Membranes axonales et leurs domaines: assemblage et fonction du segment initial de l'axone et du noeud de Ranvier

Aperçu: G.M.

Les neurones sont des cellules hautement spécialisées du système nerveux qui reçoivent, traitent et transmettent des signaux électriques critiques pour une fonction cérébrale normale.

Les chercheurs ont examiné  l'organisation complexe des domaines de la membrane axonale qui facilitent la conduction du potentiel d'action rapide sous-jacent à la communication entre les circuits neuronaux complexes. Deux domaines excitables critiques des axones des vertébrés sont le segment initial de l'axone (AIS) et les nœuds de Ranvier, qui se caractérisent par des concentrations élevées de canaux ioniques à effet de tension, des molécules d'adhésion cellulaire et des réseaux cytosquelettiques spécialisés.

Bien que l'AIS et les nœuds de Ranvier partagent une composition de protéines similaire, leurs mécanismes d'assemblage diffèrent considérablement. Ici, les chercheurs couvriront les mécanismes de formation et de maintenance de ces domaines axiaux de membranes excitables, soulignant spécifiquement les similitudes et les différences entre eux.  Ils discuteront également des progrès récents dans l'imagerie par fluorescence de super résolution qui ont élucidé l'agencement du cytosquelette axonal sous-embryonnaire révélant une organisation structurelle surprenante nécessaire pour maintenir l'organisation et la fonction axonales. Enfin, les mutations humaines dans les composantes du domaine axonal ont été associées à un nombre croissant de troubles neurologiques comprenant le dysfonctionnement cognitif sévère, l'épilepsie, l'autisme, les maladies neurodégénératives et les troubles psychiatriques. Dans l'ensemble, cette revue met en évidence l'assemblage, la maintenance et la fonction des domaines axiales excitables, en particulier l'AIS et les noeuds de Ranvier, et la façon dont les anomalies de ces processus peuvent contribuer à la maladie. 

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Front Cell Neurosci. 2017 May 9;11:136. doi: 10.3389/fncel.2017.00136. eCollection 2017.

Axonal Membranes and Their Domains: Assembly and Function of the Axon Initial Segment and Node of Ranvier

Nelson AD¹, Jenkins PM^1,2.

Author information

1

Department of Pharmacology, University of Michigan Medical SchoolAnn Arbor, MI, USA.

2

Department of Psychiatry, University of Michigan Medical SchoolAnn Arbor, MI, USA.

Abstract

Neurons are highly specialized cells of the nervous system that receive, process and transmit electrical signals critical for normal brain function. Here, we review the intricate organization of axonal membrane domains that facilitate rapid action potential conduction underlying communication between complex neuronal circuits. Two critical excitable domains of vertebrate axons are the axon initial segment (AIS) and the nodes of Ranvier, which are characterized by the high concentrations of voltage-gated ion channels, cell adhesion molecules and specialized cytoskeletal networks. The AIS is located at the proximal region of the axon and serves as the site of action potential initiation, while nodes of Ranvier, gaps between adjacent myelin sheaths, allow rapid propagation of the action potential through saltatory conduction. The AIS and nodes of Ranvier are assembled by ankyrins, spectrins and their associated binding partners through the clustering of membrane proteins and connection to the underlying cytoskeleton network. Although the AIS and nodes of Ranvier share similar protein composition, their mechanisms of assembly are strikingly different. Here we will cover the mechanisms of formation and maintenance of these axonal excitable membrane domains, specifically highlighting the similarities and differences between them. We will also discuss recent advances in super resolution fluorescence imaging which have elucidated the arrangement of the submembranous axonal cytoskeleton revealing a surprising structural organization necessary to maintain axonal organization and function. Finally, human mutations in axonal domain components have been associated with a growing number of neurological disorders including severe cognitive dysfunction, epilepsy, autism, neurodegenerative diseases and psychiatric disorders. Overall, this review highlights the assembly, maintenance and function of axonal excitable domains, particularly the AIS and nodes of Ranvier, and how abnormalities in these processes may contribute to disease.

PMID: 28536506

PMCID: PMC5422562

DOI: 10.3389/fncel.2017.00136

Evidence for dysregulation of axonal growth and guidance in the etiology of ASD

Traduction: G.M.

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Front Hum Neurosci. 2013 Oct 22;7:671.

Preuve de dérégulation de la croissance axonale et de l'orientation dans l'étiologie des TSA

McFadden K, Minshew NJ.

Source

Department of Neurobiology, University of Pittsburgh Pittsburgh, PA, USA.

Abstract

Les théories actuelles concernant la cause des troubles du spectre autistique (TSA ) ont convergé sur le concept de développement anormal de la connectivité cérébrale.  

Ce concept est soutenu par l'accumulation de preuves provenant de l'imagerie fonctionnelle , l'imagerie du tenseur de diffusion et les études de suivi avec des fibres haute définition qui suggèrent que des microstructures modifiées dans les voies axonales reliant les zones corticales peuvent sous-tendent la plupart des manifestations cognitives des TSA .

 
Additionally, large-scale genomic studies implicate numerous gene candidates known or suspected to mediate neuritic outgrowth and axonal guidance in fetal and perinatal life. Neuropathological observations in postmortem ASD brain samples further support this model and include subtle disturbances of cortical lamination and subcortical axonal morphology. Of note is the relatively common finding of poor differentiation of the gray-white junction associated with an excess superficial white matter or "interstitial" neurons (INs). INs are thought to be remnants of the fetal subplate, a transient structure which plays a key role in the guidance and morphogenesis of thalamocortical and cortico-cortical connections and the organization of cortical columnar architecture. 

Sans méconnaître l'importance du dysfonctionnement synaptique dans l'étiologie des TSA , ce document examinera brièvement les anomalies corticales et des preuves génétiques qui soutiennent un modèle de dérèglement de la croissance axonale et de l'orientation en tant que processus de développement clés qui sous-tendent les manifestations cliniques des TSA.

PMID: 24155705