Les neurotoxines, ennemies du système nerveux

Pour les animaux, les actions toxiques affectant le système nerveux , par inhibition ou blocage causant une paralysie musculaire, sont un moyen très efficace pour immobiliser la proie. En conséquence, les neurotoxines sont parmi les plus importants constituants des venins de serpent. Ceci inclut les toxines qui présentent une haute spécificité pour les membranes nerveuse, notamment les membranes excitables, les récepteurs et les canaux ioniques, auxquels elles se lient, avec une remarquable affinité très spécifique.

Comment les neurotoxines parviennent-elles alors à susciter de telles réactions dans notre système nerveux?

     Les neurotoxines de venin de serpents interviennent au niveau périphérique, mais pas sur le système nerveux central., car ces protéines sont incapables de traverser la barrière hémato-encéphalique. La barrière hémato-encéphalique est une barrière physiologique présente dans le cerveau chez tous les tétrapodes (vertébrés terrestres), entre la circulation sanguine et le système nerveux central (SNC). Elle sert à réguler le milieu (homéostasie) dans le cerveau, en le séparant du sang. a barrière hémato-encéphalique protège le cerveau des agents pathogènes, des toxines et des hormones circulant dans le sang. Elle représente un filtre extrêmement sélectif, à travers lequel les aliments nécessaires au cerveau sont transmis, et les déchets sont éliminés. À très faible dose et avec une haute spécificité, les neurotoxines bloquent la transmission neuromusculaire au niveau des synapses motrices, c'est-à-dire à la jonction neuromusculaire.

En fonction de leur mode d'action, les neurotoxines peuvent être classées par groupes.

1. Les toxines agissant sur la membrane post-synaptique (la membrane cellulaire du muscle opposée à l'extrémité du neurone), se fixent sur un récepteur: le récepteur nicotinique à l'acétylcholine au niveau de la plaque motrice, empêchent son interaction avec le neuromédiateur et bloquent la transmission neuromusculaire.  L'affinité des neurotoxines de venin de serpent pour ce récepteur est grande et partiellement irréversible. C'est grâce à ces toxines que les neurophysiologues ont identifié et caractérisé l'acétylcholine pour la première fois.
   
   
   
   
   
   
   
2. Les toxines agissant sur la membrane présynaptique (la membrane du neurone) de la synapse neuromusculaire. Il existe deux types différents de ces toxines, avec deux modes d'action distincts :
   • Les phospholipases A2 neurotoxiques (protéines multifonctionnelles pouvant être considérées comme toxines): elles interfèrent avec la libération du neuromédiateur acétylcholine au niveau de la plaque motrice.
   • Les toxines bloquent les canaux ioniques : elles provoquent une augmentation de la libération du neuromédiateur.

     Ces polypeptides que potentialisent la libération de médiateurs à partie des synapses périphériques et centrales se trouvent de façon prédominante dans les venins de manba. Appelés dendrotoxines, ils présentent des similitudes structurales remarquables avec les inhibiteurs de proétinases pancréatiques, mais ils n'inhibent ni la trypsine ni la chymotrypsine. En revanche, ils bloquent plusieurs types de canaux potassium, ce qui induit une augmentation de la libération des médiateurs. Dans de nombreux venins, particulièrement dans ceux de cobras, les cyto ou cardiotoxines sont présentes en forte concentration (30 à 40%). Ce sont des polypeptides composés d'une chaine de 60 à 63 acides aminés, stabilisée par 4 ponts disulfure avec les neurotoxines « courtes », mais diffèrent par la position de quelques acides aminés importants pour la toxicité. In vitro, ces toxines hautement basiques induisent une lyse cellulaires , par exemple une hémolyse (lyse des globules rouges), due à leur effet détergent à forte concentration. D'autre part, elles dépolarisent les membranes excitables, même à faible concentration, où elle forment des canaux ou activent des phospholipases A endogènes. En général elles produisent des changements dans la structure membranaire qui restent encore mal compris. Le rôle qu'elles jouent dans l'envenimation n'est pas clair. 

 

De plus, les venins de serpent contiennent de nombreux autres composants, dont le mode d'action précis est partiellement connu : inhibiteurs de cholinestérase et toxines qui bloquent les canaux calcium.

Pour en savoir plus sur les phospholipases A2, rendez-vous sur notre page Le venin d'abeille (zoom sur les phospholipases A2)

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Mode d'action des toxines de venin de serpent actives sur la synapse neuromusculaire:explications.

     Après sa synthèse dans la cellule pré-synaptique, le médiateur (l'acétylcholine) est stocké dans les vésicules et libéré quand la cellule nerveuse est excitée. Les vésicules s'échappent de la membrane pré-synaptique et l'acétylcholine (A) est libérée dans la fente synaptique ( par exocytose). Ce processus est déclenché par des ions calcium; l'impulsion électrique nerveuse provoque la pénétration des ions calcium au travers des canaux brièvement ouverts, ce qui induit la libération du neuromédiateur. L'acétylcholine est rapidement hydrolysée par une cholinestérase. Les venins de serpent interfèrent avec ce mécanisme de différentes façons. Au niveau de la membrane pré-synaptique, les toxines-phospholipases A 2 provoquent une augmentation de libération des neuromédiateurs, qui est suivie par un bloc neuromusculaire total : α- et κ -neurotoxines bloquent le récepteur à l'acétylcholine (le neuromédiateur). La calciseptine, autre peptide, bloque les canaux calcium. Le blocage des canaux potassium sur la membrane nerveuse sur la membrane nerveuse par des peptides comme la dendrotoxine peut avoir des effets supplémentaires, par exemple synergiques.

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