u00e9 exp\u00e9rimentale que Collingridge a con\u00e7u son protocole historique.<\/p>\n

3. Structure biochimique et propri\u00e9t\u00e9s biophysiques du r\u00e9cepteur NMDA<\/h2>\n

3.1 Architecture mol\u00e9culaire et sous-unit\u00e9s fondamentales<\/h3>\n

L’\u00e9lucidation ult\u00e9rieure de la structure mol\u00e9culaire du r\u00e9cepteur NMDA, confirm\u00e9e par les approches de biologie mol\u00e9culaire au d\u00e9but des ann\u00e9es 1990 puis par la cryo-microscopie \u00e9lectronique contemporaine, a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 une machinerie prot\u00e9ique d’une sophistication remarquable. Le r\u00e9cepteur NMDA est un complexe h\u00e9t\u00e9rot\u00e9tram\u00e9rique constitu\u00e9 d’un assemblage de sous-unit\u00e9s appartenant \u00e0 trois familles distinctes : les sous-unit\u00e9s GluN1<\/strong> (anciennement NR1), les sous-unit\u00e9s GluN2<\/strong> (GluN2A, GluN2B, GluN2C, GluN2D) et, dans certains tissus sp\u00e9cialis\u00e9s, les sous-unit\u00e9s GluN3<\/strong> (GluN3A, GluN3B). Dans les cellules pyramidales de la r\u00e9gion CA1 de l’hippocampe adulte, la configuration canonique associe deux sous-unit\u00e9s obligatoires GluN1 \u00e0 deux sous-unit\u00e9s r\u00e9gulatrices GluN2A ou GluN2B, formant un t\u00e9tram\u00e8re organis\u00e9 sous la forme d’un \u00ab dim\u00e8re de dim\u00e8res \u00bb.<\/p>\n

Chaque sous-unit\u00e9 constitutive adopte une topologie membranaire sp\u00e9cifique comprenant un vaste domaine extracellulaire amino-terminal (ATD), un domaine de liaison au ligand (LBD, pour Ligand-Binding Domain<\/em>) compos\u00e9 de deux segments en forme de clapet appel\u00e9s S1 et S2, trois segments transmembranaires v\u00e9ritables (M1, M3, M4), une boucle rentrante formant le pore aqueux du canal ionique (M2), ainsi qu’une longue queue carboxy-terminale intracellulaire ancr\u00e9e dans l’\u00e9chafaudage de la densit\u00e9 postsynaptique. Une des caract\u00e9ristiques structurales fondamentales r\u00e9side dans la s\u00e9paration spatiale des sites d’amarrage des ligands : le glutamate se lie s\u00e9lectivement sur le domaine LBD des sous-unit\u00e9s GluN2, tandis que la glycine<\/a> (ou son homologue physiologique c\u00e9r\u00e9bral, la D-s\u00e9rine) agit comme un co-agoniste obligatoire en se liant au domaine LBD des sous-unit\u00e9s GluN1. L’occupation simultan\u00e9e des quatre sites de liaison \u2014 deux pour le glutamate et deux pour la glycine \u2014 est une condition biochimique sine qua non<\/em> pour permettre l’isom\u00e9risation conformationnelle conduisant \u00e0 l’ouverture du pore central.<\/p>\n

La diversit\u00e9 des sous-unit\u00e9s GluN2 conf\u00e8re en outre au complexe h\u00e9t\u00e9rom\u00e9rique des propri\u00e9t\u00e9s cin\u00e9tiques et biophysiques hautement contrast\u00e9es. Alors que les r\u00e9cepteurs contenant la sous-unit\u00e9 GluN2A pr\u00e9sentent des cin\u00e9tiques de d\u00e9sexcitation rapides et une faible affinit\u00e9 pour le glutamate, ceux qui incorporent la sous-unit\u00e9 GluN2B pr\u00e9sentent des temps de d\u00e9croissance beaucoup plus longs, prolongeant substantiellement l’intervalle temporel pendant lequel l’influx ionique peut p\u00e9n\u00e9trer dans le cytoplasme neuronal postsynaptique.<\/p>\n

3.2 Perm\u00e9abilit\u00e9 ionique et cin\u00e9tique du canal<\/h3>\n

Sur le plan biophysique, le canal ionique intrins\u00e8que du r\u00e9cepteur NMDA se distingue radicalement des autres r\u00e9cepteurs ionotropes au glutamate par sa perm\u00e9abilit\u00e9 s\u00e9lective exceptionnelle aux cations bivalents, et tout particuli\u00e8rement aux ions calcium (Ca\u00b2\u207a<\/strong>). Alors que les r\u00e9cepteurs de type AMPA non modifi\u00e9s par \u00e9dition d’ARN ou les r\u00e9cepteurs ka\u00efnate ne conduisent presque exclusivement que des flux d’ions monovalents (sodium Na\u207a<\/strong> et potassium K\u207a<\/strong>), le pore du r\u00e9cepteur NMDA pr\u00e9sente un rapport de perm\u00e9abilit\u00e9 relatif PCa<\/sub> \/ PNa<\/sub> avoisinant une valeur de 10 \u00e0 1. Cette caract\u00e9ristique biochimique est directement tributaire de la pr\u00e9sence d’un r\u00e9sidu asparagine critique situ\u00e9 \u00e0 un point d’\u00e9tranglement pr\u00e9cis (le site N) au sein de la boucle transmembranaire rentrante M2, formant le filtre de s\u00e9lectivit\u00e9 du canal aqueux.<\/p>\n

Les propri\u00e9t\u00e9s cin\u00e9tiques du r\u00e9cepteur NMDA contribuent \u00e9galement \u00e0 sa fonction physiologique unique. Contrairement aux r\u00e9cepteurs AMPA, dont les cin\u00e9tiques d’activation et de d\u00e9sensibilisation sont ultrarapides \u2014 s’op\u00e9rant dans une fen\u00eatre temporelle de quelques millisecondes seulement \u2014, le r\u00e9cepteur NMDA se caract\u00e9rise par une cin\u00e9tique d’ouverture retard\u00e9e et une d\u00e9sensibilisation extr\u00eamement lente, avec des constantes de temps de fermeture s’\u00e9talant sur plusieurs centaines de millisecondes apr\u00e8s l’\u00e9limination synaptique du glutamate. Cette persistance de l’\u00e9tat ouvert permet une int\u00e9gration temporelle prolong\u00e9e des flux de charges positives et une entr\u00e9e cumul\u00e9e d’ions calcium \u00e0 l’\u00e9chelle de la micro-architecture synaptique.<\/p>\n

La conductance \u00e9l\u00e9mentaire du canal NMDA pleinement ouvert est \u00e9galement l’une des plus \u00e9lev\u00e9es parmi les canaux cationiques neuronaux, oscillant autour de 50 picosiemens (pS) dans sa configuration sous-unitaire pr\u00e9dominante de l’hippocampe, avec des sous-\u00e9tats de conductance secondaire de 40 pS et 20 pS. L’ensemble de ces propri\u00e9t\u00e9s biophysiques fait du pore du r\u00e9cepteur NMDA un vecteur id\u00e9al pour convertir une excitation membranaire soutenue en une entr\u00e9e s\u00e9lective de messagers calciques intracellulaires.<\/p>\n

3.3 Le double contr\u00f4le d’activation : chimique et \u00e9lectrique<\/h3>\n

L’aspect le plus r\u00e9volutionnaire du fonctionnement du r\u00e9cepteur NMDA r\u00e9side dans son m\u00e9canisme d’activation \u00e0 double verrou, qui en fait un dispositif logique mol\u00e9culaire fonctionnant rigoureusement comme une porte ET (AND gate<\/em>). Pour que le pore aqueux s’ouvre et laisse passer le courant ionique, l’accomplissement d’un seul crit\u00e8re est strictement insuffisant : il exige la convergence synchronis\u00e9e d’un signal chimique et d’un signal \u00e9lectrique.<\/p>\n

Le contr\u00f4le chimique impose, ainsi que mentionn\u00e9 pr\u00e9c\u00e9demment, la liaison conjointe et simultan\u00e9e des mol\u00e9cules de neurotransmetteurs pr\u00e9synaptiques (glutamate) sur les sous-unit\u00e9s GluN2 et des mol\u00e9cules de co-agonistes (glycine ou D-s\u00e9rine) sur les sous-unit\u00e9s GluN1. Toutefois, m\u00eame lorsque ces quatre poches de liaison sont satur\u00e9es par leurs ligands respectifs, le canal demeure fonctionnellement occlus \u00e0 des potentiels physiologiques de repos en raison d’un obstacle physique direct : l’interposition d’un ion magn\u00e9sium extracellulaire (Mg\u00b2\u207a<\/strong>) qui vient se loger au c\u0153ur du filtre de s\u00e9lectivit\u00e9.<\/p>\n

Le contr\u00f4le \u00e9lectrique r\u00e9side dans la d\u00e9polarisation pr\u00e9alable de la membrane postsynaptique. Ce n’est que lorsque le potentiel transmembranaire passe de sa valeur de repos n\u00e9gative (typiquement environ -70 mV) \u00e0 des valeurs significativement plus d\u00e9polaris\u00e9es (d\u00e9passant -30 \u00e0 -20 mV) que la force \u00e9lectrostatique r\u00e9pulsive repousse l’ion Mg\u00b2\u207a vers le milieu extracellulaire, d\u00e9gageant ainsi le pore pour le passage des ions Ca\u00b2\u207a et Na\u207a. Cet agencement biophysique unique conf\u00e8re au r\u00e9cepteur NMDA la capacit\u00e9 d’agir comme le capteur mat\u00e9riel absolu de la co\u00efncidence temporelle entre l’activit\u00e9 pr\u00e9synaptique (signal\u00e9e par la pr\u00e9sence de glutamate dans la fente) et la r\u00e9ponse postsynaptique (signal\u00e9e par la d\u00e9polarisation membranaire concomitante).<\/p>\n

4. Le protocole exp\u00e9rimental s\u00e9minal de Collingridge, Kehl et McLennan (1983)<\/h2>\n

4.1 Pr\u00e9paration et configuration de la tranche hippocampique<\/h3>\n

Pour soumettre leur hypoth\u00e8se \u00e0 l’\u00e9preuve exp\u00e9rimentale, Graham Collingridge, Stephen Kehl et Hugh McLennan ont standardis\u00e9 une configuration \u00e9lectrophysiologique sur des tranches transversales d’hippocampe de rat, publi\u00e9e dans leur article historique du Journal of Physiology<\/em> en 1983 sous le titre Excitatory amino acids in synaptic transmission in the Schaffer collateral-commissural pathway of the rat hippocampus<\/em><\/a>. Les cerveaux de rats Wistar \u00e9taient rapidement pr\u00e9lev\u00e9s apr\u00e8s d\u00e9capitation et immerg\u00e9s dans un liquide c\u00e9phalorachidien artificiel (aCSF, pour artificial Cerebrospinal Fluid<\/em>) froid et pr\u00e9alablement satur\u00e9 d’un m\u00e9lange gazeux de carbog\u00e8ne (95 % O\u2082 et 5 % CO\u2082). Des tranches transversales d’environ 400 \u00e0 500 microm\u00e8tres d’\u00e9paisseur \u00e9taient ensuite minutieusement d\u00e9coup\u00e9es \u00e0 l’aide d’un microtome \u00e0 tissu ou d’un coupeur de tranches tissulaires.<\/p>\n

Les coupes \u00e9taient ensuite transf\u00e9r\u00e9es dans une chambre d’enregistrement d’interface liquide-gaz, con\u00e7ue sp\u00e9cifiquement pour maintenir le tissu \u00e0 une temp\u00e9rature physiologique constante de 34 \u00e0 35 \u00b0C. Dans cette chambre, la face inf\u00e9rieure de la tranche \u00e9tait continuellement baign\u00e9e par un flux laminaire d’aCSF contenant une composition ionique physiologique rigoureuse (NaCl, KCl, KH\u2082PO\u2084, MgSO\u2084, CaCl\u2082, NaHCO\u2083 et D-glucose), tandis que la surface sup\u00e9rieure \u00e9tait humidifi\u00e9e et expos\u00e9e au flux continu de carbog\u00e8ne. Cette m\u00e9thode d’interface garantissait une viabilit\u00e9 m\u00e9tabolique neuronale prolong\u00e9e de dix \u00e0 douze heures, condition imp\u00e9rative pour suivre l’\u00e9volution temporelle des potentiels synaptiques sur de longues dur\u00e9es.<\/p>\n

La morphologie hautement lamellaire et st\u00e9r\u00e9otyp\u00e9e de l’hippocampe permettait une identification visuelle limpide des diff\u00e9rents sous-champs cytoarchitecturaux sous un st\u00e9r\u00e9omicroscope \u00e0 faible grossissement. Les chercheurs ont pr\u00e9cis\u00e9ment cibl\u00e9 la zone CA1<\/strong>, en positionnant leurs \u00e9lectrodes d’enregistrement dans le stratum radiatum<\/em>, le compartiment anatomique o\u00f9 les dendrites apicales des cellules pyramidales re\u00e7oivent l’innervation excitatrice dense provenant des cellules de CA3.<\/p>\n

4.2 Stimulation de la voie collat\u00e9rale de Schaffer<\/h3>\n

Le protocole de stimulation \u00e9lectrique a \u00e9t\u00e9 m\u00e9ticuleusement calibr\u00e9 pour sonder la connectivit\u00e9 monosynaptique de la voie collat\u00e9rale de Schaffer-commissurale. Une \u00e9lectrode de stimulation bipolaire en fil de tungst\u00e8ne ou en platine iridi\u00e9 \u00e9tait ins\u00e9r\u00e9e avec une pr\u00e9cision microm\u00e9trique dans le stratum radiatum<\/em> du champ CA3 ou \u00e0 la fronti\u00e8re de CA1, de mani\u00e8re \u00e0 stimuler s\u00e9lectivement les faisceaux d’axones my\u00e9linis\u00e9s issus des somas pyramidaux de CA3 qui projettent transversalement vers les dendrites des neurones de CA1.<\/p>\n

Pour mesurer la r\u00e9ponse globale de la population neuronale, Collingridge et ses collaborateurs ont employ\u00e9 des micro\u00e9lectrodes en verre \u00e9tir\u00e9es, remplies d’une solution de NaCl (typiquement 2 \u00e0 4 M) et pr\u00e9sentant une r\u00e9sistance de pointe de 2 \u00e0 10 m\u00e9gaohms. Ces \u00e9lectrodes \u00e9taient d\u00e9licatement abaiss\u00e9es dans le stratum radiatum<\/em> de CA1, au milieu de la matrice dendritique. La stimulation \u00e9lectrique consistait en des impulsions rectangulaires de faible intensit\u00e9 et de br\u00e8ve dur\u00e9e (typiquement 50 \u00e0 100 microsecondes), d\u00e9livr\u00e9es \u00e0 une basse fr\u00e9quence de routine (0,05 \u00e0 0,1 Hz, soit une impulsion toutes les dix \u00e0 vingt secondes).<\/p>\n

Ces stimulations basales \u00e9voquaient un potentiel postsynaptique excitateur de champ (fEPSP, pour field Excitatory Postsynaptic Potential<\/em>), se traduisant \u00e0 l’oscilloscope par une d\u00e9flexion n\u00e9gative franche pr\u00e9c\u00e9d\u00e9e par la vol\u00e9e aff\u00e9rente pr\u00e9synaptique (la vol\u00e9e d’axones ou fiber volley<\/em>). Les chercheurs ont syst\u00e9matiquement mesur\u00e9 deux param\u00e8tres quantitatifs fondamentaux : la pente initiale de la phase descendante du fEPSP (exprim\u00e9e en millivolts par milliseconde, mV\/ms), qui constitue le reflet le plus pur du courant postsynaptique \u00e9l\u00e9mentaire avant l’entr\u00e9e en jeu d’inhibitions secondaires, ainsi que l’amplitude cr\u00eate \u00e0 cr\u00eate de la r\u00e9ponse. La stabilit\u00e9 de cette ligne de base \u00e9tait imp\u00e9rativement v\u00e9rifi\u00e9e pendant au moins vingt \u00e0 trente minutes avant toute manipulation pharmacologique ou protocole t\u00e9tanique.<\/p>\n

4.3 Protocole de t\u00e9tanisation \u00e0 haute fr\u00e9quence<\/h3>\n

Apr\u00e8s l’obtention d’une ligne de base parfaitement reproductive et stable, Collingridge, Kehl et McLennan appliquaient le protocole de t\u00e9tanisation destin\u00e9 \u00e0 tester la capacit\u00e9 plastique de la synapse. Ce stimulus de conditionnement consistait en un ou plusieurs trains de stimulations \u00e9lectriques \u00e0 haute fr\u00e9quence, typiquement d\u00e9livr\u00e9s \u00e0 100 Hz<\/strong> pendant une dur\u00e9e continue de 1 seconde (soit une salve dense de 100 impulsions cons\u00e9cutives).<\/p>\n

Dans les conditions t\u00e9moins de contr\u00f4le, l’application d’un tel train de t\u00e9tanisation provoquait une sommation temporelle massive des potentiels postsynaptiques, induisant une d\u00e9polarisation intense et prolong\u00e9e des arbres dendritiques postsynaptiques. D\u00e8s la cessation du train t\u00e9tanique, les chercheurs reprenaient la d\u00e9livrance des impulsions de test \u00e0 basse fr\u00e9quence (0,1 Hz). Les trac\u00e9s \u00e9lectrophysiologiques mettaient imm\u00e9diatement en \u00e9vidence deux phases distinctes : une potentialisation post-t\u00e9tanique (PTP) pr\u00e9coce et tr\u00e8s transitoire, s’estompant en une \u00e0 deux minutes, suivie d’une augmentation stable et p\u00e9renne de la pente du fEPSP, s’\u00e9tablissant couramment entre 150 % et 250 % de la valeur basale pr\u00e9-stimulus.<\/p>\n

Cette augmentation persistait sans faiblir tout au long des p\u00e9riodes d’enregistrement, s’\u00e9tendant sur plusieurs heures dans les tranches saines. C’est sur ce protocole d’induction \u00e9minemment robuste que l’\u00e9quipe de Vancouver a greff\u00e9 l’intervention pharmacologique cibl\u00e9e utilisant le D-APV pour interroger le r\u00f4le causal sp\u00e9cifique des r\u00e9cepteurs NMDA.<\/p>\n

5. L’antagoniste APV (AP5) : L’outil pharmacologique d\u00e9cisif<\/h2>\n

5.1 M\u00e9canisme d’action comp\u00e9titif du D-APV<\/h3>\n

L’arme absolue employ\u00e9e par Collingridge pour sonder le r\u00f4le du r\u00e9cepteur NMDA r\u00e9sidait dans l’utilisation m\u00e9thodique de l’acide D-2-amino-5-phosphonovalerique (D-APV). Le D-APV est un analogue structural phosphonat\u00e9 du glutamate dans lequel le groupement carboxylique terminal distal est remplac\u00e9 par un groupe phosphono (PO\u2083H\u2082). Cette substitution conf\u00e8re \u00e0 la mol\u00e9cule une affinit\u00e9 remarquable et une compl\u00e9mentarit\u00e9 st\u00e9rique optimale pour le domaine de liaison au glutamate situ\u00e9 sur la sous-unit\u00e9 GluN2 du r\u00e9cepteur NMDA, tout en l’emp\u00eachant de d\u00e9clencher les remaniements conformationnels qui r\u00e9gissent l’ouverture du canal ionique.<\/p>\n

Le mode d’action du D-APV est purement comp\u00e9titif : il entre en comp\u00e9tition directe avec le glutamate pour occuper les m\u00eames r\u00e9sidus d’acides amin\u00e9s au sein de la poche de liaison extracellulaire. De surcro\u00eet, le compos\u00e9 pr\u00e9sente une st\u00e9r\u00e9osp\u00e9cificit\u00e9 absolue. Seul l’\u00e9nantiom\u00e8re D (ou configuration R) poss\u00e8de une puissante affinit\u00e9 antagoniste micromolaire pour le r\u00e9cepteur NMDA, l’isom\u00e8re L \u00e9tant entre 50 et 100 fois moins actif. Cette propri\u00e9t\u00e9 st\u00e9r\u00e9os\u00e9lective a constitu\u00e9 un contr\u00f4le interne inestimable pour Collingridge afin de prouver que les effets observ\u00e9s d\u00e9coulaient bien d’une reconnaissance mol\u00e9culaire chirale sp\u00e9cifique et non d’une action pharmacologique asp\u00e9cifique ou d’un effet tampon chimique.<\/p>\n

Aux concentrations actives utilis\u00e9es par l’\u00e9quipe de Vancouver (g\u00e9n\u00e9ralement comprises entre 10 et 50 micromoles par litre), le D-APV n’exer\u00e7ait rigoureusement aucun effet antagoniste sur les r\u00e9cepteurs ionotropes non-NMDA responsables de la d\u00e9polarisation rapide, ni sur les r\u00e9cepteurs m\u00e9tabotropes ou les canaux ioniques voltage-d\u00e9pendants classiques (canaux Na\u207a, Ca\u00b2\u207a ou K\u207a sensibles au voltage). Cette s\u00e9lectivit\u00e9 pharmacologique absolue a permis d’isoler chimiquement la fonction du r\u00e9cepteur NMDA avec une rigueur m\u00e9thodologique jusqu’alors in\u00e9gal\u00e9e.<\/p>\n

5.2 Perfusion pharmacologique et contr\u00f4le temporel<\/h3>\n

L’administration du D-APV dans le bain d’incubation (bath application<\/em>) \u00e9tait contr\u00f4l\u00e9e avec une pr\u00e9cision chronom\u00e9trique. Le produit \u00e9tait dissous dans l’aCSF circulant \u00e0 une concentration micromolaire pr\u00e9cise. En exploitant la cin\u00e9tique de renouvellement du liquide c\u00e9phalorachidien artificiel au sein de la chambre d’interface, Collingridge et ses collaborateurs pouvaient estimer avec exactitude le moment o\u00f9 le ligand atteignait l’\u00e9quilibre pharmacologique d’occupation des sites r\u00e9cepteurs dans l’ensemble de la coupe de tissu.<\/p>\n

Une pr\u00e9caution m\u00e9thodologique capitale dans la d\u00e9monstration de Collingridge reposait sur le protocole syst\u00e9matique de lavage (washout<\/em>). Pour s’assurer que la suppression des r\u00e9ponses observ\u00e9e n’\u00e9tait pas le reflet d’une n\u00e9crose progressive du tissu, d’une hypoxie locale ou d’un endommagement m\u00e9canique par les micro\u00e9lectrodes, l’\u00e9limination du D-APV du milieu d’incubation devait imp\u00e9rativement s’accompagner d’une restauration compl\u00e8te des propri\u00e9t\u00e9s physiologiques initiales du tissu nerveux. Les chercheurs ont ainsi monitor\u00e9 en continu les r\u00e9ponses fEPSP pendant la phase d’application de l’APV, tout au long de la p\u00e9riode d’antagonisme, puis durant les dizaines de minutes suivant le retour \u00e0 un aCSF standard non suppl\u00e9ment\u00e9.<\/p>\n

Cette ma\u00eetrise de la cin\u00e9tique pharmacologique a permis d’\u00e9tablir des fen\u00eatres temporelles d’action parfaitement circonscrites, autorisant l’\u00e9quipe \u00e0 appliquer le bloqueur soit avant la d\u00e9livrance du train de t\u00e9tanisation \u00e0 haute fr\u00e9quence, soit pendant la t\u00e9tanisation, soit imm\u00e9diatement apr\u00e8s l’\u00e9tablissement p\u00e9renne de la plasticit\u00e9 synaptique.<\/p>\n

5.3 R\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux imm\u00e9diats sous perfusion d’APV<\/h3>\n

Les r\u00e9sultats d\u00e9livr\u00e9s par la premi\u00e8re s\u00e9rie d’enregistrements sous APV ont stup\u00e9fi\u00e9 la communaut\u00e9 des neurosciences et ont imm\u00e9diatement balay\u00e9 les th\u00e9ories en vigueur. Lorsque le D-APV \u00e9tait perfus\u00e9 sur la tranche hippocampique \u00e0 une concentration de 50 \u00b5M pendant la stimulation basale \u00e0 0,1 Hz, la transmission synaptique basale demeurait rigoureusement inchang\u00e9e<\/strong>. La pente initiale du fEPSP, son amplitude maximale ainsi que la forme globale de la trace \u00e9lectrophysiologique \u00e9taient strictement superposables aux enregistrements de contr\u00f4le effectu\u00e9s avant l’infusion de la mol\u00e9cule. Cette premi\u00e8re observation constituait la preuve d\u00e9finitive que le r\u00e9cepteur NMDA ne contribuait nullement \u00e0 la transmission synaptique excitatrice de routine \u00e0 basse fr\u00e9quence, laquelle reposait enti\u00e8rement sur des r\u00e9cepteurs non-NMDA (plus tard identifi\u00e9s comme r\u00e9cepteurs AMPA).<\/p>\n

En revanche, le constat devenait spectaculaire d\u00e8s lors que Collingridge appliquait le train de t\u00e9tanisation \u00e0 haute fr\u00e9quence (100 Hz, 1 seconde) en pr\u00e9sence continue de D-APV. Bien que le train de stimulations induise une d\u00e9polarisation massive et que la tranche pr\u00e9sente une potentiation post-t\u00e9tanique fugace pendant les soixante secondes suivant le choc \u00e9lectrique, la transmission synaptique retombait imm\u00e9diatement apr\u00e8s au niveau exact de la ligne de base pr\u00e9-stimulus. L’induction de la LTP \u00e9tait totalement et int\u00e9gralement abolie<\/strong>. Aucune trace de renforcement synaptique ne pouvait \u00eatre d\u00e9tect\u00e9e dans les dizaines de minutes qui suivaient.<\/p>\n

Enfin, le r\u00e9sultat le plus \u00e9l\u00e9gant r\u00e9sidait dans l’application du lavage pharmacologique (washout<\/em>). Une fois le D-APV \u00e9vacu\u00e9 de la chambre d’enregistrement et remplac\u00e9 par une solution normale pendant une vingtaine de minutes, l’application d’un second train t\u00e9tanique identique au premier provoquait l’apparition imm\u00e9diate, robuste et parfaitement conserv\u00e9e d’une potentialisation \u00e0 long terme de plein exercice. L’effet bloquant de l’APV \u00e9tait donc enti\u00e8rement r\u00e9versible, excluant tout dommage cellulaire d\u00e9l\u00e9t\u00e8re et prouvant que le r\u00e9cepteur NMDA est sp\u00e9cifiquement et formellement requis pour l’enclenchement de la plasticit\u00e9 synaptique.<\/p>\n

6. Dissociation exp\u00e9rimentale : Induction versus maintien de la LTP<\/h2>\n

6.1 L’administration temporelle cibl\u00e9e de l’antagoniste<\/h3>\n

Pour parachever la rigueur de leur d\u00e9monstration et dissiper toute ambigu\u00eft\u00e9 th\u00e9orique, Collingridge, Kehl et McLennan ont \u00e9labor\u00e9 une strat\u00e9gie exp\u00e9rimentale bas\u00e9e sur une disjonction temporelle stricte dans l’administration du D-APV. L’enjeu conceptuel consistait \u00e0 d\u00e9terminer si le r\u00e9cepteur NMDA constituait un \u00ab initiateur \u00bb (un interrupteur servant uniquement \u00e0 enclencher le processus) ou bien s’il repr\u00e9sentait lui-m\u00eame la structure effectrice assurant le \u00ab maintien \u00bb et l’expression de la connectivit\u00e9 synaptique accrue au cours du temps.<\/p>\n

Pour trancher cette alternative, Collingridge a con\u00e7u un protocole crois\u00e9 \u00e0 deux volets temporels :
\nDans le premier volet, comme nous l’avons expos\u00e9, le D-APV \u00e9tait appliqu\u00e9 avant et pendant le stimulus conditionnant \u00e0 100 Hz, puis rinc\u00e9. Dans le second volet exp\u00e9rimental, le train de t\u00e9tanisation \u00e9tait d\u00e9livr\u00e9 dans un milieu enti\u00e8rement normal d\u00e9pourvu d’antagoniste, permettant ainsi l’induction et la consolidation initiales de la potentialisation \u00e0 long terme pendant une dur\u00e9e minimale de vingt \u00e0 quarante minutes. Ce n’est qu’une fois la LTP indubitablement \u00e9tablie et stabilis\u00e9e sur un plateau de potentialisation reproductible que le D-APV \u00e9tait introduit par perfusion continue dans la chambre d’enregistrement.<\/p>\n

Cette chronologie exp\u00e9rimentale comparative a offert une puissance de r\u00e9solution in\u00e9gal\u00e9e pour distinguer l’acte d’induction de la plasticit\u00e9 de sa phase de maintenance autonome.<\/p>\n

6.2 Insensibilit\u00e9 de la phase de maintien \u00e0 l’inhibition du r\u00e9cepteur NMDA<\/h3>\n

L’administration du D-APV apr\u00e8s l’\u00e9tablissement av\u00e9r\u00e9 de la LTP a apport\u00e9 le verdict exp\u00e9rimental le plus retentissant de l’\u00e9tude : la r\u00e9ponse synaptique pr\u00e9alablement potentialis\u00e9e s’est av\u00e9r\u00e9e totalement insensible \u00e0 l’antagoniste<\/strong>. Alors m\u00eame que la tranche \u00e9tait expos\u00e9e \u00e0 des concentrations de D-APV capables de bloquer instantan\u00e9ment l’induction d’une nouvelle LTP, la pente et l’amplitude des fEPSP potentialis\u00e9s ne diminuaient pas d’un iota. La transmission synaptique renforc\u00e9e continuait de s’exprimer \u00e0 un niveau tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9 (180-200 % de la valeur contr\u00f4le) sans fl\u00e9chir le moins du monde durant toute la dur\u00e9e d’exposition \u00e0 l’antagoniste.<\/p>\n

Cette observation cruciale a scell\u00e9 une d\u00e9couverte fondamentale : les r\u00e9cepteurs NMDA ne sont absolument pas impliqu\u00e9s dans l’expression ou le maintien d’une synapse dont la force a \u00e9t\u00e9 pr\u00e9alablement accrue. Une synapse rendue plus puissante \u00e0 la suite d’une t\u00e9tanisation continue de transmettre l’information synaptique \u00e0 basse fr\u00e9quence exclusivement par l’interm\u00e9diaire de ses r\u00e9cepteurs non-NMDA conventionnels. Les r\u00e9cepteurs NMDA ne sont donc pas les acteurs de la transmission basale amplifi\u00e9e, mais agissent strictement et exclusivement comme un catalyseur ou un d\u00e9tonateur mol\u00e9culaire dont l’ouverture br\u00e8ve et temporaire est requise au seul instant de la t\u00e9tanisation.<\/p>\n

Cette d\u00e9couverte a \u00e9tabli de fa\u00e7on p\u00e9renne la c\u00e9l\u00e8bre distinction neurobiologique entre la phase d’induction<\/strong> de la LTP (qui requiert imp\u00e9rativement le r\u00e9cepteur NMDA) et les phases subs\u00e9quentes d’expression<\/strong> et de maintien<\/strong> de la LTP (qui sont totalement ind\u00e9pendantes de l’activit\u00e9 du r\u00e9cepteur NMDA).<\/p>\n

6.3 R\u00e9futation des hypoth\u00e8ses alternatives<\/h3>\n

L’\u00e9l\u00e9gance de la conception exp\u00e9rimentale de Collingridge a permis d’\u00e9carter un nombre consid\u00e9rable d’hypoth\u00e8ses concurrentes et d’interpr\u00e9tations alternatives qui pullulaient dans les cercles neuroscientifiques de l’\u00e9poque. En premier lieu, l’hypoth\u00e8se selon laquelle l’absence de LTP sous APV r\u00e9sulterait d’une fatigue m\u00e9tabolique synaptique g\u00e9n\u00e9ralis\u00e9e ou d’une d\u00e9pression postsynaptique non sp\u00e9cifique induite par la mol\u00e9cule a \u00e9t\u00e9 formellement r\u00e9fut\u00e9e par la conservation int\u00e9grale de la ligne de base synaptique et par la restauration totale de la plasticit\u00e9 apr\u00e8s rin\u00e7age de l’antagoniste.<\/p>\n

En second lieu, l’hypoth\u00e8se qui postulait que l’APV agissait en amont en r\u00e9duisant l’excitabilit\u00e9 axonale pr\u00e9synaptique des collat\u00e9rales de Schaffer a \u00e9t\u00e9 balay\u00e9e par l’enregistrement simultan\u00e9 de la vol\u00e9e aff\u00e9rente pr\u00e9synaptique (fiber volley<\/em>), dont l’amplitude et la conduction demeuraient absolument inalt\u00e9r\u00e9es sous APV, prouvant sans \u00e9quivoque que le flux de potentiels d’action envahissant les boutons synaptiques restait parfaitement constant.<\/p>\n

Enfin, les d\u00e9tracteurs qui sugg\u00e9raient que le r\u00e9cepteur NMDA n’\u00e9tait qu’un r\u00e9cepteur redondant participant passivement \u00e0 la somme globale de d\u00e9polarisation ont \u00e9t\u00e9 contredits par le fait qu’une d\u00e9polarisation purement passive \u00e9quivalente, provoqu\u00e9e artificiellement mais sans activation du r\u00e9cepteur NMDA, s’av\u00e9rait strictement incapable d’engendrer un renforcement synaptique. L’exp\u00e9rience de Collingridge d\u00e9montrait ainsi la sp\u00e9cificit\u00e9 qualitative absolue du r\u00e9cepteur NMDA comme d\u00e9clencheur exclusif de la plasticit\u00e9 de Hebb dans l’hippocampe.<\/p>\n

7. Le m\u00e9canisme du blocage magn\u00e9sium (Mg\u00b2\u207a) d\u00e9pendant du potentiel<\/h2>\n

7.1 La d\u00e9couverte du blocage par Mayer, Westbrook et Nowak (1984)<\/h3>\n

Bien que les travaux de Collingridge de 1983 aient d\u00e9montr\u00e9 de mani\u00e8re incontestable le r\u00f4le causal indispensable du r\u00e9cepteur NMDA dans l’induction de la LTP, une question biophysique fondamentale demeurait enti\u00e8re : par quel prodige physique ce r\u00e9cepteur restait-il muet lors de stimulations synaptiques de basse fr\u00e9quence tout en s’activant brutalement lors de stimulations \u00e0 haute fr\u00e9quence, alors m\u00eame que le glutamate est lib\u00e9r\u00e9 dans les deux cas ?<\/p>\n

La r\u00e9ponse \u00e0 cette \u00e9nigme est intervenue un an plus tard, en 1984, gr\u00e2ce aux travaux ind\u00e9pendants conduits par Mark Mayer et Gary Westbrook d’une part, et par Linda Nowak, Philippe Ascher et leurs collaborateurs d’autre part, publi\u00e9s dans la revue Nature<\/em>. En appliquant la technique r\u00e9volutionnaire du patch-clamp<\/a> en configuration cellule enti\u00e8re sur des neurones de mammif\u00e8res en culture, ces chercheurs ont d\u00e9couvert le ph\u00e9nom\u00e8ne extraordinaire du blocage magn\u00e9sium voltage-d\u00e9pendant<\/strong>.<\/p>\n

Ils ont d\u00e9montr\u00e9 qu’aux concentrations physiologiques extracellulaires de magn\u00e9sium (environ 1,0 \u00e0 1,2 mM), le canal du r\u00e9cepteur NMDA est physiquement obstru\u00e9 par un ion Mg\u00b2\u207a lorsque le potentiel membranaire du neurone se trouve \u00e0 sa valeur de repos n\u00e9gative (environ -70 mV). En raison de sa charge bivalente et de son rayon d’hydratation particulier, l’ion Mg\u00b2\u207a est attir\u00e9 \u00e0 l’int\u00e9rieur du champ \u00e9lectrique transmembranaire n\u00e9gatif g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par la cellule et p\u00e9n\u00e8tre dans le pore aqueux du r\u00e9cepteur NMDA. Cependant, en raison de contraintes st\u00e9riques au niveau du filtre de s\u00e9lectivit\u00e9 (le site N de la boucle M2), le Mg\u00b2\u207a ne peut franchir le canal et s’y retrouve profond\u00e9ment enclav\u00e9, bloquant m\u00e9caniquement et \u00e9lectrostatiquement tout passage d’autres ions \u00e0 travers le pore.<\/p>\n

7.2 Synergie fonctionnelle entre r\u00e9cepteurs AMPA et r\u00e9cepteurs NMDA<\/h3>\n

Cette d\u00e9couverte du blocage magn\u00e9sium a imm\u00e9diatement mis en lumi\u00e8re la synergie fonctionnelle sublime unissant les r\u00e9cepteurs AMPA et les r\u00e9cepteurs NMDA au sein de la densit\u00e9 postsynaptique. Lors d’une transmission synaptique basale \u00e0 basse fr\u00e9quence, la lib\u00e9ration d’un quantum de glutamate par la terminaison pr\u00e9synaptique active simultan\u00e9ment les deux classes de r\u00e9cepteurs. Cependant, en raison du blocage magn\u00e9sium op\u00e9rant au potentiel de repos, les r\u00e9cepteurs NMDA demeurent \u00e9lectriquement silencieux. Les r\u00e9cepteurs AMPA, en revanche, insensibles au magn\u00e9sium \u00e0 ce potentiel, s’ouvrent instantan\u00e9ment et laissent p\u00e9n\u00e9trer un flux rapide d’ions sodium (Na\u207a), g\u00e9n\u00e9rant un potentiel postsynaptique excitateur (EPSP) classique d’une dizaine de millivolts. Cette d\u00e9polarisation modeste et transitoire est toutefois insuffisante pour \u00e9jecter l’ion Mg\u00b2\u207a du canal NMDA.<\/p>\n

En revanche, lors d’une stimulation t\u00e9tanique \u00e0 haute fr\u00e9quence (100 Hz), la succession ultra-rapide des impulsions pr\u00e9synaptiques d\u00e9verse de grandes quantit\u00e9s de glutamate dans la fente synaptique avant que la membrane postsynaptique n’ait eu le temps de se repolariser. Les r\u00e9cepteurs AMPA sont alors sollicit\u00e9s de mani\u00e8re r\u00e9p\u00e9t\u00e9e, provoquant une sommation temporelle massive des flux entrants de Na\u207a. La membrane de l’\u00e9pine dendritique subit une d\u00e9polarisation soutenue, son potentiel \u00e9lectrique passant de -70 mV \u00e0 des valeurs tr\u00e8s positives (souvent entre -30 mV et 0 mV).<\/p>\n

Cette inversion transitoire de la polarit\u00e9 \u00e9lectrique membranaire dissipe l’attraction \u00e9lectrostatique qui retenait le Mg\u00b2\u207a au c\u0153ur du canal. L’ion Mg\u00b2\u207a charg\u00e9 positivement est alors violemment repouss\u00e9 par le potentiel intracellulaire positif et est expuls\u00e9 hors du pore vers le milieu extracellulaire. D\u00e8s lors, le canal NMDA, toujours satur\u00e9 par le glutamate pr\u00e9sent dans la fente synaptique, se trouve enfin d\u00e9sobstru\u00e9, permettant une entr\u00e9e massive d’ions Ca\u00b2\u207a dans le compartiment postsynaptique.<\/p>\n

7.3 R\u00e9solution biophysique de la r\u00e8gle de Hebb<\/h3>\n

L’int\u00e9gration de la d\u00e9couverte de Collingridge et de celle du blocage magn\u00e9sium par Mayer et Nowak a fourni \u00e0 la communaut\u00e9 scientifique la premi\u00e8re explication purement biophysique d’une r\u00e8gle psychologique d’apprentissage formul\u00e9e pr\u00e8s de quarante ans plus t\u00f4t. Le r\u00e9cepteur NMDA s’est r\u00e9v\u00e9l\u00e9 \u00eatre la mat\u00e9rialisation mol\u00e9culaire exacte de la synapse hebbienne<\/strong>.<\/p>\n

Tous les \u00e9l\u00e9ments du postulat de Hebb se trouvaient unifi\u00e9s dans une seule prot\u00e9ine transmembranaire :<\/p>\n