mercredi 17 août 2016

Le Neurotransmetteur Glutamate et l'Acide Glutamique





Pour communiquer entre eux, les neurones utilisent des substances chimiques appelées neurotransmetteurs. Parmi les neurotransmetteurs classiques, on peut citer la dopamine, la sérotonine, l'acétylcholine et le glutamate.

Neurotransmetteurs


Les neurotransmetteurs sont des messagers chimiques libérés par les neurones; un neurone et sa terminaison synaptique sont identifiés par le neurotransmetteur qu’ils produisent et libèrent: par exemple, un neurone cholinergique est un neurone qui libère le neurotransmetteur acétylcholine à hauteur de ses synapses.

La quasi-totalité des neurotransmetteurs excitateurs stimulent les neurones lorsqu’ils sont libérés par les synapses. Ils exercent diverses fonctions dans le cerveau lorsqu’ils sont libérés.

Une altération de la fonction des neurotransmetteurs provoque des troubles  cognitifs, psychologiques et comportementaux  suivant le neurotransmetteur impliqué.

Un neurotransmetteur est excitateur lorsqu'il augmente la communication entre les neurones, et inhibiteur lorsqu'il diminue la communication, ou met sous silence un neurone.

Les neurotransmetteurs sont synthétisés par les neurones dans la terminaison nerveuse et/ou le corps cellulaire. Dans ce dernier cas, le neurotransmetteur migre librement ou est transporté grâce aux vésicules jusqu’à la terminaison synaptique.

Cette synthèse se fait à partir d’autres molécules  – dites précurseurs  appelées substrats et met en jeu des enzymes de synthèse qui accélèrent ces réactions.

Un neurotransmetteur est synthétisé à partir d’un précurseur sous l’action d’une enzyme de synthèse. Stocké dans la synapse, il va se fixer à un récepteur, être recapturé par la synapse ou être détruit par une enzyme de dégradation.


Glutamate



Il s'agit d'un acide aminé excitateur présent dans plus de la moitié des synapses cérébrales. Presque tous les neurones excitateurs du système nerveux central sont glutamatergiques.

Le glutamate est un neurotransmetteur excitateur majeur associé à l'apprentissage et la mémoire.  Il serait aussi associé à la maladie d'Alzheimer dont les premiers symptômes se font sentir au niveau de la mémoire. Favorise l’apprentissage et la mémorisation des informations à long-terme, la plasticité des synapses du cerveau.



Fonctionnement cérébral du glutamate  Synthèse


La synthèse du glutamate est réalisée dans les terminaisons pré-synaptiques à partir de son précurseur, la glutamine. Celle-ci provient de la recapture du glutamate libéré dans la fente synaptique par les cellules gliales. Le glutamate y est convertit en glutamine, elle-même transportée hors des cellules gliales jusque dans les terminaisons pré-synaptiques.

La libération de glutamate à de fortes concentrations et de manière prolongée dans l'espace intercellulaire, dans les suites de lésions nerveuses (ischémiques par exemple), est hautement toxique pour les neurones. Cette excitotoxicité excessive peut entraîner une mort cellulaire.

Le glutamate est dans toutes les régions du cerveau. Il participe pratiquement dans tous les circuits du système nerveux central, exerçant des fonctions différentes. Les récepteurs différents de cette molécule modulent des fonctions spécifiques dans le métabolisme des neurones. Dans n’importe quel mécanisme de stimulation, le glutamate finit toujours par se répandre dans les synapses, se joignant aux récepteurs de l’extrême d’un autre neurone.

Le glutamate est sécrété par le système nerveux centrale et la moelle épinière mais il est également abondant dans l'encéphale où il constitue le principal neurotransmetteur excitateur. Il est un précurseur du GABA dans les neurones GABAergiques. Quand il est libéré en quantité excessive, il produit une excitotoxicité : les neurones sont stimulés jusqu'à ce qu'ils meurent; cet état est habituellement causé par une ischémie  carence en oxygène, nécessaire pour la recapture du glutamate, généralement due à l'obstruction d'un vaisseau sanguin .

Le GABA (acide gamma-aminobutyrique) est un neurotransmetteur inhibiteur très répandu dans les neurones du cortex. Il contribue au contrôle moteur, à la vision et à plusieurs autres fonctions corticales. Il régule aussi l'anxiété.

Les neurones qui utilisent le GABA et le glutamate comme neurotransmetteurs sont utilisés par plus de 80% des neurones du cerveau et sont respectivement les systèmes d’inhibition et d’excitation du système nerveux central les plus importants.


Le glutamate  une nourriture indispensable au cerveau


Des chercheurs de l’Université de Genève, dans une étude publiée dans la revue Cell Reports en octobre 2015, découvrent comment le glutamate est utilisé par le cerveau pour lui fournir de l’énergie et mettent en lumière des liens inattendus avec le reste du corps.

Contrairement aux autres organes, le cerveau ne peut pas puiser son énergie des lipides, une ressource énergétique pourtant présente en abondance dans le corps. La barrière hémato-encéphalique, qui le protège des agents pathogènes et des toxines circulant dans le sang, limite leur passage. De plus, si la plupart des organes du corps humain ont la possibilité de stocker du glucose en augmentant leur masse, le cerveau, prisonnier des os crâniens, ne peut jouer sur ces variations de volume. Incapable de stocker son alimentation, il dépend en temps réel du sucre fourni par le reste du corps. Cette distribution d’énergie est gérée par le foie.

L’équipe scientifique s’est intéressée au glutamate afin de vérifier si cet acide aminé pouvait constituer une source énergétique pour le cerveau. Pour ce faire, les chercheurs ont analysé le rôle de l’enzyme glutamate déshydrogénase dans l’encéphale. Sous forme mutante, cette enzyme, codée par le gène Glud1, est responsable d’un syndrome d’hyper-insulinémie congénitale, une maladie très sévère affectant à la fois le pancréas, en perturbant la fabrication d’insuline, le foie et le cerveau. Les individus touchés par ce syndrome souffrent d’un retard mental et ont un risque élevé d’épilepsie.

Ils ont supprimé le gène Glud1 dans le cerveau de souris. En l’absence du glutamate déshydrogénase, le cerveau n’était plus capable de transformer le glutamate en énergie, bien que l’acide aminé soit présent dans le cerveau.

Dépourvu de l’énergie fournie par le glutamate cérébral, le cerveau envoie des signaux au foie afin de réquisitionner une part plus importante de glucose et ce, au détriment du reste du corps. C’est pourquoi les souris transgéniques présentaient également un déficit de croissance et une atrophie musculaire. Cela montre bien à quel point le cerveau travaille en flux tendu et que chaque pour cent de ressource énergétique est indispensable à son bon fonctionnement. Si une partie de cette énergie disparaît, le cerveau se sert en premier et tout l’organisme en pâtit. Le foie doit alors refaire du glucose en piochant dans les protéines musculaires, ce qui entraîne une fonte de la musculature.

Les scientifiques suspectent aussi une corrélation entre le gène Glud1 et certaines maladies neurodéveloppementales, en particulier l’épilepsie et la schizophrénie. Ils poursuivent à présent leurs recherches en introduisant dans des souris la même mutation de Glud1 que celle détectée chez des patients épileptiques. Parallèlement, un autre groupe de collaborateurs se penche sur des patients schizophrènes afin d’évaluer la manière dont leur cerveau utilise le glutamate.


Le glutamate joue un rôle dans la mécanique de l'addiction


Des neurobiologistes du laboratoire Neurosciences Paris-Seine CNRS/Inserm et de l'Institut universitaire en santé mentale de l’Université McGill, Montréal, dans une étude publiée dans la revue Molecular Psychiatry en août 2015, ont identifié chez la souris et confirmé chez l'homme, un nouvel acteur régulant l'addiction.

Le glutamate contribue à réguler la libération de dopamine dans le noyau accumbens, l'une des structures cérébrales du système de récompense. Plus précisément, c'est un subtil équilibre avec un autre neurotransmetteur  l'acétylcholine  qui évite l'emballement du système et l'entrée dans l'addiction.

Lors de la prise de drogues, la quantité de dopamine augmente dans les structures du cerveau formant le circuit de la récompense. L'intensité et la rapidité de la décharge de dopamine sont à la base du processus qui va conduire au développement de l'addiction. Les neurones cholinergiques du noyau accumbens sont connus pour réguler cette libération de dopamine.

Les chercheurs ont montré que, bien que  la plupart des neurones ne libèrent qu'un seul neurotransmetteur, ces neurones utilisant l'acétylcholine sont aussi capables d'utiliser le glutamate. Ces neurones sont capables à la fois d'activer  via l'acétylcholine  et d'inhiber  via le glutamate  la sécrétion de dopamine.

Les chercheurs montrent que lorsqu'ils bloquent chez les souris un gène essentiel à cette communication par le glutamate (appelé VGLUT3), les animaux deviennent plus vulnérables à la cocaïne. Ils ressentent davantage les effets stimulants de la drogue, développent plus facilement une addiction  et sont plus susceptibles de rechuter  après une période d'abstinence. Le glutamate provenant de ces neurones à acétylcholine jouerait un rôle régulateur majeur pour limiter l'addiction à la cocaïne.

Les chercheurs ont voulu savoir si ce mécanisme était aussi à l'œuvre chez l'homme. Ils ont recherché, chez des patients poly-toxicomanes, des mutations du gène qui avaient rendu les souris “accros”. Ils ont observé qu'une mutation de ce gène est dix fois plus fréquente dans un groupe de patients toxicomanes sévères par rapport à un groupe d'individus sans symptômes psychiatriques. Cette mutation pourrait expliquer une plus grande vulnérabilité à l'addiction de ces patients.

Ces travaux précisent les mécanismes neuronaux qui sous-tendent la recherche du plaisir ; ils montrent que ce n'est pas l'acétylcholine seule qui régule la libération de dopamine, mais l'équilibre entre acétylcholine et glutamate. La prochaine étape est d'identifier le récepteur impliqué, afin de pouvoir mettre au point des traitements pharmacologiques.


Le neurotransmetteur glutamate pourrait prévenir l’autisme


Des scientifiques de l’Institut de Psychiatrie, de Psychologie et de Neuroscience du King College de Londres, dans une étude publiée dans Cell Reports en février 2015, ont détecté l’importance des neurotransmetteurs comme le glutamate, pour que les neurones se développent et s’interconnectent, facteur clé pour éviter des maladies comme l’autisme et autres troubles.

Les chercheurs ont remarqué que la libération spontanée du neurotransmetteur glutamate entraîne la ramification du neurone et sa connexion avec d’innombrables neurones via des connexions chimiques appelées synapses. Les synapses sont chargées de réglementer le passage des signaux électriques dans le cerveau.

La libération spontanée du glutamate a longtemps été incomprise mais en fait, elle a un rôle important dans la promotion du modèle de ramification complexe de dendrites neuronales  étant définies comme des processus arborescentes que les neurones utilisent pour se connecter avec d'autres neurones.

Ce travail a des implications importantes pour comprendre la façon dont les neurones se développent et se connectent les uns aux autres, ce qui pourrait être pertinent pour le traitement des troubles neurodéveloppementaux qui affectent le développement des synapses, comme l'autisme.

Une meilleure compréhension de la façon dont les neurones dans le cerveau développent peut nous aider à surmonter les troubles, y compris l'autisme et la déficience intellectuelle.


Structure d’un récepteur du glutamate


Selon une étude réalisée par une équipe dirigée par Eric Gouaux de l'Oregon Health and Science University à Portland, publiée dans Nature en 2009, la structure complète d'une protéine du cerveau très complexe et importante a été déterminée, ce qui pourrait permettre le développement de nouveaux traitements pour une multitude de troubles neurologiques.

Les chercheurs ont étudié un récepteur de glutamate de rat connu sous le nom GluA2. Ils ont agrandi un cristal d'un grand nombre de telles protéines, puis exposées à un faisceau de rayons-X. En regardant comment les rayons X sont dispersés à partir du cristal, ils ont été en mesure de produire une image au niveau atomique d'une seule protéine.

Chez l'homme, ces récepteurs fonctionnent comme des relais pour le système nerveux central. Lorsque le neurotransmetteur glutamate se lie au récepteur, un “canal ionique" s’ouvre dans la membrane neuronale, permettant aux ions de circuler à travers la membrane. Cela se traduit par la transmission d'une impulsion électrique sur le nerf.

Structure
Jusqu'à présent, la structure d'un récepteur du glutamate intact n'a jamais été vue. Connaissant sa forme ne sera pas seulement pour  permettre aux scientifiques de mieux comprendre comment cela fonctionne, mais devrait aussi aider ceux qui travaillent à développer des thérapies pour les conditions dans lesquelles quelque chose se passe mal avec le système, comme l'épilepsie et la maladie d'Alzheimer.

Le récepteur de GluA2 est formé comme une lettre majuscule Y, et comporte trois parties principales. Au sommet se trouvent deux dents, ce qui peut permet la modification du récepteur. Dessous, est la zone où le glutamate se fixe, ce qui déclenche l'ouverture du canal ionique. Et au fond est le canal lui-même, en forme, d’un “temple maya“.

Le récepteur comprend quatre sous-unités, qui sont chimiquement identiques, mais qui sont pliées différemment. La forme de ce récepteur peut alors être pris en compte lors de la conception de molécules qui pourraient fonctionner en tant que médicaments se liant à lui.


Fibromyalgie : la douleur associée à un neurotransmetteur du cerveau


Des chercheurs de l'Université du Michigan dans une étude publiée dans le journal Arthritis and Rheumatism en mars 2008, ont identifié un lien entre la douleur des personnes souffrant de fibromyalgie et un neurotransmetteur du cerveau.

La fibromyalgie est un syndrome rhumatismal caractérisé par un état douloureux, musculaire, diffus, évoluant de façon chronique, associé à une fatigue, un dérouillage matinal (“dérouiller” des articulations “enraidies”), des troubles du sommeil.

Quand le glutamate est libéré d'un neurone, il se diffuse dans l'espace entre les cellules et se lie aux récepteurs du premier neurone qu'il rencontre, ce qui excite ce neurone et le rend plus actif.

Des recherches précédentes avaient montré que certaines régions du cerveau (où le glutamate agit) étaient particulièrement actives chez les fibromyalgiques. Une de ces régions est l'insula.

Afin d'évaluer le lien entre douleur et glutamate, les chercheurs ont utilisé une technologie d'imagerie du cerveau avant et après un traitement d'acupuncture de quatre semaines, comparé à un traitement simulé imitant les sensations de l'acuponcture.

Après les quatre semaines de traitement la douleur était significativement diminuée. Et la réduction de douleur était liée aux niveaux de glutamate. Les personnes ayant les plus grandes réductions de douleur présentaient aussi les plus grandes réductions de niveau de glutamate.

Ce qui suggère que le glutamate joue un rôle dans cette maladie et qu'il pourrait potentiellement être utilisé comme bio-marqueur indiquant la sévérité de la maladie, selon les chercheurs. Cette découverte peut aussi indiquer une voie pour la recherche de nouveaux médicaments pour le soulagement de la douleur fibromyalgique.

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Acide glutamique

L'acide glutamique est un acide aminé nommé également "Glutamate" sous forme de sel. C’est l’un des 22 acides aminés qui entrent dans la composition des protéines. Cet acide aminé non essentiel, car produit par le corps, aide à combattre le besoin de sucre ou d'alcool.

La glutamine couvre 60% de l'ensemble des acides aminés présents dans le corps, et est ainsi l'acide aminé le plus représenté dans l'organisme.

En cas de concentration trop élevée en acide glutamique, les neurones risquent d'être endommagés de façon irréversible. L'excès d'acide glutamique peut également provoquer des crises d'épilepsie.

Le besoin en glutamine augmente en fonction des contraintes corporelles et intellectuelles, ainsi qu'en cas de stress. Cependant, on constate fréquemment que la production endogène de cet acide aminé décisif diminue considérablement avec l'âge. Il est donc judicieux de combler cette carence au travers d'un approvisionnement exogène.

Rôle


* L’acide glutamique sert à augmenter le fonctionnement du cerveau et l’activité mentale, contribue à la vivacité d'esprit, la capacité d'attention, la mémoire. Il transporte le potassium au niveau du cerveau.

* L’acide glutamique aide à détoxifier le cerveau et aide à éliminer l’ammoniac, qui est une substance toxique.

* L'acide glutamique est responsable de la libération de l'hormone de croissance. Il prévient le catabolisme musculaire (dégradation des muscles) et réduit les complications péri-opératoires.

* Il permet une meilleure cicatrisation d'un ulcère ou d'une brûlure.

* L'acide glutamique contribue aux fonctions de la prostate.

* Il participe au métabolisme des glucides et des lipides ainsi qu'à l'équilibre acido-basique en diminuant l'acidité dans l'estomac.

* L'acide glutamique favorise la combustion des tissus graisseux.

Manque d'acide glutamique


Un manque peut provoquer :

* Irritabilité (surtout chez les personnes âgées)
* Sautes d'humeur
* Fatigues psychiques


La glutamine régule l'équilibre acido-basique et raffermit la peau


L'alimentation en ces micro-nutriments fondamentaux seconde le renouvellement des cellules du tissu conjonctif, et ralentit le vieillissement de la peau. C'est la raison pour laquelle une alimentation équilibrée est absolument indispensable à une peau saine. Une alimentation unilatérale, pauvre, voire malsaine entrainent l'hyperacidité, l'équilibre acido-basique est déréglé, avec pour conséquence le démantèlement des cellules et des tissus. L'hyper-acidification détruit les cellules et les tissus car la teneur recommandée en acides n’est plus respectée. L'équilibre acido-basique est impérativement nécessaire au maintien d‘un métabolisme intact, le pH exerçant une influence sur chaque hormone et chaque enzyme.

L’acide aminé le plus indispensable à la régulation de la teneur en acide est la glutamine. La glutamine contribue de façon signifiante à une approche saine de l'équilibre acido-basique. Elle libère l‘ammoniac du foie au travers de l'urée (celle-ci est ensuite transportée vers les reins), et des reins (phénomène connu sous le terme de “désamidation”) au travers de l'urine. La toxine qu'est l’ammoniac est évacuée par un proton (acide). Ce processus permet d’une part d'éliminer les acides, et permet d’autre part à l’organisme d'économiser sa dépense en bicarbonate (synthèse de carbamyl-phosphate). Ainsi, le corps est en mesure de réguler sa teneur en protons (donc en acides) au travers de l’élimination des substances nocives.

Un approvisionnement suffisant en glutamine est nécessaire à une peau élastique et ferme. Dans le cas d'une carence en glutamine, le corps va puiser les protéines nécessaires dans la masse musculaire, et les transforme en glutamine et en énergie. Ce processus entraine une perte de protéines musculaires; les myocytes  fibres musculaires  s'amenuisent menant à un relâchement général de la peau. Dans ce contexte, la glutamine est un excellent complément anti-vieillissement.


La glutamine fortifie le système immunitaire et est essentielle à la formation du cheveu


La glutamine délivre le carbone et l'azote, et est ainsi un élément indispensable dans la formation et l'entretien de la musculature. Cet acide aminé est nécessaire à la synthèse nucléotidique, où l'on observe que les cellules à division rapide  parmi lesquelles on compte les cellules du système immunitaire ainsi que les cellules du follicule capillaire  dépendent de cette source d'énergie.


La glutamine contrecarre le dépôt de graisse


Dans les reins, la glutamine peut être convertie en glucose, et ce, sans influer sur les taux de glucagon ni d'insuline. En évitant ce stockage de graisse provoqué généralement par l'insuline, la glutamine fait obstacle au stockage des graisses alimentaires. Cela peut être utile dans la régulation du poids corporel. De nombreux éléments indiquent que la glutamine réduit les envies de sucre et d'alcool.


La glutamine améliore le fonctionnement cérébral


Lors de la synthèse qui consiste à transformer les acides glutamiques en glutamines, le cerveau est protégé contre les effets toxiques de l'ammoniac. En protégeant contre cette cytotoxine, on évite d'une part un handicap des fonctions cérébrales, et d'autre part, on améliore la mémoire à long et à court terme, ainsi que la faculté de concentration. Une partie de la glutamine présente dans le plasma est transformée en acide glutamique dans le cerveau où il servira en premier lieu de “carburant”. Elle a en outre la faculté d’absorber l'excédent d'ammoniac. L’élimination de ce poison cellulaire évite que le fonctionnement cérébral ne soit entravé.

Les patients atteints de fatigue et de troubles cérébraux souffrent souvent d'un manque en acides glutamiques. L'agitation, l'insomnie et le manque de concentration sont connectés à cette carence. La glutamine améliore la production de GABA  l'acide gamma-aminobutyrique . Le GABA est un neurotransmetteur inhibiteur de grande importance, qui inhibe le stimulus entre les cellules nerveuses du cerveau, et fait ainsi office de sédatif naturel. Si suffisamment de glutamine est disponible dans le corps, celui-ci pourra produire du GABA, entrainant les répercussions bénéfiques : paix intérieure, équilibre, même dans les situations de stress, une meilleure concentration, détente, sommeil réparateur.

Sources alimentaires de glutamate


La plupart des gens n'ont pas besoin d'une supplémentation en acide glutamique, car une quantité suffisante de l'acide aminé peut être trouvé dans les aliments riches en protéines. L'acide glutamique se trouve principalement dans les aliments suivants :

* Produits laitiers
* Poisson, coquilles Saint-Jacques
* Viande
* Volaille, œuf
* Persil cru, fèves, tomates, épinard cru
* noix de cajou, amandes, arachides


Glutamate monosodique : additif alimentaire dangereux



L’acide glutamique est responsable du goût umami de la nourriture, de sorte que le sel de l’acide glutamique, appelé glutamate monosodique, est largement utilisé dans l’industrie alimentaire comme additif pour accroitre la saveur des aliments. Il est mieux connu sous le nom Ajinomoto.

Le glutamate monosodique est une excitotoxine, c'est-à-dire une substance chimique qui excite les cellules nerveuses jusqu’à causer leur mort.


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