Auteur : julienforscience

Les objets de tous les jours utilisés en science

Le par julienforsciencedans Understanding Science / Comprendre la scienceLaisser un commentaire

L’article d’aujourd’hui est un peu différent. L’idée m’est venue alors que je travaillais dans mon labo, j’ai réalisé qu’on utilisait beaucoup d’objets de la vie de tous les jours. Seulement, on les utilise pour un rôle très différent de celui pour lequel il a été conçu. Donc aujourd’hui, je vais présenter 5 exemples d’objets que l’on utilise en science.

Le pinceau, une cuillère assez originale

Beaucoup de labos utilisent une technique appelée immunohistochimie (IHC), qui nous permet d’observer des tissues avec un microscope, ainsi que de marquer certaines protéines à l’aide d’anticorps. Pour cette techniques, les tissus sont très finement coupés, si bien qu’ils se cassent très facilement. Du coup, pour les déplacer, on utilise un pinceau. Grâce à sa souplesse, on peut bouger le tissue sans jamais le casser.

Le bas de nylon, qui permet de tenir les tissus en place

Cet exemple est plus spécifique, car peu de labos l’utilisent. Il existe une technique appelée électrophysiologie, qui permet d’enregistrer les courants électriques trouvés dans les tissus du cerveaux. Pour cela, le cerveau doit être vivant pendant toute l’expérience, donc il est submergé dans un liquide qui le maintient en vie, appelé le liquide cérébrospinal artificiel. Du coup, puisque le tissu est dans un liquide, il est susceptible de bouger. Pour empêcher cela, on crée une barrière faite de fils de bas de nylon. Ces fils sont très fins, mais très résistants, si bien qu’ils tiendront le tissu en place sans casser.

Le lait en poudre, agent de blocage

Le lait est trouvé dans presque tous les labos de science. Beaucoup de techniques utilisent des anticorps pour marquer des protéines. Malheureusement, il arrive que les anticorps ne s’attachent pas à la protéine désirée, mais à un site non spécifique. Pour empêcher cela, nous allons utiliser des protéines pour bloquer ces sites. Ces protéines vont aller sur ces sites, empêchant les anticorps d’y aller. La caséine est une protéine dans le lait capable de faire ça.

Le papier aluminium, parasol des tissus

Quand on utilise des anticorps, ceux-ci sont généralement accompagnés de marqueur fluorescents, ce qui nous permet de les voir sous le microscope. Cependant, ces marqueurs sont très sensibles à la lumière. En effet, s’ils sont exposés à la lumière pour trop longtemps, les photons vont endommager le marqueur, et il ne sera plus fluorescent. C’est un procédé appelé photoblanchiment. Pour empêcher ça, on met tous nos anticorps dans le noir. Mais quand on veut déplacer nos anticorps, on utilise du papier aluminium, car il ne laisse pas passer la lumière [source].

Le vernis à ongles, une colle un peu spéciale

Encore une fois, le vernis est utilisé pour la technique IHC. Dans cette expérience, les tissus sont placés sur une lamelle de verre, puis recouvert d’une autre lamelle de verre. À la place de colle, on utilise du vernis à ongle pour attacher les deux pièces de verres. C’est principalement parce que c’est plus facile d’appliquer du vernis que de la colle sur ces lamelles. De plus, le vernis ne va pas avoir d’effet sur la fluorescence des anticorps, et s’il est transparent, on pourra toujours voir le tissu sous le microscope.

il existe beaucoup plus d’objets comme ceux-ci qu’on utilise dans les labos. Du micro-ondes aux filtres à café, un laboratoire est composé d’objets que beaucoup connaissent. Ça montre également à quel point la science peut être accessible.

Everyday Objects in Science

Le par julienforsciencedans Understanding Science / Comprendre la scienceLaisser un commentaire

Today’s article will be a bit different. The idea came to me as I was working in my own lab, and I realized that we use a lot of everyday objects in labs, but not for the reason they were invented. So today, I will give you five example of everyday objects that scientists use for their experiments.

Paintbrush: the unusual transport system

In a lot of labs, we perform an experiment called immunohistochemistry (IHC), which allows to see tissues under the microscope, and use antibodies to label specific proteins. For this experiment, the tissues are so thin that they will break very easily. That’s why, instead of a spoon or any other utensil, we use a paintbrush to move the tissues around. Since it is very soft, it won’t break the tissue. Further, a paintbrush is somewhat bendy, which allows for easy scoop up of tissues.

Nylon Stockings: how to keep the tissues in place

This one might be specific to only a few labs, as it is useful for a technique called electrophysiology. This technique allows us to record the electric currents in brain tissues. To keep these tissues alive, we keep them in an artificial liquid, called artificial cerebrospinal fluid. Since it is in a liquid, it has the tendency to move around a lot. To prevent this, we create a special tissue holder, made up of threads from a stocking. These thread are thin but strong, thus they won’t break but will keep the tissue in place.

Powdered Milk: the blocking agent

Milk is a staple element in most biochemical labs. Many experiments use antibodies to label proteins, but unfortunately they have the potential to bind to another protein that is not the one you want to label. This is called unspecific binding. To prevent this, we need to block our tissue. We use proteins that will bind to any unspecific binding sites, thus blocking them. The antibodies can then be placed on the tissue with no worries. Milk contains a protein called casein which can do just that [source].

Aluminum Foil: the tissue’s umbrella

When we use antibodies, oftentimes they are coupled with a fluorescent tag, which allows us to see the antibody, and the protein it binds to, under a microscope. However, these fluorescent tags are very sensitive to light. If exposed for too long, it will not be able to fluoresce anymore, because the photons in the light damage the tag. This is called photobleaching. To prevent this, we put our antibodies in the dark. However, when we want to move the antibodies around, we use aluminum foil. Aluminum foil does not let light pass through and thus protect any antibodies from photobleaching [source].

Nail polish: an unlikely glue

Again, this is used in IHC experiments. In these experiments, the tissues are mounted on a glass slides, and covered with another glass coverslip to prevent movement. However, instead of glue, we use nail polish to glue both glass pieces together. we use it mainly because we can apply it more easily than glue, and we know that it will not interfere with the fluorescence. Further, if clear nail polish is used, we will be able to see through it under the microscope.

There are many other everyday objects that scientists use. From microwaves to coffee filters, a lab is surprisingly made up of things everyone knows. This shows how sometimes science is more accessible than we think it is.

Une personne de science: Henrietta Lacks et le cas des cellules volées

Le par julienforsciencedans People in Science / Une personne de scienceLaisser un commentaire

L’article d’aujourd’hui se concentrera sur l’histoire d’Henrietta Lacks. C’était une femme qui, malgré elle, a pu énormément changer la science en nous donnant la première lignée cellulaire immortelle. Malheureusement, cette découverte est accompagnée de méthodologies scientifiques peu éthiques, qui continuent aujourd’hui à être controversées.

Henrietta Lacks est née en 1920 à Roanoke, Virginia. Plus tard, elle a déménagée en Maryland et a porté cinq enfants. En 1951, peu après la naissance de son cinquième enfant, elle est entrée dans le département de gynécologie de l’hôpital John Hopkins, où ils ont découvert un cancer cervical. Elle en mourra quelques mois plus tard. Cependant, pendant son traitement, son gynécologue a prélevé quelques cellules de son cervix, sans son accord. Il les a ensuite donnée au Dr. George Gey, directeur du département de culture de tissue à John Hopkins [source / source / source].

Dr. George Gey étudiait quelque chose qui relevait de la fantaisie: les cellules immortelles. Même en 1950, les scientifiques étaient capables d’extraire des cellules de patient pour ensuite les étudier, mais ces cellules mourraient quelques jours plus tard, comme toute cellule. Cependant, en recevant les cellules d’Henrietta, il a remarqué que non seulement ces cellules ne mourraient pas, mais elle se répliquaient bien plus rapidement que des cellules en santé. Il nomma ces cellules HeLa, d’après sa propriétaire [source / source].

Les cellules HeLa furent les première lignées cellulaires immortelles que la science eut accès. En étudiant ces cellules, on observe énormément de mutations: d’abord, elles possèdent jusqu’à 80 chromosomes, alors qu’une cellule en santé en possède 46. De plus, les cellules HeLa ont une protéine trop active appelée télomérase, qui permet de ralentir la vieillesse cellulaire. Ces mutations ont été causées par le papillomavirus (HPV), qui fut la cause du cancer d’Henrietta. Ces mutations font en sorte que la cellule est incapable de mourir. En cas de cycle cellulaire en santé, il existe plusieurs points de contrôle qui vérifie que la cellule est capable de se reproduire correctement, ou s’il faut la tuer. Pour les cellules HeLa, et la plupart des cellules cancéreuses, ces points de contrôle n’existent plus, ce qui crée une cellule immortelle capable de reproduire indéfiniment [source / source].

Même aujourd’hui les cellules HeLa sont encore utilisées, et elles ont permis des découvertes immenses. La première évidemment est de savoir comment créer des cellules immortelles à partir de presque n’importe quelle cellule. Mais les HeLa cells ont également permis de développer le vaccin pour la polio, d’étudier les effets de la radiation sur les humains, et elles ont même été envoyées dans l’espace pour étudier l’effet de l’environnement sur les cellules. En général, les cellules immortelles nous ont permis d’étudier les effets d’un matériel sur les humains sans avoir à les mettre en danger par exposition directe. Malheureusement, comme mentionné précédemment, Henrietta Lacks ne savait pas que ses cellules avaient été récoltées. Pire encore, la communauté scientifique à caché son identité sous le faux nom Helen Lane. Ces cellules, une fois commercialisées, ont généré un revenue immense, que la famille d’Henriette n’a jamais su, puis une fois découvert, ils n’ont pas été compensés. De plus, la famille d’Henrietta ne sait pas pour quoi ces cellules sont utilisées. Une des plus grande controverses fut la transmission publique du génome des cellules HeLa. La totalité des gène d’Henrietta, incluant les maladies potentiellement transmises à sa famille, étaient maintenant connus de tous, même si la famille ne le voulait pas. De plus, à cause de l’environnement social dans les années 50, un plainte venant d’une famille de personne de couleur n’était pas prise au sérieux. La controverse des cellules HeLa continue encore aujourd’hui, puisque la famille n’a toujours pas été compensée [source / source / source / source].

La découverte des cellules HeLa est très complexe: d’un côté, ces cellules ont pu énormément avancer la science, mais au prix de pratiques non éthiques. Cette histoire est un exemple parfait du proverbe la fin justifie les moyens, mais est-ce correct de donner le droit à la science de faire ce qu’elle veut pour l’avancement de la connaissance?

People in Science: Henriette Lacks and the stolen cells

Le par julienforsciencedans People in Science / Une personne de scienceLaisser un commentaire

Today’s article will look into the story of Henrietta Lacks, a woman who, unbeknownst to her, drastically changed all of science by giving us the first immortalized cell line. Unfortunately, this discovery came at the cost of unethical practices that to this day are still controversial.

Henrietta Lacks was born in 1920 in Roanoke, Virginia. She later moved to Maryland with her husband, where she had five children. In 1951, soon after her fifth birth however, she was accepted into the gynecology department of John Hopkins Hospital, where she was diagnosed with cervical cancer. She unfortunately passed a few months later from the disease. However, during her treatment, her gynecologist took some of her cervical cells, without her consent or knowledge. These cells were for Dr. George Gey, the head of the tissue culture department at John Hopkins [source / source / source].

Dr. George Gey was looking for something that at the time was only a fantasy: immortal cells. Even in the 1950s, labs were able to collect cells from a patient and study them in their labs, however they would die a few days later, as any cell would. However, upon receiving Henrietta’s cells, he made a surprising discovery. Not only were her cells never dying, they were replicating very fast. He named these cells HeLa cells, the only mark linking these cells to Henrietta Lacks [source / source].

As such, HeLa cells became the first immortalized cell line that science had access to. If we study these cells, we observe an enormous amount of mutations: first, they have upwards of 80 chromosomes instead of the 46 healthy cells possess. Furthermore, these cells have an overacting protein called telomerase, whose role is to slow down aging. These mutations were caused by the papillomavirus (HPV) that caused Henrietta’s cancer. Due to these changes, the cell is unable to die. During a healthy cell cycle, there are various checkpoints that allow the cell to replicate, or to stay alive. In HeLa cells, and many cancerous cells, these checkpoints are cancelled, and the cell will not only continue to survive, it will replicate indefinitely [source / source].

To this day, we still use HeLa cells, and they have allowed us to make tremendous discoveries, the first one being that we can now create immortal cells from almost all cells. But HeLa cells were also used to develop the polio vaccine, they were used to study radiation, and were even sent in space to study the effect of the environment on our cells. Immortalized cell lines allow us to study the direct effect of something on human cells without having to put humans in danger. However, as I mentioned, Henrietta Lacks did not consent to give her cells. Worse even, many scientist hid the actual identity of the cell’s owner under the fake name Helen Lane. Therefore, neither Henrietta nor her family knew that her cells were used. These cells, once commercialized, created a large revenue that never reached the family. Further, the family did not, and still does not, know how the cells are used. One of the big controversies was the public release of the genetic content of HeLa cells, which indicates every aspect of Henrietta Lack’s genetic makeup, including potential illnesses. Genetic informations are nowadays always confidential, and this public release exposed Henrietta’s family. And because of the social environment in the 1950s, complaints from a family of black people was not taken seriously, if listened to at all. The controversy continues to this day, with no compensation to the family [source / source / source / source].

Overall, the discovery of HeLa cells is bittersweet; these cells have drastically improved the life of humans in general, but at the cost of unethical practices. This story is a prefect example of the saying the end justify the mean. However, should science really be allowed everything for the sake of knowledge?

La communication cellulaire: la plaque motrice

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

Aujourd’hui nous finissons notre série d’article sur la communication neuronale. Précédemment, nous avons vu comment les neurones sont capables de communiquer entre eux, et comment ils s’envoient de l’information. Cette fois, nous verrons comment cette information est utilisée, notamment avec l’exemple de la plaque motrice.

Avant de comprendre comment utiliser l’information, il est important de comprendre d’où elle vient. En général, une information neuronale est une réponse à un stimulus externe. Par exemple, si quelqu’un nous touche, les neurones sensoriels de la peau vont créer une réponse électrique qui indique qu’on a été touchés. Cette information va être envoyée à plusieurs endroits: d’abord au cerveau pour l’informer du toucher, mais aussi aux autres neurones environnant, pour informer que ce toucher n’était pas douloureux, donc il ne faut pas qu’ils s’activent. Généralement le corps répond à un stimulus par créer un movement. Par exemple enlever sa main quand on touche quelque chose de chaud, utiliser nos muscles des poumons pour respirer, etc … Et presque tous les mouvements sont initiés par la plaque motrice [source].

La plaque motrice est une synapse un peu spéciale, car au lieu de neurones pré- et postsynaptiques, il y a un neurone présynaptique et un muscle. Quand le neurone présynaptique reçoit un potentiel d’action qui va traverser tout le long du neurone jusqu’à la plaque motrice. Là il va activer l’éjection des neurotransmetteurs. Dans ce cas-là, le neurotransmetteur utilisé est l’acétylcholine (Ach). Ach active son récepteur (appelé récepteur nicotinique), ce qui va causer l’entrée d’un flux d’ions dans le muscle. Cette fois-ci au lieu de causer un potentiel d’action, il va initier la contraction du muscle et la formation d’un mouvement [source].

L’exemple de la plaque motrice nous montre également l’importance des neurotransmetteurs. Selon le neurotransmetteur utilisé, la réponse peut être complètement différente. De la même façon, un neurotransmetteur peut avoir plusieurs récepteurs, et en fonction de celui qui est activé la réponse peut être différente. On peut trouver cette situation chez les neurones qu’on appelle neurone de type épineux de taille moyenne (NEM). Ces neurones font office de douane pour le mouvement, capable de soit l’autoriser soit l’interdire. Ces différences peuvent être expliquée par les récepteurs. Bien que tous les NEMs sont activés par la dopamine, certains expriment le récepteur de dopamine D1, qui va causer l’activation du mouvement, d’autres expriment le récepteur de dopamine D2, qui va causer l’inhibition du mouvement [source].

En conclusion, la communication neuronale est un concept très complexe qui mélange à la fois l’électricité et la chimie. Et même si le mécanisme de communication est presque toujours le même, certaines modifications sont capables de totalement modifier une réponse.

Cell-Cell Communication: The Neuromuscular Junction

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

Today marks the last article on neuronal communication. In the past two articles, we saw how neurons are able to transmit information with each other. Today, we will see how this information is used, mostly through the understanding of neuromuscular junction.

To understand how neuron use the information, we first need to understand where it is originally from. Simply put, neuronal information is a response to a stimulus. For example, if you are touched, sensory neurons on the skin will transform the touch into electrical information. This information will go to many places: first in the brain, to inform it that touch is happening, but then to other neurons in the perimeters to tell them that the touch is not painful and they should not activate. However, one of the main response to a stimulus is movement. Indeed, if for instance you were to touch something hot, the neurons will tell your hand to move it away from it. Neurons also tell you everyday to walk, use your lung muscles to breathe, etc… And most if not all movement starts at the neuromuscular junction [source].

The neuromuscular junction (NMJ) is a specialized synapse, but instead of a pre- and postsynaptic neuron, we have a presynaptic neuron and a muscle. In this scenario, the presynaptic neuron receives an action potential, which will travel down the neuron towards the NMJ. There, it will activate the release of neurotransmitters. In this case, the main neurotransmitter is acetylcholine (Ach). These neurotransmitters will bind to the receptors nicotinic acetylcholine receptors (nAchR) at the muscle membrane. When Ach binds, it causes an influx of ions, similar to any synapse. However, instead of creating an action potential, this influx of ion will cause muscle contraction, and initiate movement [source].

The example of NMJ can also show us the importance of neurotransmitters. Depending on which one is used, the information will be treated differently. Similarly, a neurotransmitter may have different receptors, and depending on which one is activated, the answer will be different. An example for this will be from specific neurons in the brain called medium spiny neurons (MSNs). These neurons are the customs of movement, they either allow or forbid it. Such drastic difference in response is explained by a difference in receptors. While all MSNs receive the neurotransmitter dopamine, some MSNs will express the dopamine D1 receptor, which will activate the movement, while the others express the dopamine D2 receptor, which will prevent it [source].

Overall, neuronal communication is a complex concept that mixes both electricity and chemistry. But while the mechanism is nearly always the same, the results can be drastically changed thanks to slight modification such as neurotransmitter use.

La communication cellulaire: les synapses

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

La semaine dernière nous avons vu comment un neuron est capable d’obtenir une information, et comment celle-ci se transforme en courant électrique. Aujourd’hui nous allons continuer de voir comment l’information se déplace, mais cette fois comment elle va d’un neurone à un autre, grâce à une structure appelée synapse.

La structure d’une synapse

La semaine dernière, on a vu qu’après avoir reçu une information, le neurone va créer un potentiel d’action à l’aide de flux d’ions. Ce potentiel d’action va ensuite se déplacer dans tout le neurone jusqu’à la fin de celui-ci, vers la synapse. une synapse est composée de deux neurones: celui qui envoie l’information (le neurone présynaptique), et celui qui la reçoit (le neurone postsynaptique). ces deux neurones sont extrêmement proche l’un de l’autre, et c’est cette proximité qui va permettre la transmission d’information. Par contre, ça ne sera plus sous forme électrique, mais chimique. Dans le neurone présynaptique, on peut trouver des « poches », qu’on appèle vésicules, qui contiennent des molécules appelée neurotransmetteurs. On a tous entendu parlé de certaines de ces molécules, notamment la sérotonine ou la dopamine. Ces neurotransmetteurs vont simplement transmettre une information au neurone postsynaptique, comme leur nom l’indique. Pour comprendre comment ils marchent, nous allons voir deux exemples: d’abord l’excitation d’un neurone, puis son inhibition [source / source / source].

L’excitation d’un neurone

Dans cet exemple, le neurone présynaptique à reçu l’information « d’activer » le neurone postsynaptique. On appelle ça l’excitation. Le potentiel d’action va traverser tout le neurone jusqu’à la synapse, puis va causer l’expulsion des neurotransmetteurs grâce encore une fois à l’influx d’ions Ca2+. Il existent beaucoup de neurotransmetteurs capables d’exciter un neurone, mais le plus commun dans le cerveau s’appelle le glutamate. Une fois les vésicules ouvertes, le glutamate va se trouver entre les deux neurones, prêt à l’action. À la surface du neurone postsynaptique, on peut trouver des récepteurs spécifiques au glutamate. Il y en a deux, appelés les récepteurs AMPA et NMDA. Le glutamate va s’attacher aux deux, mais le récepteur AMPA va s’activer en premier, causant un flux d’ions positifs dans le neurones. La combinaison du glutamate et du flux d’ions va ensuite activer le récepteur NMDA, qui va lui aussi causer un plus gros flux d’ions positif dans le neurone. On se retrouve avec énormément de charges positives dans le neurone, ce qui cause une dépolarisation, et la création d’un potentiel d’action, qui va lui aussi traverser le neurone pour recommencer le cycle vers un autre neurone [source / source / source].

L’inhibition d’un neurone

L’inhibition d’un neurone est très similaire à l’excitation, si ce n’est du résultat final. Comme son nom l’indique, l’information reçue par le neurone présynaptique va causer l’inhibition du neurone postsynaptique, l’empêchant de créer un potentiel d’action. Pour ce faire, on utilise un autre neurotransmetteur appelé GABA. Une fois GABA expulsé dans la synapse, il va s’attacher à son récepteur, logiquement appelé le récepteur GABA. Le récepteur lui aussi va causer un flux d’ions, mais cette fois ils seront négatifs. Généralement, c’est l’ion Cl- qui va entrer dans la cellule. Cela cause une surcharge négative, une hyperpolarisation, qui fait que le neurone aura plus de mal à créer un potentiel d’action [source / source / source].

L’apprentissage et la mémoire: comment être plus efficace.

Les synapses ont aussi un autre rôle très important: celui de créer l’apprentissage et la mémoire. En terme de fonction neuronale, l’apprentissage se traduit par un neurone plus rapide et efficace dans la transmission d’information. Il existe beaucoup de mécanismes liés à l’apprentissage et la mémoire, mais le plus commun est d’augmenter le nombre de récepteurs à la surface du neurone postsynaptique, plus précisément le récepteur AMPA. Quand il y a plus de récepteur AMPA, le neurone va se dépolariser plus rapidement, ce qui créé un potentiel d’action plus rapidement, et l’information se transmet plus vite. Cette forme d’apprentissage et de mémoire s’appelle la potentiation à long-terme (ou LTP), et c’est la base de toute forme de mémoire. Une autre forme de mémoire, appelée dépression à long-terme (ou LTD), enlève les récepteurs AMPA de la surface du neurone postsynaptique, le rendant plus lent [source / source].

On comprend donc comment une information peut aller d’un neurone à l’autre. Mais ensuite? Il est évident que l’information ne va pas voyager d’un neurone à l’autre indéfiniment, mais qu’elle va se rendre quelque part. La semaine prochaine, nous verrons où se rend cette information, et comment elle est utilisée. Plus précisément, nous parlerons de la jonction neuromusculaire, une synapse un peu spéciale capable de convertir un courant électrique en mouvement.

Cell-Cell Communication: The Synapses

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

Last week, we explained how a neuron can pick up information, and how this information is transformed into an electric current. Today, we will continue to see how the information travels, this time from one neuron to another, through a structure called the synapse.

The Synaptic structure

Let’s recap what we know from last week. A neuron has received information, and this information was transformed into an action potential thanks to the inflow and outflow of ions. This action potential travels down the neuron to the end, towards the synapse. The synapse is a structure that links two neurons. The neurons who is sending the information, or the presynaptic neuron, is very close to the neuron that will receive the information, or the postsynaptic neurons. this proximity is what allows the information to go from one neuron to another. However, the information will not be transmitted as an electric current; instead, it will become a chemical signal. In the presynaptic neuron, we can find small pockets, called vesicles, that contains molecules called neurotransmitters. We all know some neurotransmitters by name: dopamine and serotonin are examples. The role of a neurotransmitter is to transmit the information to the postsynaptic neuron. To better understand how it works, we will go through two examples: first the excitation of the neuron, then the inhibition of a neuron [source / source / source].

The Excitation of a neuron

In this example, the presynaptic neuron received an information telling him to « activate » the postsynaptic neuron. This is called excitation. The action potential will thus travel down to the synapse, and activate the release of neurotransmitters. It does so by again causing an influx of Ca2+ ions. There are many neurotransmitters that can excite a neuron, but the most common one in the brain is called glutamate. Now, once the vesicles have been opened, a lot of glutamate are found in the junction between the pre- and postsynaptic neuron, ready for action. At the postsynaptic neuron, we can find receptor specific for glutamate. There are two main one, AMPA receptor, and NMDA receptor. The glutamate will bind both, however AMPA receptor will activate first, causing an influx of positive ions inside the postsynaptic neuron. NMDA receptors will then activate, due to both glutamate and the influx of ions inside the cell, causing even more positive ions to enter the cell. In the end, the influx of ions have changed the membrane potential, depolarizing the neuron and creating a new action potential. This action potential will then travel down the neuron to the synapse, starting the cycle again [source / source / source].

The Inhibition of a neuron

Neuronal inhibition works similarly to excitation, but the results are different. Just as the name suggests, the presynaptic neuron will want to inhibit the postsynaptic neuron, preventing it from creating an action potential. To do so, we use another neurotransmitter, GABA. Once the presynaptic neuron has released GABA, it will bind to its receptor, aptly named the GABA receptor, and cause an influx of ions. This time however, it is an influx of negative ions, mainly Cl-. This causes the membrane potential to drastically decrease, causing hyperpolarization. It is then very hard for the postsynaptic neuron to create an action potential [source / source / source].

Learning and memory: How to be more efficient

Synapses also have the crucial role of causing learning and memory in humans. In terms of neuronal function, learning simply means that the neuron will perform its task faster and stronger than the last time it was used. There are many ways to do so, but the main one is to increase the number of receptors at the postsynaptic neuron, particularly AMPA receptors. With more AMPA receptors, the neuron will be depolarized faster, and the action potential will be created faster, making the overall information more rapidly conveyed. This particular form of learning and memory is called long-term potentiation (or LTP), and is the basis for all memory in the body. Another form of memory, called long-term depression (or LTD) actively reduces the amount of AMPA receptors, rendering the neuron slower [source / source].

Now we understand how the information goes from one neuron to another. But now what? Obviously, the information will not go from one neuron to the next indefinitely, there has to be a goal. Next week, we will talk about how the information is used, notably by talking about the neuromuscular junction, a special synapse converting electrical current into movement.

La communication cellulaire: Le cas particulier des neurones

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

Aujourd’hui nous allons discuter d’un mécanisme essentiel à la survie des hommes: la communication cellulaire. Les humains, comme tous les organismes multicellulaires, ont développé plusieurs mécanismes qui permettent à nos cellules d’interagir. Les cellules de la peau vont par exemple envoyer pleins de molécules pour prévenir d’un dangers. Les cellules immunitaires quant à elles vont souvent s’accrocher entre elles pour se transmettre des informations par le toucher. Les neurones sont des cas à part, qui est généralement considéré le plus rapide: ils utilisent l’électricité. Dans cet article, nous allons d’abord voir comment fonctionnent les courants électriques dans le cerveau, puis comment l’information à transmettre devient un courant électrique. La semaine prochaine, nous verrons comment ce courant électrique passe d’un neurone à l’autre, et comment ils l’utilisent.

Les ions, ou la base de tout courant

Afin de comprendre l’électricité en général, il est important de connaître le concept d’ion. Les atomes sont faits de trois petites particules: les neutrons (qui n’ont pas de charge électrique), les protons (qui ont une charge électrique positive), et les électrons (qui ont une charge électrique négative). Un atome est constitué du même nombre de protons et d’électrons, ce qui le rend électriquement neutre. Par exemple l’atome de sodium (qu’on not Na) possède 11 protons et 11 électrons, ce qui le rend neutre. Un ion c’est un atome qui possède une charge électrique, souvent parce que le nombre d’électrons est modifié. Dans notre exemple de Na, l’ion Na (noté Na+) possède 11 protons et 10 électrons, ce qui lui donne une charge positive. C’est la circulation des différents ions qui est la base de la communication neuronale. les ions les plus importants sont les ions potassium (K+), les ions calcium (Ca2+, ils perdent deux électrons). et les ions chloride (Cl-, ils gagnent un électron, et sont donc négatifs) [source / source].

L’électricité dans le cerveau

Avant de comprendre la communication neuronale, il est important de comprendre deux concepts en électricité. D’abord, il y a le voltage, ou potentiel, qui est possiblement le plus complexe. Officiellement, on définit le voltage comme étant la quantité électrique nécessaire pour bouger une charge d’un point à l’autre. Plus simplement, le voltage c’est la différence électrique entre deux points. Dans le cas des neurones, on compare l’intérieur du neurone à l’extérieur. L’intérieur du neurone est généralement négatif alors que l’extérieur est positive, ce qui nous donne un voltage de -70 millivolts (ou mV) quand le neurone est au repos. Du coup, pour bouger une charge électrique de l’intérieur à l’extérieur, on aurait besoin d’une grande quantité d’électricité négative. Le deuxième concept est celui de courant. Un courant, ca mesure combien d’électricité se déplace d’un point à l’autre. Si beaucoup d’ions positifs parcourt une distance, le courant sera très positif, et inversement pour les ions négatifs [source / source].

Le concept du potentiel d’action

Quand il n’y a aucune information transmise, les neurones ont un voltage de -70 mV, et un courant net de 0 picoampères (ou pA). On précise que le courant net est nul parce que les ions entrent et sortent de la cellule même au repos. Simplement, pour chaque ion positif qui entre, un ion de la même charge sort, ce qui cause un courant net de 0. L’intérieur et l’extérieur des neurones ont des compositions ioniques très différentes. L’intérieur possède bien plus de K+, alors que l’extérieur est composé de plus de Na+, Ca2+ et Cl-. Quand le neurones est stimulé, il va transformer l’information en potentiel d’action, qui est représenté ci-dessous.

Image venant de Wikipedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Action_potential_schematic.png)

Au numéro 1, le neurone est au repos. Quand il est stimulé, un grand nombre de Na+ va rentrer dans la cellule. Comme on le voit à 2, le nombre est si grand qu’il va changer le voltage, qui devient +40 mV. C’est le principe de la dépolarisation. À 3, les ions Na+ ne peuvent plus rentrer dans la cellule. De plus, le neurone va se débarrasser de beaucoup d’ions K+, qui vont sortir de la cellule. Cela va causer une réduction du voltage vers son voltage de repos. C’est ce qu’on appelle la repolarisation. Cependant, le voltage va descendre encore plus bas que -70 mV. C’est ce qu’on appelle l’hyperpolarisation, et cela empêche le neurone de produire trop de potentiels d’action, parce que ca pourrait le nuire. Enfin, à 4, le neurone est de retour à son potentiel de repos. Les potentiels d’action se ressemblent tous, et vont traverser tout le neurone jusqu’à une structure à la fin du neurone qu’on appelle la synapse [source / source / source / source].

La communication neuronale est complexe, mais possède beaucoup d’avantages, notamment la rapidité. Aujourd’hui nous avons seulement vu comment l’information est transformé en courant électrique. La semaine prochaine, nous verrons comment ce potentiel d’action se déplace d’un neurone à l’autre, notamment grâce aux synapses. On verra également comment le neurone est capable d’interpréter cette information, et ce qu’il en fait vraiment.

Cell-cell Communication: The Unique Case of Neuronal Connectivity

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

Today we will discuss an essential mechanism: cell to cell communication. Cell communication is very important for the survival of the organism. Humans, like most multicellular organisms, have developed many ways for cells interact with each other. Some, like skin cells, use chemicals to warn cells of potential dangers. Others, such as immune cells, will touch each other to transmit information. Neurons have a unique way of communication, which is arguably the fastest. They use electric currents. In this article, we will first talk about electric currents in the brain, to then understand what the current looks like in a neuron. Next week, we will see how neurons transmit this information and what they do with it.

Ions: The Basis of all currents

To understand electric currents of any kind, we need to establish what an ion is. Atoms are made of very small particles: neutrons (which have no electrical charge), proton (which have positive charges), and electrons ( which have negative charges). An atom has the exact same number of proton and electron, which creates an overall neutral charge. As an example the sodium atom (abbreviated Na), has 11 protons, an 11 electrons, so the electric charges cancel each other. An ion is an atom with an electric charge, usually do to a loss or gain of electrons. In the case of Na, the ion is abbreviated Na+, because it lost one electron, and thus it is now positive. The flow of ions in neurons is the key for its communication. The most important ions are Na+, the potassium ions (K+), the calcium ions (Ca2+, as calcium ions lost two electrons), and chloride ions (Cl-, having gained an electron, and thus is negative) [source / source].

The Basics of Electricity in the Brain

Before explaining how neurons communicate, there are two key concepts to understand. The first one, voltage, is the most complex. Officially, we define voltage as the amount of « work » is required to move a charge from one point to another. In simpler terms, a voltage (also called potential), is the amount of electrical « difference » between to points. For our neurons, the voltage will compare the inside of the cell to the outside. The inside of the cell is very negative, while the outside is very positive, and the overall voltage of the cell (which we call resting membrane potential) is -70 millivolts (mV). It means that overall, neurons are heavily negatively charged. The second important concept is current. A current quantifies how much electricity travels from one point to another. The more positive ions travel, the more positive the current will be and vice-versa [source / source].

The Concept of Action Potentials

Now we will discuss how neurons communicate. When no information is transmitted, neurons have a voltage of -70 mV and a net current of 0 picoamperes (pA). We say net current because even though the overall current is 0, ions are still flowing in and out of the cell, but for any positive ions that leave, the same amount enters, creating a net current of 0 pA. Further, the inside and outside of the cell have different amount of ions. The inside of the cell has a lot more K+ ions, while the outside has more Ca2+, Cl-, and Na+. Due to this, K+ ions have the tendency to leave the cells, while the other will want to enter it. However at a resting state, only minimal amount of each ions will enter or leave the neuron. However, when the neuron is stimulated, it will create an action potential, which looks like this:

Image from Wikipedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Action_potential_schematic.png)

Let’s go through the numbers: 1 is the resting state, where the voltage is the same. The neuron is then stimulated, and at 2, a large amount of Na+ enters the cell. The number of ions is so big that it changes the neuron’s voltage to about +40 mV. This is called depolarization. At 3, Na+ are unable to enter the neurons. Furthermore, the neuron will make a huge amount of K+ ions to leave the cell, to make the cell back to its resting potential (this is called repolarization). It goes even lower than that, to prevent another action potential to be created right away. This is called hyperpolarization, and it is important to prevent neurons to be to excited. At 4, the cell is back to normal. Action potentials are always the same, and they then travel down the neuron to the end, a place called a synapse [source / source / source / source].

Neuronal communication is complex, but it has so many advantages, the main one being speed. However, today we only saw how the information is created. Next week, we will see how the action potential goes from one neuron to another. We will also see how a neuron really interprets this information.