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Diversité des récepteurs des muscles lisses du jabot-gésier du ver de terre
  • Introduction
  • Matériel et méthodes
  • GABA
  • Sérotonine
  • Adrénaline
  • Conclusion

    • Introduction
    L'ensemble jabot-gésier du ver de terre isolé in vitro répond par des modifications de la fréquence et des caractéristiques de ses contractions (amplitude, tonus basal, tension maximale) lorsqu'il est soumis à l'action de diverses substances chimiques. Il constitue ainsi un modèle intéressant pour tester l'action de substances pharmacodynamiques dans le but d'identifier des neuromédiateurs putatifs et leurs récepteurs. 

    Outre l'acétylcholine, considérée comme un des principaux neurotransmetteurs agissant in vivo sur le jabot-gésier, une grande variété de substances chimiques caractérisées comme neuromédiateurs chez les annélides oligochètes modulent l'activité du jabot-gésier in vivo. Il s'agit, d'une part, de petites molécules (acétylcholine, catécholamines, GABA, glutamate, sérotonine) déjà connues comme neurotransmetteurs classiques et, d'autre part, de divers peptides dont certains présentent des homologies de séquences avec des peptides déjà connus, chez les invertébérés ou chez les vertébrés, révélant ainsi leur parenté évolutive. 
    Plusieurs de ces substances ont en outre été localisées par immunocytochimie dans les neurones de ver de terre, plus particulièrement dans ceux qui innervent le tube digestif, confirmant qu'ils pourraient agir comme neuromédiateurs à ce niveau. 

    Les expériences présentées ici ont pour but de tester l'action de différentes substances sur l'ensemble jabot-gésier du ver de terre isolé d'une façon similaire à ce qui est présenté sur ce site concernant l'action de l'acétylcholine
    La diversité des substances capables de modifier l'activité de l'ensemble jabot-gésier de façon réversible et dose-dépendante suggère la présence d'une grande diversité de récepteurs différents.

    • Matériel et méthodes
    Le matériel biologique, sa préparation, le dispositif utilisé pour les enregistrement et la composition du liquide physiologique sont présentés à la page "Action de substances pharmacodynamiques sur les muscles lisses du  tube digestif du ver de terre". 
    On se référera également à la page "Caractérisation pharmacologique des récepteurs cholinergiques du tube digestif du ver de terre" pour ce qui concerne une méthode d'identification de récepteurs.

    Pour tester l'action des substances choisies, les contractions spontanées de l'ensemble jabot gésier sont enregistrées sans traitement particulier pendant une durée déterminée, généralement une minute, puis la substance à tester est injectée rapidement avec une seringue dans le liquide physiologique contenant l'ensemble jabot-gésier isolé de façon à obtenir un mélange rapide. L'enregistrement est poursuivi ensuite pendant une durée variable selon les substances administrées.

    Les différentes substances chimiques utilisées dans les expériences ont été dissoutes dans du liquide physiologique et diluées en fonction des besoins. Il s'agit de l'acide gamma-aminobutyrique (GABA), de la 5-hydroxytryptamine (sérotonine : 5-HT) et de l'adrénaline. Des représentations tridimensionnelles interactives de ces molécules sont également présentées pour illustrer leur structure moléculaire. Pour pouvoir les afficher sur votre ordinateur, il est indispensable de télécharger et installer l'application CHIME disponible sur le site BIO-GEO de l'INRP. Pour cela, cliquer sur le lien suivant : télécharger CHIME.

    Noter que les concentrations indiquées sont exprimées en concentration molaire dans la cuve de survie qui contient 30 mL de liquide physiologique.
     

    • GABA
        •  
    L'acide gamma-aminobutyrique (GABA) est un neurotransmetteur très répandu chez les vertébrés comme chez les invertébrés. C'est un acide aminé mais, contrairement aux acides aminés protéinogènes qui portent la fonction amine en position alpha, c'est un acide gamma aminé. 
    Chez les mammifères où il est présent essentiellement dans le système nerveux central, il constitue le principal neurotransmetteur inhibiteur. Il est présent dans environ un tiers des neurones du cerveau où l'on a identifié plusieurs types et sous types de ses récepteurs. 
    Chez les invertébrés, le GABA intervient comme neurotransmetteur inhibiteur ou excitateur selon les tissus et les espèces, soulignant ainsi le fait que la fonction d'un neuromédiateur dépend uniquement de ses récepteurs. Ainsi, le GABA est inhibiteur à la jonction neuromusculaire chez le ver de terre et certains crustacés et au niveau des récepteurs d'étirement de ces derniers alors qu'il stimule l'activité des muscles lisses du jabot-gésier de ver de terre. 

    Modèle tridimensionnel du GABA
    Pour modifier l'affichage de la molécule avec la souris :
    clic gauche : rotation ; clic droit : menu

    Les tracés ci-dessous montrent que la stimulation de l'activité des muscles lisses du jabot-gésier de ver de terre par le GABA est dose-dépendante. Toutefois, la concentration seuil efficace est près de 1 000 fois plus élevée que celle de l'acétylcholine (de l'ordre de quelques dizaines de  µmol.L-1 contre quelques dizaines de nmol.L-1  respectivement).
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    Action de concentrations croissantes de GABA sur les contractions spontanées du jabot-gésier
    Pour montrer que le GABA n'exerce pas ses effets par l'intermédiaire des récepteurs de l'acétylcholine, la préparation jabot-gésier a été traitée par l'atropine après avoir reçu une dose efficace de GABA. Alors que la concentration d'atropine utilisée a été choisie parce qu'elle abolit la réponse à une concentration élevée d'acétylcholine (500 nm.L-1), elle est sans effet sur la réponse au GABA. 
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    Contractions du jabot-gésier traité par le GABA puis par l'atropine
    • Sérotonine
    La sérotonine ou 5-hydroxytryptamine (5-HT) est connue depuis le milieu du dix-neuvième siècle comme un composant du sérum sanguin qui augmente la pression artérielle, effet auquel elle doit son nom. Elle exerce en effet chez les vertébrés une puissante action vasoconstrictrice car elle stimule la contraction des muscles lisses des artérioles. Elle n'a cependant été reconnue comme neuromédiateur qu'au milieu du vingtième siècle.
    Chez les vertébrés, seulement 1 à 2 % de la sérotonine totale de l'organisme se trouve dans le système nerveux central où elle est localisée essentiellement dans des neurones provenant de la région du raphé médian de la protubérance annulaire et du tronc cérébral. Il s'agit de neurones qui se projettent largement vers d'autres régions du système nerveux central comme le télencéphale, le diencéphale et la moelle épinière. On trouve aussi la sérotonine dans la muqueuse intestinale, en particulier dans les cellules entérochromaffines et dans diverses cellules, mastocytes et plaquettes notamment.

    Modèle tridimensionnel de la sérotonine
    Pour modifier l'affichage de la molécule avec la souris :
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    La sérotonine est également un neuromédiateur chez les invertébrés où elle a été identifiée chez divers annélides, mollusques et crustacés, dans le système nerveux central comme dans le système nerveux périphérique. Elle y exerce des actions différentes selon les espèces et selon les organes.
    Il existe une large variété de récepteurs sérotoninergiques. Simplement chez les vertébrés, sept classes différentes de récepteurs comportant divers sous types ont déjà été décrits.
    L'action de la sérotonine sur le jabot gésier du ver de terre est dose dépendante comme le montrent les tracés ci-dessous. Des concentrations micromolaires produisent une augmentation immédiate de la tension maximale développée par le muscle puis un arrêt des contractions spontanées accompagné d'une diminution progressive du tonus basal. Les contractions rythmiques reprennent ensuite progressivement au bout de quelques minutes.
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    Action de concentrations croissantes de sérotonine sur les contractions du jabot-gésier
    • Adrénaline
    L’adrénaline fait partie des catécholamines, groupe d’amines dérivées de l’acide aminé tyrosine, caractérisées par la présence du noyau dihydroxybenzène, appelé aussi noyau catéchol. Elle se forme par méthylation de la noradrénaline sous l'action de l’enzyme phényléthanolamine-N-méthyl transférase.
    Chez les vertébrés, l’adrénaline est à la fois un neurotransmetteur présent dans de nombreux neurones du système nerveux central et du système nerveux végétatif et une hormone sécrétée par les glandes médullosurrénales, notamment en cas de stress. Elle participe alors à la mise en place d’une réaction d’alarme par ses actions cardioaccélératrice, bronchodilatatrice, vasodilatatrice musculaire et hyperglycémiante.
    Les catécholamines, en particulier l’adrénaline, sont également présentes dans le système nerveux de divers invertébrés, notamment les annélides, les mollusques et les insectes.

    Modèle tridimensionnel de l'adrénaline
    Pour modifier l'affichage de la molécule avec la souris :
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    L'adrénaline, dont on sait qu'elle agit sur les muscles lisses de vertébrés, a également une action sur les muscles lisses du jabot-gésier du ver de terre. Comme le montrent les tracés ci-contre, elle provoque une accélération de la fréquence des contractions et une augmentation de leur amplitude, un effet inverse de celui observé dans le tube digestif des vertébrés. Contrairement aux autres substances qui stimulent le jabot-gésier, elle ne modifie pas son tonus basal.
    Toutefois, l'adrénaline agit sur la motricité du jabot-gésier à des concentrations micromolaires alors que l'acétylcholine, par exemple, agit à des concentrations nanomolaires. En outre, son effet est bref et peu marqué. La dopamine, autre catécholamine, exerce une action similaire sur le jabot-gésier dont elle accélère la fréquence de contractions à des concentrations micromolaires.

    Addition d'adrénaline à t = 120 s
    • Conclusion
    La diversité des neuromédiateurs capables de modifier les caractéristiques des contractions spontanées du jabot-gésier suggère que cet organe possède une grande variété de récepteurs différents. En effet, outre les neuromédiateurs putatifs dont les effets sont présentés ci-dessus et dans les autres pages de ce site (acétylcholine, acides aminés, amines biogènes, catécholamines) qui représentent les principales familles de neuromédiateurs, d'autres substances reconnues comme neurotransmetteurs classiques chez les vertébrés ou chez les  invertébrés comme la noradrénaline et le glutamate ainsi que de nombreux neuropeptides (FRMFamide, octopamine, annetocine) ont également une action sur ce modèle. De plus, plusieurs de ces substances ont été identifiées dans le système nerveux du ver de terre, notamment dans les neurones qui innervent le tube digestif.
    Ces subtances chimiques de nature différente sont susceptibles de modifier le rythme et les caractéristiques des contractions spontanées, vraisemblablement en interférant avec des mécanismes variés comme la génération des contractions spontanées, les récepteurs de neurotransmetteurs, les mécanismes d'inactivation, etc. 
    Ces caractéristiques font du jabot-gésier du ver de terre un modèle pédagogique de choix utilisable pour des études pratiques dans divers domaines de la physiologie,  notamment le fonctionnement des muscles lisses et les mécanismes de la neurotransmission.

    Ces résultats permettent en outre de souligner que le même messager chimique peut exercer des activités différentes sur des organes différents au sein d'une même espèce comme sur des organes comparables d'espèces différentes soulignant ainsi le fait que l'action d'une substance pharmacodynamique sur les cellules cibles dépend essentiellement de son récepteur.

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