Rôle du Ca²⁺ dans la propriété de type pacemaker des motoneurones spinaux

Role of Ca²⁺ in the pacemaker-like property of spinal motoneurons

Département d’anatomie et de physiologie, Université Laval, Centre Hospitalier de l’Université Laval, Unité de Neuroscience RC-98002705, boulevard Laurier, Québec G1V 4G2, Canada

^* Pierre.Guertin@crchul.ulaval.ca

Résumé

Cet article porte sur les mécanismes ioniques associés à l’expression de la propriété pacemaker qui ont pour véhicules les motoneurones de la région lombaire de la moelle épinière. L’attention porte en particulier sur les mécanismes liés au Ca²⁺, puisqu’ils n’ont attiré que peu d’intérêt jusqu’ici comparativement aux autres mécanismes ioniques tels que ceux liés au Na²⁺, K⁺, Mg^2+… La mise en perspective de données récentes, dont certaines proviennent de nos travaux, contribue à éclaircir le rôle à la fois complexe et déterminant des courants et mécanismes calciques sous-jacents à cette propriété neuronale singulière. Ces résultats devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes qui concourent à la composante rythmique de la locomotion, et dont on a clairement établi qu’ils sont localisés au sein de circuits neuronaux lombaires de la moelle épinière.

Abstract

It is generally accepted that locomotion in vertebrate species is produced by signals coded and integrated by neurons of the spinal cord. In fact, the basic features of locomotion, including patterns and rhythms, are generated by a network of neurons called the CPG (central pattern generator) essentially localized in the lumbar segments of the spinal cord. However, the detailed mechanisms underlying the rhythmic aspect of CPGgenerated locomotion are not fully understood. Here, we report data of studies that focus on the role of Ca²⁺-related mechanisms involved in the expression of the pacemaker property of lumbar motoneurons that innervate the hindlimbs. In fact, it has become increasingly clear that Ca²⁺ plays a determinant function in the expression of this active and conditional rhythmic property. In addition to NMDA-mediated currents (NMDA is an agonist of the calcium permeable ionotropic glutamatergic receptor) and to a Ca²⁺ -dependent K⁺ current that were found twenty years ago to contribute to intrinsic voltage oscillations in motoneurons, a pivotal role for voltage-gated channels (e.g., CaV1.3) and intracellular Ca²⁺ concentrations ([Ca²⁺]_i) have recently been shown. Increasing evidence of a role for metabotropic receptor subtypes, calmodulin (a calcium binding protein), ryanodine and IP3-sensitive intracellular stores of Ca²⁺ suggests that additional mechanisms are yet to be identified. A detailed understanding of the complex role of Ca²⁺ in mediating the autorhythmic property of spinal neurons may contribute to the development of novel therapeutic approaches to induce locomotion after spinal cord injury.