E12 Métabolisme énergétique neuronal

Topique

Le fonctionnement électrique du neurone, qui comprend la génération et la propagation de potentiels d’action, le pompage d’ions et la transmission synaptique, a un coût énergétique que le neurone supporte grâce à la production d’énergie cellulaire par deux voies : la glycolyse et la phosphorylation oxydative mitochondriale. Les deux voies suivent une cinétique de type Michaelis-Menten en fonction de la disponibilité en glucose et en oxygène du neurone : la production d'énergie cellulaire par chacune de ces deux voies augmente avec la disponibilité de glucose ou d'oxygène lorsque cette disponibilité est faible, mais s'aplatit et cesse de croître proportionnellement lorsque la disponibilité de glucose ou d'oxygène est suffisamment élevée.

En plus du glucose, le neurone possède un substrat énergétique complémentaire : le lactate, qui lui parvient via la navette lactate astrocytes-neurones, un flux net de lactate que l'astrocyte produit et délivre au neurone.

La demande en énergie cellulaire du neurone évolue avec sa propre activité électrique, car le maintien des gradients ioniques qui se dissipent lors de chaque potentiel d'action est le principal consommateur d'énergie cellulaire du neurone : plus le neurone génère d'activité électrique, plus il dissipe de gradients ioniques et plus la demande en énergie cellulaire que ce neurone doit couvrir est importante.

L'équilibre entre la production et la demande d'énergie cellulaire du neurone détermine si ce neurone maintient un état énergétique stable, quantifié par l'indice de charge énergétique d'Atkinson : plus la demande d'énergie cellulaire se rapproche de la production, plus le neurone s'éloigne de cet état énergétique stable. Cet équilibre entre la production et la demande énergétique cellulaire du neurone est pertinent pour comprendre les conditions de stress métabolique, telles que celles qui surviennent lors d’un accident vasculaire cérébral ischémique. Au total, c’est ce même neurone, avec son coût énergétique soutenu par la glycolyse, la phosphorylation oxydative et le lactate fourni par l’astrocyte, qui doit maintenir l’équilibre entre la production et la demande d’énergie cellulaire pour préserver son état énergétique stable.

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