Anatomie d’une libération

De l’espace extérieur à la protéine capteur, un ion calcium ne parcourt que quelques nanomètres. Le cahier arpente ce trajet avec des tableaux, l’histoire des expériences et le libellé européen repris sans retouche.


Un écart de dix mille contre un

Au repos, l’intérieur d’un neurone ne renferme que très peu de calcium libre, une quantité qui se chiffre en nanomoles par litre. Le liquide qui baigne la cellule atteint au contraire des valeurs de l’ordre de la millimole. Cet écart n’a rien d’accidentel, il est entretenu sans interruption : des pompes de la membrane cellulaire (PMCA), des échangeurs qui troquent le calcium contre du sodium (NCX) et des réserves du réticulum endoplasmique chassent continuellement l’ion hors du cytoplasme.

Ce dénivelé abrupt a un intérêt concret. Qu’un canal s’ouvre, et quelques milliers d’ions suffisent à multiplier la valeur tout près du pore. Un événement minuscule se change ainsi en un signal bien lisible.

Calcium libre des deux côtés de la membrane, ordres de grandeur
CompartimentValeur habituelleCommentaire
Cytoplasme au repos50–100 nmol/lmaintenu bas par les pompes et des protéines de liaison
Plasma sanguin, fraction ionisée1,1–1,3 mmol/ltenu dans d’étroites limites par des hormones
Liquide céphalorachidienenviron 1,0–1,2 mmol/lbaigne les synapses du cerveau
Au ras d’un pore ouvert10–100 µmol/l, voire davantagedurant une fraction de milliseconde seulement

D’où vient le calcium du sang

Le calcium ionisé du sang ne varie guère d’une heure à l’autre de la journée. La parathormone et le calcitriol accordent entre elles l’absorption par l’intestin, l’élimination par le rein et le recours aux réserves de l’organisme. C’est l’alimentation qui assure le réapprovisionnement. Pour l’adulte, le Règlement (UE) n° 1169/2011 retient une valeur de référence de 800 mg par jour.

Portions isolées, comparées à la valeur de référence de 800 mg
Portion consomméeApport en calcium, chiffre rond
Emmental, 30 genv. 310 mg
Lait, 200 mlenv. 240 mg
Chou kale cuit, 150 genv. 200 mg
Eau minérale à plus de 150 mg/l, 0,5 l75 mg au minimum

Pores de canaux de la zone active

On nomme zone active la portion de la terminaison où les vésicules de messager attendent, prêtes à servir. La microscopie électronique y révèle un maillage serré de protéines dans lequel les canaux calciques sont enchâssés. Ils font partie de la famille des canaux dépendants du voltage et s’ouvrent dès que la membrane se dépolarise.

Cav2.1 et Cav2.2 côte à côte

Les pharmacologues ont d’abord distingué les types de canaux grâce à des toxines : l’oméga-agatoxine, tirée du venin d’une araignée tisseuse d’entonnoirs, bloque le type P/Q (Cav2.1), et l’oméga-conotoxine d’un cône marin bloque le type N (Cav2.2). Beaucoup de synapses cérébrales emploient les deux variantes ensemble, chacune selon un dosage qui lui est propre. Un troisième type, Cav2.3 ou type R, fournit une part plus modeste dans certaines terminaisons.

Ce qui tient le canal à sa place

La répartition des canaux ne doit rien au hasard. Des protéines d’échafaudage, comme RIM et la protéine qui se lie à RIM, les maintiennent à quelques dizaines de nanomètres des points d’amarrage des vésicules. Chez l’animal de laboratoire dépourvu de RIM, les canaux s’en écartent et la libération perd en fiabilité.

Capteur et machinerie de fusion

Le calcium contribue à une neurotransmission normale.

Conformément au Règlement (UE) n° 432/2012

Deux domaines C2, cinq sites de fixation

La synaptotagmine-1 franchit la membrane de la vésicule par un court segment ; l’essentiel de la molécule s’avance dans le cytoplasme. Là se trouvent deux modules repliés, C2A et C2B. Lorsque le calcium s’y fixe, des boucles de ces modules s’enfoncent dans la couche lipidique de la membrane cellulaire et la courbent légèrement. Des travaux sur la souris issus du laboratoire de Thomas Südhof l’ont montré en 1994 : sans synaptotagmine-1, la libération rapide et synchrone fait largement défaut, alors qu’une libération plus lente et éparse subsiste.

Synaptobrévine, syntaxine-1 et SNAP-25

Ces trois protéines composent le complexe SNARE. Leurs longues hélices, parties de la vésicule et de la membrane cellulaire, s’enroulent les unes dans les autres à la manière d’une fermeture éclair. La complexine fige l’état à demi refermé, tandis que Munc18 et Munc13 disposent les partenaires à l’avance. Le poids de ce faisceau s’est révélé à travers des toxines bactériennes : les toxines tétanique et botulique coupent certaines protéines SNARE et interrompent de ce fait la libération.

L’allégation autorisée, replacée dans son cadre

Le calcium contribue à une neurotransmission normale. Conformément au Règlement (UE) n° 432/2012. Cette allégation décrit une fonction normale du corps à laquelle le calcium prend part. Elle n’affirme nullement qu’un apport accru modifierait cette fonction, et elle ne vise aucune maladie.

Compter en nanomètres : micro- et nanodomaines

Dans le cytoplasme, le calcium est aussitôt capté par des protéines et évacué ; une valeur élevée reste donc cantonnée à un minuscule nuage autour du pore. En 1992, Rodolfo Llinás, Mutsuyuki Sugimori et Robert Silver ont rendu ces zones visibles dans la synapse du calmar grâce à une protéine émettrice de lumière, et les ont baptisées microdomaines.

Deux pièges à calcium mis en regard

Deux molécules de synthèse capables de lier le calcium donnent une indication élégante sur la distance. L’EGTA capture l’ion lentement, le BAPTA très vite. En 1991, Elis Adler, George Augustine et leurs collègues ont injecté l’une puis l’autre dans la terminaison du calmar : seul le BAPTA a freiné nettement la libération. Il s’ensuit que le capteur doit être si proche du pore qu’un piège lent arrive trop tard, soit, d’après les estimations actuelles, entre 10 et 100 nanomètres dans bien des synapses.

Distance de couplage entre pore et capteur, exemples publiés
PréparationDistance estiméeIndice expérimental
Synapse géante du calmartrès serréeEGTA presque sans effet, BAPTA inhibiteur
Calice de Held, animal jeuneplutôt lâche, au-delà de 50 nm parfoisEGTA nettement inhibiteur
Calice de Held, animal adulteplus serrée que chez le jeunesensibilité à l’EGTA en recul
Cellules en panier de l’hippocampeenviron 10–20 nmcouplage de type nanodomaine

Jalons de la recherche depuis 1952

Le savoir sur le calcium à la synapse s’est construit par paliers, souvent sous l’impulsion d’une préparation inédite ou d’une nouvelle technique de mesure.

Sélection de travaux, par ordre chronologique
AnnéeConstatChercheurs
1952potentiels miniatures spontanés à la plaque motrice, lus comme des paquets de messagerFatt, Katz
1967le calcium n’agit que s’il est présent pendant la dépolarisationKatz, Miledi
1967la libération croît à peu près selon la puissance quatre du calcium extérieurDodge, Rahamimoff
1970prix Nobel pour des travaux sur la transmission chimiqueKatz, von Euler, Axelrod
1990clonage de la synaptotagminePerin, Südhof et coll.
1993hypothèse SNARE de la fusion membranaireSöllner, Rothman et coll.
2013prix Nobel pour le trafic des vésicules dans les cellulesRothman, Schekman, Südhof

Depuis les années 2010, des structures cristallines montrent comment synaptotagmine, complexine et complexe SNARE s’ajustent les uns aux autres. La question de départ de Katz et Miledi, à savoir le moment exact où le calcium doit être là, peut ainsi être ramenée à l’échelle de quelques acides aminés.

Points soulevés

Le calcium du sérum dépend-il du dernier repas ?

À peine. Des hormones maintiennent la fraction ionisée dans une bande étroite, que l’on sorte de table ou non. Ce que la nourriture apporte, le corps l’équilibre par l’absorption, l’élimination et ses réserves.

Pourquoi l’allégation européenne nomme-t-elle le calcium mais pas le sodium ?

Les allégations de santé sont examinées puis autorisées nutriment par nutriment. Pour le passage du signal d’un neurone à l’autre, le Règlement (UE) n° 432/2012 comporte le libellé propre au calcium ; les autres ions y apparaissent avec des allégations distinctes, rédigées autrement, ou n’y apparaissent pas.

Le cahier peut-il remplacer un manuel de neurophysiologie ?

Telle n’est pas sa vocation. Il isole un seul mécanisme et le rend accessible à tous. Pour creuser davantage, le cahier indique les publications originales sur lesquelles reposent ses sections.

Sous quelle forme le cahier arrive-t-il ?

En fichier PDF. Une fois le paiement reçu, un e-mail vous transmet un lien pour télécharger le fichier, lisible ensuite sur autant de vos appareils que vous le voulez.


Le cahier en édition PDF

Le contenu de cette page en version étoffée : six sections, des schémas de la zone active et les sources de chaque tableau.

49,00 € TTC
Accès unique · Produit d’information numérique
Demander à le recevoir

Vous gardez 14 jours pour renoncer à l’achat ; la marche à suivre est décrite sur la page Droit de rétractation.


Avis de santé

Lepidolithora diffuse des connaissances de fond, pas des conseils personnalisés. En cas de troubles, de prise de médicaments, de grossesse ou d’allaitement, les questions sur votre propre alimentation se posent de préférence à un médecin ou à un pharmacien.

Aucun complément alimentaire ne saurait tenir lieu d’une nourriture diversifiée ni d’une manière de vivre saine. L’emballage mentionne la quantité admise par jour, qu’il convient de ne pas franchir. Les préparations se rangent hors d’atteinte des jeunes enfants.

Sans aval de Google

Ce site n’a aucun lien avec Google LLC ni avec YouTube, et aucune de ces deux sociétés ne l’a commandé ou payé. Les marques citées sont la propriété de Google LLC. Qu’une annonce conduise ici ne veut pas dire que la régie publicitaire a jugé ce qui s’y trouve.


Question brève, réponse brève

Un passage du texte, la commande ou vos données : écrivez-nous, la réponse arrive par e-mail.

Le formulaire reste facultatif, voici l’adresse : [email protected].