Noeud de Ranvier - Node of Ranvier

Nœud de Ranvier
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Dessin d'un axone nerveux périphérique (étiqueté "cylindre d'axe"), montrant un nœud de Ranvier ainsi que d'autres caractéristiques
Przewężenie Ranviera.jpg
Nœuds de Ranvier
Des détails
Système Système nerveux
Emplacement Myélinisé axone d'un nerf
Identifiants
Latin incisure myéline
Engrener D011901
E H2.00.06.2.03015
Termes anatomiques de la microanatomie

Nœuds de Ranvier ( / ˌ r ɑː n v i / RAHN -vee- AY , / r ɑː n v i / -⁠ay ), également connu sous les lacunes de la myéline-gaine , se produisent le long d' un myélinisées axone où le axolemme est exposé à l'espace extracellulaire. Les nœuds de Ranvier sont non isolés et fortement enrichis en canaux ioniques , leur permettant de participer à l'échange d'ions nécessaire à la régénération du potentiel d'action . La conduction nerveuse dans les axones myélinisés est appelée conduction saltatoire (du latin saltare "sauter ou sauter") en raison de la manière dont le potentiel d'action semble "sauter" d'un nœud à l'autre le long de l'axone. Il en résulte une conduction plus rapide du potentiel d'action.

Aperçu

Structure d'un neurone typique
Nœud de Ranvier

De nombreux axones de vertébrés sont entourés d'une gaine de myéline, permettant une propagation saltatoire rapide et efficace ("saut") des potentiels d'action. Les contacts entre neurones et cellules gliales présentent un très haut niveau d'organisation spatiale et temporelle dans les fibres myélinisées. Les myélinisantes cellules gliales - oligodendrocytes dans le système nerveux central (SNC) et des cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique (SNP) - sont enroulés autour de l'axone, laissant le axolemme découvert relativement aux noeuds espacés régulièrement de Ranvier.

Les membranes gliales internodales sont fusionnées pour former de la myéline compacte , tandis que les boucles paranodales remplies de cytoplasme des cellules myélinisantes sont enroulées en spirale autour de l'axone des deux côtés des ganglions. Cette organisation exige un contrôle étroit du développement et la formation d'une variété de zones de contact spécialisées entre différentes zones de la membrane cellulaire myélinisante. Chaque nœud de Ranvier est flanqué de régions paranodales où des boucles gliales enveloppées de manière hélicoïdale sont attachées à la membrane axonale par une jonction de type septate.

Le segment entre les nœuds de Ranvier est appelé l' entre - nœud et sa partie la plus externe qui est en contact avec les paranodes est appelée la région juxtaparanodale. Les ganglions sont encapsulés par des microvillosités provenant de l'aspect externe de la membrane cellulaire de Schwann dans le SNP, ou par des extensions périnodales des astrocytes dans le SNC.

Structure

Les entre-nœuds sont les segments de myéline et les espaces entre les deux sont appelés nœuds. La taille et l'espacement des entre-nœuds varient avec le diamètre de la fibre dans une relation curviligne optimisée pour une vitesse de conduction maximale. La taille des nœuds s'étend de 1 à 2 m tandis que les entre-nœuds peuvent mesurer jusqu'à (et parfois même plus de) 1,5 mm de long, selon le diamètre de l'axone et le type de fibre.

La structure du nœud et les régions paranodales flanquantes sont distinctes des entre-nœuds sous la gaine de myéline compacte , mais sont très similaires dans le SNC et le SNP. L'axone est exposé à l'environnement extracellulaire au niveau du nœud et est resserré dans son diamètre. La diminution de la taille des axones reflète une densité de tassement plus élevée des neurofilaments dans cette région, qui sont moins fortement phosphorylés et sont transportés plus lentement. Les vésicules et autres organites sont également augmentés au niveau des nœuds, ce qui suggère qu'il existe un goulot d'étranglement du transport axonal dans les deux sens ainsi qu'une signalisation axonale-gliale locale.

Lorsqu'une section longitudinale est réalisée à travers une cellule de Schwann myélinisante au niveau du nœud, trois segments distincts sont représentés : l' entre - nœud stéréotypé , la région paranodale et le nœud lui-même. Dans la région internodale, la cellule de Schwann a un col externe de cytoplasme, une gaine de myéline compacte et un col interne de cytoplasme, et l'axolemme. Au niveau des régions paranodales, les boucles cytoplasmiques paranodales entrent en contact avec les épaississements de l'axolemme pour former des jonctions cloisonnées. Dans le nœud seul, l'axolemme est contacté par plusieurs microvillosités de Schwann et contient une sous-couche cytosquelettique dense.

Différences dans les systèmes nerveux central et périphérique

Bien que des études de fracture par congélation aient révélé que l'axolemme nodal dans le SNC et le SNP est enrichi en particules intra-membraneuses (IMP) par rapport à l'entre-nœud, il existe certaines différences structurelles reflétant leurs constituants cellulaires. Dans le SNP, des microvillosités spécialisées se projettent à partir du col externe des cellules de Schwann et se rapprochent très près de l'axolemme nodal des grosses fibres. Les projections des cellules de Schwann sont perpendiculaires au nœud et rayonnent à partir des axones centraux. Cependant, dans le SNC, un ou plusieurs processus astrocytaires se trouvent à proximité immédiate des nœuds. Les chercheurs déclarent que ces processus proviennent d'astrocytes multifonctionnels, par opposition à une population d'astrocytes dédiée au contact avec le nœud. D'autre part, dans le SNP, la lame basale qui entoure les cellules de Schwann est continue à travers le nœud.

Composition

Les nœuds des échangeurs Ranvier Na+/Ca2+ et la haute densité de canaux Na+ voltage-dépendants qui génèrent des potentiels d'action. Un canal sodique se compose d'une sous-unité formant des pores et de deux sous-unités β accessoires, qui ancrent le canal aux composants extracellulaires et intracellulaires. Les nœuds de Ranvier dans les systèmes nerveux central et périphérique sont principalement constitués de sous-unités αNaV1.6 et 1. La région extracellulaire des sous-unités peut s'associer à elle-même et à d'autres protéines, telles que la ténascine R et les molécules d'adhésion cellulaire neurofascine et contactine . La contactine est également présente aux nœuds du SNC et l'interaction avec cette molécule améliore l'expression de surface des canaux Na+.

L'ankyrine s'est avérée liée à la spectrine βIV, une isoforme de la spectrine enrichie aux nœuds des segments initiaux de Ranvier et des axones. Les nœuds PNS sont entourés de microvillosités de cellules de Schwann , qui contiennent des ERM et EBP50 qui peuvent fournir une connexion aux microfilaments d'actine. Plusieurs protéines de la matrice extracellulaire sont enrichies aux nœuds de Ranvier, notamment la ténascine-R , le Bral-1 et le protéoglycane NG2, ainsi que le phosphacan et le versican V2. Au niveau des nœuds du SNC, les protéines axonales comprennent également la contactine ; cependant, les microvillosités des cellules de Schwann sont remplacées par des extensions périnodales d' astrocytes .

Organisation moléculaire

L'organisation moléculaire des nœuds correspond à leur fonction spécialisée dans la propagation des impulsions. Le niveau de canaux sodiques dans le nœud par rapport à l' entre - nœud suggère que le nombre d'IMP correspond aux canaux sodiques. Les canaux potassiques sont essentiellement absents dans l'axolemme nodal, alors qu'ils sont fortement concentrés dans l'axolemme paranodal et les membranes cellulaires de Schwann au niveau du nœud. La fonction exacte des canaux potassiques n'a pas tout à fait été révélée, mais on sait qu'ils peuvent contribuer à la repolarisation rapide des potentiels d'action ou jouer un rôle vital dans le tamponnage des ions potassium au niveau des nœuds. Cette distribution hautement asymétrique des canaux sodiques et potassiques voltage-dépendants contraste de manière frappante avec leur distribution diffuse dans les fibres non myélinisées.

Le réseau filamenteux sous-jacent à la membrane nodale contient des protéines du cytosquelette appelées spectrine et ankyrine . La haute densité d' ankyrine au niveau des nœuds peut être fonctionnellement significative car plusieurs des protéines qui sont peuplées au niveau des nœuds partagent la capacité de se lier à l' ankyrine avec une affinité extrêmement élevée. Toutes ces protéines, y compris l' ankyrine , sont enrichies dans le segment initial des axones, ce qui suggère une relation fonctionnelle. Maintenant, la relation entre ces composants moléculaires et le regroupement des canaux sodiques aux nœuds n'est toujours pas connue. Bien que certaines molécules d'adhésion cellulaire aient été signalées comme étant présentes de manière incohérente au niveau des nœuds ; cependant, une variété d'autres molécules sont connues pour être fortement peuplées au niveau des membranes gliales des régions paranodales où elles contribuent à son organisation et à son intégrité structurelle.

Développement

Myélinisation des fibres nerveuses

Les changements complexes que subit la cellule de Schwann au cours du processus de myélinisation des fibres nerveuses périphériques ont été observés et étudiés par de nombreuses personnes. L'enveloppement initial de l'axone se produit sans interruption sur toute l'étendue de la cellule de Schwann . Ce processus est séquencé par le repliement de la surface cellulaire de Schwann de sorte qu'une double membrane des faces opposées de la surface cellulaire de Schwann repliée soit formée. Cette membrane s'étire et s'enroule en spirale encore et encore au fur et à mesure que le repliement de la surface cellulaire de Schwann se poursuit. En conséquence, l'augmentation de l'épaisseur de l'extension de la gaine de myéline dans son diamètre en section transversale est facilement constatée. Il est également évident que chacun des tours consécutifs de la spirale augmente de taille le long de la longueur de l'axone à mesure que le nombre de tours augmente. Cependant, il n'est pas clair si l'augmentation de la longueur de la gaine de myéline peut être expliquée uniquement par l'augmentation de la longueur de l'axone couvert par chaque tour successif de la spirale, comme expliqué précédemment. A la jonction de deux cellules de Schwann le long d' un axone, les directions de la saillie lamellaire des myéline terminaisons sont de sens opposé. Cette jonction, adjacente aux cellules de Schwann, constitue la région désignée comme le nœud de Ranvier.

Étapes préliminaires

Les chercheurs prouvent que dans le SNC en développement, Nav1.2 est initialement exprimé à tous les nœuds de formation de Ranvier. À maturation, Nav1.3 nodal est régulé à la baisse et remplacé par Nav1.6. Naz1.2 est également exprimé lors de la formation des nœuds du SNP, ce qui suggère que la commutation des sous-types de canaux Nav est un phénomène général dans le SNC et le SNP. Dans cette même enquête, il a été montré que Nav1.6 et Nav1.2 colocalisent à de nombreux nœuds de Ranvier au cours de la myélinisation précoce. Cela a également conduit à la suggestion que les premiers groupes de canaux Nav1.2 et Nav1.6 sont destinés à devenir plus tard des nœuds de Ranvier. La neurofascine serait également l'une des premières protéines à s'accumuler dans les nœuds nouvellement formés de Ranvier. Ils se sont également avérés fournir le site de nucléation pour la fixation de l'ankyrine G, des canaux Nav et d'autres protéines. L'identification récente de la gliomédine, protéine des microvillosités des cellules de Schwann, en tant que partenaire de liaison probable de la neurofascine axonale, apporte des preuves substantielles de l'importance de cette protéine dans le recrutement des canaux Nav vers les nœuds de Ranvier. De plus, Lambert et al. et Eshed et al. indique également que la neurofascine s'accumule avant les canaux Nav et est susceptible de jouer un rôle crucial dans les premiers événements associés à la formation du nœud de Ranvier. Ainsi, plusieurs mécanismes peuvent exister et fonctionner en synergie pour faciliter le regroupement des canaux Nav aux nœuds de Ranvier.

Formation nodale

Le premier événement semble être l'accumulation de molécules d'adhésion cellulaire telles que NF186 ou NrCAM. Les régions intracellulaires de ces molécules d'adhésion cellulaire interagissent avec l'ankyrine G, qui sert d'ancrage pour les canaux sodiques. Dans le même temps, l'extension périaxonale de la cellule gliale s'enroule autour de l'axone, donnant naissance aux régions paranodales. Ce mouvement le long de l'axone contribue de manière significative à la formation globale des nœuds de Ranvier en permettant aux héminodes formés aux bords des cellules gliales voisines de fusionner en nœuds complets. Des jonctions de type septate se forment au niveau des paranodes avec l'enrichissement de NF155 dans les boucles paranodales gliales. Immédiatement après la différenciation précoce des régions nodales et paranodales, les canaux potassiques, Caspr2 et TAG1 s'accumulent dans les régions juxta-paranodales. Cette accumulation coïncide directement avec la formation de myéline compacte . Dans les régions nodales matures, les interactions avec les protéines intracellulaires semblent vitales pour la stabilité de toutes les régions nodales. Dans le SNC, les oligodendrocytes ne possèdent pas de microvillosités, mais semblent capables d'initier le regroupement de certaines protéines axonales par l'intermédiaire de facteurs sécrétés. Les effets combinés de ces facteurs avec les mouvements ultérieurs générés par l'enveloppement de l' extension périaxonale des oligodendrocytes pourraient expliquer l'organisation des nœuds du SNC de Ranvier.

Fonction

Potentiel d'action

Un potentiel d'action est un pic de décharge ionique positive et négative qui se déplace le long de la membrane d'une cellule. La création et la conduction de potentiels d'action représentent un moyen de communication fondamental dans le système nerveux. Les potentiels d'action représentent des inversions rapides de tension à travers la membrane plasmique des axones. Ces inversions rapides sont médiées par des canaux ioniques voltage-dépendants trouvés dans la membrane plasmique . Le potentiel d'action se déplace d'un endroit de la cellule à un autre, mais le flux d'ions à travers la membrane ne se produit qu'aux nœuds de Ranvier. En conséquence, le signal de potentiel d'action saute le long de l'axone, de nœud en nœud, plutôt que de se propager en douceur, comme c'est le cas dans les axones dépourvus de gaine de myéline. Le regroupement de canaux ioniques sodium et potassium voltage-dépendants aux nœuds permet ce comportement.

Conduction saltatoire

Puisqu'un axone peut être non myélinisé ou myélinisé, le potentiel d'action a deux méthodes pour se déplacer le long de l'axone. Ces méthodes sont appelées conduction continue pour les axones non myélinisés et conduction saltatoire pour les axones myélinisés. La conduction saltatoire est définie comme un potentiel d'action se déplaçant en sauts discrets le long d'un axone myélinisé.

Ce processus est décrit comme la charge se propageant passivement au nœud suivant de Ranvier pour le dépolariser jusqu'au seuil qui déclenchera alors un potentiel d'action dans cette région qui se propagera ensuite passivement au nœud suivant et ainsi de suite.

La conduction saltatoire offre un avantage par rapport à la conduction qui se produit le long d'un axone sans gaines de myéline. C'est que la vitesse accrue offerte par ce mode de conduction assure une interaction plus rapide entre les neurones. D'autre part, selon le taux de décharge moyen du neurone, les calculs montrent que le coût énergétique du maintien du potentiel de repos des oligodendrocytes peut l'emporter sur les économies d'énergie des potentiels d'action. Ainsi, la myélinisation axonale n'économise pas nécessairement de l'énergie.

Règlement de formation

Régulation de la paranode via l'accumulation de mitochondries

Les mitochondries et autres organites membraneuses sont normalement enrichies dans la région PNP des axones myélinisés périphériques, en particulier les axones de gros calibre. Le rôle physiologique réel de cette accumulation et les facteurs qui la régulent ne sont pas compris ; cependant, on sait que les mitochondries sont généralement présentes dans les zones de la cellule qui expriment une forte demande énergétique. Dans ces mêmes régions, ils sont également connus pour contenir des cônes de croissance, des terminaisons synaptiques et des sites d'initiation et de régénération du potentiel d'action, tels que les nœuds de Ranvier. Dans les terminaisons synaptiques, les mitochondries produisent l'ATP nécessaire à la mobilisation des vésicules pour la neurotransmission. Dans les nœuds de Ranvier, les mitochondries jouent un rôle important dans la conduction des impulsions en produisant l'ATP qui est essentiel pour maintenir l'activité des pompes à ions énergivores. À l'appui de ce fait, environ cinq fois plus de mitochondries sont présentes dans l'axoplasme PNP des grands axones périphériques que dans les régions internodales correspondantes de ces fibres.

Régulation nodale

Via αII-Spectrine

La conduction saltatoire dans les axones myélinisés nécessite une organisation des nœuds de Ranvier, alors que les canaux sodiques voltage-dépendants sont très peuplés. Des études montrent que la αII-Spectrine, un composant du cytosquelette, s'enrichit au niveau des ganglions et des paranodes aux stades précoces et à mesure que les ganglions mûrissent, l'expression de cette molécule disparaît. Il est également prouvé que la αII-Spectrine dans le cytosquelette axonal est absolument vitale pour stabiliser les amas de canaux sodiques et organiser le nœud mature de Ranvier.

Régulation possible via la molécule de reconnaissance OMgp

Il a été démontré précédemment que l'OMgp (oligodendrocytes myéline glycoprotéine) se regroupe au niveau des nœuds de Ranvier et peut réguler l'architecture paranodale, la longueur des nœuds et la germination axonale au niveau des nœuds. Cependant, une étude de suivi a montré que l'anticorps utilisé précédemment pour identifier l'OMgp au niveau des nœuds réagit avec un autre composant enrichi en nœuds versican V2 et que l'OMgp n'est pas requis pour l'intégrité des nœuds et des paranodes, ce qui s'oppose à la localisation précédemment signalée et aux fonctions proposées. d'OMgp aux nœuds.

Signification clinique

Les protéines de ces domaines excitables du neurone, lorsqu'elles sont lésées, peuvent entraîner des troubles cognitifs et diverses affections neuropathiques.

Histoire

Louis-Antoine Ranvier (1835-1922)

La gaine de myéline des nerfs longs a été découverte et nommée par l' anatomiste pathologiste allemand Rudolf Virchow en 1854. Le pathologiste et anatomiste français Louis-Antoine Ranvier a découvert plus tard les nœuds, ou lacunes, dans la gaine de myéline qui portent maintenant son nom. Né à Lyon , Ranvier est l'un des histologues les plus en vue de la fin du XIXe siècle. Ranvier abandonne les études de pathologie en 1867 et devient assistant du physiologiste Claude Bernard . Il a été président d'Anatomie générale au Collège de France en 1875.

Ses techniques histologiques raffinées et son travail sur les fibres nerveuses blessées et normales sont devenus de renommée mondiale. Ses observations sur les nœuds fibreux et la dégénérescence et la régénération des fibres coupées ont eu une grande influence sur la neurologie parisienne à la Salpêtrière . Peu de temps après, il découvrit des lacunes dans les gaines des fibres nerveuses, qui furent plus tard appelées les nœuds de Ranvier. Cette découverte conduisit plus tard Ranvier à un examen histologique minutieux des gaines de myéline et des cellules de Schwann.

Images supplémentaires

Voir également

Les références

Liens externes