L'acétylcholine (ACh) est un neurotransmetteur et neuromodulateur essentiel du système nerveux. Elle intervient dans la transmission des signaux entre les neurones, entre les nerfs et les muscles, ainsi que dans la régulation de nombreuses fonctions involontaires de l'organisme.
L'acétylcholine joue notamment un rôle dans la contraction musculaire, la mémoire, l'apprentissage, l'attention, le sommeil, la régulation cardiovasculaire, la respiration, la motilité digestive et plusieurs autres fonctions du système nerveux autonome.
Synthèse et libération
L'acétylcholine est synthétisée dans les neurones cholinergiques à partir de choline et d'acétyl-CoA. Cette réaction est catalysée par l'enzyme choline acétyltransférase.
Une fois synthétisée, l'acétylcholine est stockée dans des vésicules synaptiques. Lorsqu'un potentiel d'action atteint la terminaison nerveuse, l'entrée de calcium dans la cellule entraîne la fusion de ces vésicules avec la membrane et la libération d'acétylcholine dans la fente synaptique.
L'acétylcholine se fixe ensuite sur des récepteurs cholinergiques présents sur la cellule cible.
Récepteurs cholinergiques
Les effets de l'acétylcholine sont principalement médiés par deux grandes familles de récepteurs : les récepteurs nicotiniques et les récepteurs muscariniques.
Récepteurs nicotiniques
Les récepteurs nicotiniques sont des récepteurs ionotropes, c'est-à-dire des canaux ioniques activés par la fixation de l'acétylcholine. Leur activation produit généralement une réponse rapide.
Ils sont notamment présents à la jonction neuromusculaire, où ils permettent la transmission du signal provenant d'un motoneurone vers une fibre musculaire squelettique.
Ils sont également présents dans différents territoires du système nerveux central et du système nerveux autonome.
Récepteurs muscariniques
Les récepteurs muscariniques sont des récepteurs métabotropes couplés aux protéines G. Leur action est généralement plus lente et modulatrice que celle des récepteurs nicotiniques.
Il existe cinq principaux sous-types de récepteurs muscariniques, désignés M1 à M5. Ils participent notamment à la régulation de l'activité cardiaque, des sécrétions glandulaires, de la motilité digestive et de certaines fonctions du système nerveux central.
Rôle dans le système nerveux central
Dans le système nerveux central, l'acétylcholine agit comme neurotransmetteur et neuromodulateur.
Les systèmes cholinergiques du cerveau participent notamment à :
- l'attention ;
- l'apprentissage ;
- la mémoire ;
- l'éveil ;
- certains mécanismes du sommeil ;
- la plasticité synaptique ;
- le traitement de certaines informations sensorielles.
Les principaux neurones cholinergiques du cerveau sont regroupés dans plusieurs régions, notamment le prosencéphale basal et le tronc cérébral. Leurs projections peuvent atteindre de vastes territoires cérébraux.
L'acétylcholine ne fonctionne toutefois pas isolément. Ses effets dépendent de ses interactions avec d'autres neurotransmetteurs et de l'activité des réseaux neuronaux auxquels elle participe.
Transmission neuromusculaire
L'acétylcholine joue un rôle essentiel dans la communication entre les motoneurones et les muscles squelettiques.
Lorsqu'un influx nerveux atteint la terminaison d'un motoneurone, de l'acétylcholine est libérée dans la jonction neuromusculaire. Elle se lie principalement aux récepteurs nicotiniques de la membrane musculaire, provoquant une dépolarisation de celle-ci et déclenchant le processus conduisant à la contraction musculaire.
L'acétylcholine est ensuite rapidement dégradée par l'acétylcholinestérase, ce qui permet de mettre fin au signal.
Rôle dans le système nerveux autonome
L'acétylcholine est un neurotransmetteur majeur du système nerveux autonome.
Toutes les fibres préganglionnaires des systèmes sympathique et parasympathique libèrent de l'acétylcholine au niveau des ganglions autonomes. Elle agit alors principalement sur des récepteurs nicotiniques.
Les fibres postganglionnaires parasympathiques libèrent également de l'acétylcholine au niveau de leurs organes cibles. Celle-ci agit principalement sur des récepteurs muscariniques.
L'acétylcholine intervient ainsi notamment dans :
- la diminution de la fréquence cardiaque ;
- l'augmentation de certaines sécrétions glandulaires ;
- la stimulation de la motilité et des sécrétions digestives ;
- la contraction de certains muscles lisses ;
- la constriction de la pupille ;
- la contraction du muscle détrusor de la vessie.
Une exception importante concerne certaines fibres sympathiques postganglionnaires, notamment celles qui innervent les glandes sudoripares, qui utilisent également l'acétylcholine comme neurotransmetteur.
Dégradation de l'acétylcholine
L'action de l'acétylcholine doit être étroitement contrôlée. Dans les synapses cholinergiques, elle est principalement hydrolysée par l'acétylcholinestérase, produisant de la choline et de l'acétate.
La choline peut ensuite être récupérée par le neurone et réutilisée pour synthétiser de nouvelles molécules d'acétylcholine.
Une autre enzyme, la butyrylcholinestérase, peut également hydrolyser l'acétylcholine et joue un rôle dans le métabolisme de certains médicaments et composés cholinergiques.
Acétylcholine et maladie d'Alzheimer
Les systèmes cholinergiques sont particulièrement étudiés dans la maladie d'Alzheimer. Cette maladie s'accompagne notamment d'une dégénérescence de certains neurones cholinergiques et d'une diminution de la transmission cholinergique dans certaines régions du cerveau.
Cette diminution n'est cependant qu'un élément parmi les nombreux mécanismes impliqués dans la maladie d'Alzheimer. La maladie fait également intervenir notamment l'accumulation de protéines anormales, des altérations synaptiques, des phénomènes neuro-inflammatoires et la neurodégénérescence.
Les inhibiteurs de l'acétylcholinestérase, tels que le donépézil, la rivastigmine et la galantamine, augmentent la disponibilité de l'acétylcholine dans certaines synapses cérébrales. Ils peuvent améliorer ou stabiliser temporairement certains symptômes cognitifs chez certaines personnes atteintes de maladie d'Alzheimer, mais ils ne guérissent pas la maladie et n'empêchent pas sa progression.
Acétylcholine et myasthénie grave
Dans la myasthénie grave, le système immunitaire s'attaque à des protéines essentielles de la jonction neuromusculaire, le plus souvent les récepteurs de l'acétylcholine.
La transmission du signal entre le nerf et le muscle devient alors moins efficace, entraînant une faiblesse musculaire fluctuante.
Les inhibiteurs de l'acétylcholinestérase, notamment la pyridostigmine, peuvent augmenter la quantité d'acétylcholine disponible au niveau de la jonction neuromusculaire et améliorer la transmission nerveuse. Le traitement de la myasthénie grave peut également comprendre des traitements immunomodulateurs selon la situation.
Médicaments agissant sur le système cholinergique
De nombreux médicaments agissent sur les récepteurs cholinergiques ou sur le métabolisme de l'acétylcholine.
Les agonistes cholinergiques reproduisent ou renforcent certains effets de l'acétylcholine. Les antagonistes cholinergiques bloquent au contraire l'action de l'acétylcholine sur certains récepteurs.
Les inhibiteurs de l'acétylcholinestérase empêchent sa dégradation rapide et prolongent ainsi son action.
Ces médicaments peuvent être utilisés dans différentes situations médicales, notamment certaines maladies neurologiques, la myasthénie grave, certains troubles ophtalmologiques et certaines affections affectant le système nerveux autonome.
Toxines et acétylcholine
Certaines substances toxiques peuvent perturber gravement la transmission cholinergique.
Les organophosphorés, par exemple, inhibent l'acétylcholinestérase. L'accumulation d'acétylcholine qui en résulte peut provoquer un syndrome cholinergique, caractérisé notamment par une hypersalivation, une sudation importante, des troubles digestifs, un ralentissement cardiaque, un rétrécissement des pupilles, des difficultés respiratoires et, dans les cas graves, des convulsions et une insuffisance respiratoire.
La toxine botulique, à l'inverse, empêche la libération d'acétylcholine au niveau des terminaisons nerveuses périphériques. Cette propriété est exploitée médicalement à très faibles doses dans différentes indications, notamment certains troubles caractérisés par une activité musculaire excessive.
Importance médicale
L'acétylcholine constitue l'un des principaux neurotransmetteurs de l'organisme. Son rôle s'étend bien au-delà de la simple transmission de l'influx nerveux : elle participe à la modulation de l'activité cérébrale, au contrôle des muscles squelettiques et à la régulation de nombreuses fonctions autonomes.
La compréhension de la neurotransmission cholinergique a permis le développement de nombreux médicaments, mais également l'étude de plusieurs maladies neurologiques et neuromusculaires.
Conclusion
L'acétylcholine est un neurotransmetteur fondamental dont les fonctions sont nombreuses et complexes. Elle intervient dans la transmission neuromusculaire, le fonctionnement du système nerveux autonome et plusieurs processus cérébraux, notamment l'attention, l'apprentissage et la mémoire.
Ses effets sont déterminés par les différents types de récepteurs auxquels elle se lie et par les régions de l'organisme dans lesquelles elle agit. Sa synthèse, sa libération et sa dégradation sont finement régulées. Les anomalies de la transmission cholinergique sont impliquées dans plusieurs maladies, tandis que les médicaments capables de modifier cette transmission constituent des outils importants de la médecine moderne.
Voir aussi
- Neurotransmetteur
- Système nerveux
- Synapse
- Récepteur nicotinique
- Récepteur muscarinique
- Acétylcholinestérase
- Système nerveux autonome
- Jonction neuromusculaire
- Myasthénie grave
- Maladie d'Alzheimer
- Neurotransmission
- Toxine botulique
Sources
- Hasselmo, M. E. (2006). The role of acetylcholine in learning and memory. Current Opinion in Neurobiology, 16(6), 710–715.
- Mesulam, M. M. (2004). The cholinergic lesion of Alzheimer's disease: pivotal factor or side show? Learning & Memory, 11(1), 43–49.
- Picciotto, M. R., Higley, M. J., & Mineur, Y. S. (2012). Acetylcholine as a neuromodulator: cholinergic signaling shapes nervous system function and behavior. Neuron, 76(1), 116–129.
- Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. Neuroscience: Exploring the Brain. Wolters Kluwer.