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L'étude montre comment les nerfs mammifères myelinated propagent des impulsions nerveuses aux hautes fréquences

L'université de l'Alabama aux chercheurs de Birmingham, pour la première fois jamais, ont réalisé des études du patch-clamp d'une pièce évasive de nerfs myelinated mammifères appelés les noeuds de Ranvier.

Aux noeuds, ils ont trouvé les glissières inattendues de potassium qui donnent au nerf myelinated la capacité de propager des impulsions nerveuses très aux hautes fréquences et avec des vitesses élevées de conduction le long du nerf.

Les deux qualités sont nécessaires pour la conduction rapide des sensations et du contrôle de muscle rapide dans les mammifères -- clavettes à la survie d'un animal dans un monde de prédateur-proie.

Découvert par le scientifique français Louis-Antoine Ranvier en 1878, ces noeuds minuscules ont été connus depuis 1939 pour agir comme des stations de relais mises environ 1 mm à part le long du nerf myelinated de conduire des impulsions nerveuses mammifères aux régimes de 50 à 200 mètres par seconde. Entre chaque noeud nu, le nerf est enveloppé avec les étuis isolants de la myéline.

Quand les incendies de nerf, l'impulsion électrique saute à cloche-pied d'un noeud au prochain, déménageant 100 fois plus rapidement que l'impulsion nerveuse d'un nerf amyélinique.

Les neurologistes ont longtemps su que le desserrage et la prise des ions à la membrane de cellule nerveuse est le mécanisme des impulsions nerveuses électriques. Mais si des canaux ioniques de potassium étaient présents dans les noeuds de Ranvier -- et si oui, quel type -- a été une question de discussion pendant des décennies parce que personne n'avait pu appliquer avec succès les patch-clamp aux 1 à 2 noeuds de la taille du micron des nerfs intacts dans les mammifères.

Dans une étude publiée dans le neurone de tourillon de pression de cellules, Jianguo GU, Ph.D., son boursier post-doctoral Hirosato Kanda, Ph.D., et d'autres collègues à UAB enregistrent que deux canaux ioniques TREK-1 appelé et TRAAK agissent en tant que principales glissières de potassium dans les noeuds de Ranvier d'un nerf myelinated de rat.

D'une manière primordiale, ils ont prouvé que ces deux glissières aux noeuds de Ranvier ont été exigées pour saltatory ultra-rapide et à haute fréquence, ou « sautant à cloche-pied, » conduction le long des nerfs afférents myelinated. La précipitation de la vitesse réduite de conduction nerveuse de glissières par 50 pour cent, et les expériences comportementales ont montré cette précipitation dans la réaction opposée d'un rat réduit de nerf à une chiquenaude de son favori.

Dans les expériences classiques que cela a menées à un prix Nobel en 1963 pour le mécanisme d'impulsion nerveuse, nerfs a utilisé une glissière tension-déclenchée de potassium (la signification d'un changement de tension lui effectue l'incendie) pour relâcher des ions de potassium d'un nerf amyélinique de géant de calmar. GU et ses collègues au commencement attendus trouver de telles glissières aux noeuds de Ranvier.

Cependant, leurs expériences plus tôt ont confondu cette attente -- tellement de sorte qu'elles aient relâché l'étude pendant une année. Quand elles ont ajouté les inhibiteurs connus des glissières tension-déclenchées de potassium, elles n'ont vu aucune diminution significative dans les pointes électriques au noeud de Ranvier. Que la conclusion a contesté le dogme, et lui a signifié que quelque autre glissière ou glissières non identifiée de potassium au lieu servaient de chevaux de labour à chaque noeud.

Les candidats possibles ont inclus trois membres d'une famille de 15 protéines connues sous le nom de les glissières de potassium de « fuite », qui sont constitutivement ouvertes plutôt que tension-déclenchées et ont été connues pour avoir la grande conductibilité, indique GU, Edouard A. Ernst, M.D., professeur doté et directeur pour la recherche de douleur dans le service d'UAB de la Division d'anesthésiologie et de médicament Perioperative de la biomédecine moléculaire et de translation. Le laboratoire de GU a constaté que deux d'entre eux, TREK-1 et TRAAK, sont les glissières actives dans les noeuds de Ranvier.

Leurs tests pour montrer le ce compris la technique d'enregistrement de pression-correction-bride que les chercheurs se sont développés pour les noeuds, avec les approches d'immunohistochimique, génétiques et pharmacologiques.

En outre, l'équipe d'UAB a constaté que TREK-1 et TRAAK -- ce qui sont les glissières thermosensibles et mechanosensitive de potassium de deux-pore-domaine -- sont hautement groupés aux noeuds du nerf d'Un-bêta de trigéminal de rat, avec une densité de courant qui est le fois 3.000 plus haut que cela du corps cellulaire.

Coulez les glissières de potassium et les glissières tension-déclenchées de potassium agissent de repolarize la membrane de nerf après une impulsion nerveuse, connue sous le nom de potentiel d'action. TREK-1 et TRAAK dans les noeuds de Ranvier ont agi très différemment des glissières tension-déclenchées de potassium qui sont trouvées au corps cellulaire, ou du soma, du nerf de rat.

Pendant une stimulation du soma à 50 fois par seconde, les potentiels d'action qui emploient les glissières tension-déclenchées de potassium ont type défailli. Mais GU et collègues ont constaté que les potentiels d'action aux noeuds de Ranvier avec les glissières de « fuite » ont montré à aucun échecs significatifs aux fréquences de stimulation jusqu'à 200 fois par seconde.

En d'autres termes, les deux glissières de potassium de fuite ont permis la repolarisation très rapide aux noeuds de Ranvier, et la conductibilité à haute fréquence ainsi que rapide des nerfs myelinated de rat. Intéressant, les glissières de potassium du deux-pore-domaine de TREK-1 et de TRAAK ont semblé former des hétérodimères dans les noeuds de Ranvier.

GU dit que ces découvertes principales neuves ont des implications dans les maladies neurologiques ou des conditions où les dysfonctionnements nodaux affectent la conduction de potentiel d'action. Ceux-ci comprennent le syndrome du canal carpien, le syndrome de Guillain-Barré, la sclérose en plaques, les lésions de la moelle épinière et la sclérose latérale amyotrophique.

Source:
Journal reference:

Kanda, H. et al. (2019) TREK-1 and TRAAK Are Principal K+ Channels at the Nodes of Ranvier for Rapid Action Potential Conduction on Mammalian Myelinated Afferent Nerves. Neuron. doi.org/10.1016/j.neuron.2019.08.042.