Métabolisme énergétique neuronal

Thèmes abordés

Métabolisme énergétique neuronal, cerveau, source d'énergie, glucose, neurone-astrocyte, implications cliniques

Résumé du document

Le cerveau représente 2% de la masse corporelle, pourtant il utilise environ 20% de l'énergie totale. Ce dernier nécessite une alimentation en continu en nutriments et en oxygène, puisqu'il stocke peu d'énergie (glycogène dans les astrocytes).

Extraits

[...] À elle seule, elle consomme 45% de l'énergie dans la matière blanche. L'ATP est aussi fortement utilisée dans les mécanismes de neurotransmission, notamment pour le fonctionnement de pompes ATPase, Ca2+ ATPase) à la surface de la membrane plasmique ou de vésicules de neurotransmetteurs, l'endocytose et l'exocytose des vésicules de neurotransmetteurs. Enfin, l'ATP est essentielle à ensemble de mécanismes permettant de maintenir en bon état les neurones (entretien), ces mécanismes sont par exemple le renouvellement des lipides de la membrane plasmique, la synthèse de protéines, le renouvellement de l'actine et tubuline des filaments d'actine et microtubules. [...]

[...] Ce processus ne nécessite pas d'oxygène et est essentiel pour fournir des molécules énergétiques dans des conditions anaérobies ou lors de pics d'activité. Ensuite, le pyruvate est transporté dans les mitochondries, où il est transformé en acétyl-CoA. Cette étape permet au pyruvate de pénétrer dans le cycle de Krebs, un processus qui se déroule dans la matrice mitochondriale. L'acétyl-CoA se combine avec l'oxaloacétate pour former du citrate, qui subit une série de réactions produisant 3 NADH FADH2 et 1 GTP 1 ATP) par tour de cycle, tout en libérant du CO2. [...]

[...] Cette navette est directement liée à l'activité synaptique. Lorsque le glutamate est libéré par le neurone dans la fente synaptique, il est capté par les astrocytes via le transporteur EAAT2, un co-transporteur qui fait entrer simultanément du glutamate et du sodium. L'entrée de sodium dans l'astrocyte nécessite l'activation de la ATPase pour restaurer l'équilibre ionique, ce qui consomme de l'ATP. Pour répondre à ce besoin accru en ATP, la glycolyse astrocytaire est stimulée, augmentant ainsi la production de lactate. Ce lactate supplémentaire est ensuite transmis aux neurones, couplant ainsi l'augmentation de l'activité synaptique à une hausse du soutien énergétique apporté aux neurones. [...]

[...] Cependant, bien que la glycolyse soit moins active que dans les astrocytes, elle reste importante pour répondre aux besoins énergétiques spécifiques des neurones. Ceux-ci expriment des transporteurs de glucose ainsi que les enzymes de la glycolyse, leur permettant de mobiliser rapidement cette voie métabolique en cas de forte demande énergétique, notamment lors d'une activité synaptique intense. De plus, une glycolyse localisée a été mise en évidence, avec certaines enzymes glycolytiques positionnées à des endroits stratégiques, comme au niveau des vésicules synaptiques ou le long de l'axone, afin de produire localement l'ATP nécessaire au fonctionnement des structures spécialisées. [...]

[...] - La transcriptomique à cellule unique (single-cell transcriptomics) permet de cartographier l'expression des gènes liés au métabolisme énergétique à l'échelle de chaque cellule, révélant ainsi les différences de régulation entre les neurones, les astrocytes et les oligodendrocytes. - L'utilisation d'analogues fluorescents permet de suivre en temps réel des molécules clés impliquées dans le métabolisme énergétique, comme le glucose ou l'oxygène, et d'observer comment ces cellules consomment et utilisent l'énergie dans le cerveau. Sources d'énergie du cerveau Le glucose est le substrat énergétique principal des neurones, utilisé pour produire de l'ATP via la glycolyse et le cycle de Krebs. [...]