Physiologie globale de la rétine

L’objet de cette section est de présenter une vue globale des mécanismes qui paraissent essentiels à la compréhension de la fonction rétinienne :

– l’absorption de liquide sous-rétinien assure la proximité entre photorécepteurs et épithélium pigmentaire ;

– le renouvellement de l’article externe du photorécepteur, autant pour le contenu (photopigment du cycle visuel) que pour le contenant (phagocytose des disques), est nécessaire au bon fonctionnement de la cascade de phototransduction ;

– la transmission du signal entre la partie interne des photorécepteurs et les cellules ganglionnaires passe par les cellules bipolaires, horizontales et amacrines, qui assurent le traitement des différentes données préalablement à leur acheminement au cortex visuel.

ABSORPTION DU LIQUIDE SOUS-RÉTINIEN

L’adhérence entre photorécepteurs et épithélium pigmentaire est un phénomène actif, entretenu par une absorption constante de liquide sous-rétinien, sous la dépendance d’un transport actif (qui consomme de l’énergie) de chlore hors de l’espace sous-rétinien (fig. 3-1). Cette fonction rétinienne, particulièrement impliquée dans la survenue du décollement de rétine, sera développée plus en détail ci-après (cf. infra, « Physiologie de l’adhérence rétinienne »). L’adhérence étroite entre l’épithélium pigmentaire et le photorécepteur permet le renouvellement de l’article externe du photorécepteur.

Fig. 3-1 L’adhérence entre photorécepteurs et épithélium pigmentaire est un phénomène actif. L’absorption constante de liquide sous-rétinien est liée à un transport transépithélial de chlore (Cl⁻) et de bicarbonate (HCO₃^–) hors de l’espace sous-rétinien.

RENOUVELLEMENT DE L’ARTICLE EXTERNE DU PHOTORÉCEPTEUR

RÉGÉNÉRATION DU CONTENANT : LA PHAGOCYTOSE

Le photopigment (association de la protéine opsine et du 11-cis-rétina) est contenu dans des disques cytoplasmiques qui sont empilés au niveau de l’article externe du photorécepteur. Ils sont produits au niveau de la partie interne de l’article externe (fig. 3-2) ^[16]. À l’autre extrémité, l’épithélium pigmentaire assure le catabolisme de ces disques par phagocytose (fig. 3-3).

Fig. 3-2 Le photopigment est contenu dans des disques membranaires qui sont empilés au niveau de l’article externe du photorécepteur.

a. Bâtonnets. b. Cônes. c. Détail de la jonction entre article interne et article externe illustrant le mécanisme de formation des disques au niveau du cil.

(Dessins d’après microphotographies : a et b, in : Anderson D.H., Fisher S.K. The photoreceptors of diurnal squirrels: outer segment structure, disc shedding and protein renewal. J Ultrastruct Res, 1976 ; 55 : 119-41 ; c, in : Steinberg R H, Fisher SK, Anderson DH. Disc morphogenesis in vertebrate photoreceptors. J Comp Neurol,1980 ; 190 : 501-18.)

Fig. 3-3 Phagocytose de l’article externe du bâtonnet par l’épithélium pigmentaire.

(Dessins d’après microphotographies, in : Steinberg RH, Wood I, Hogan MJ. Pigment epithelial ensheathment and phagocytosis of extrafoveal cones in the human retina. Phil Trans R Soc B, 1977 ; 277 : 459-74.)

RÉGÉNÉRATION DU CONTENU : LE CYCLE VISUEL

Le cycle visuel est à l’origine du renouvellement du photopigment : la lumière transforme le 11-cis-rétinal en tout-trans-rétinal et la régénération permet de reproduire du 11-cis-rétinal. Pour la régénération du photopigment, les bâtonnets dépendent de l’épithélium pigmentaire, les cônes dépendent des cellules gliales intrarétiniennes (cellules de Müller) (fig. 3-4) ^[8].

Fig. 3-4 Cycle visuel. La lumière transforme le 11-cis-rétinal en tout-trans-rétinal. La régénération permet de reproduire du 11-cis-rétinal. Ce cycle est différent pour les bâtonnets (régénération dans l’épithélium pigmentaire, cycle schématisé à gauche) et pour les cônes (régénération dans les cellules de Müller, cycle schématisé à droite).

Le 11-cis-rétinal régénéré est intégré au niveau d’une macromolécule constituée de plusieurs sous-unités d’une protéine nommée l’opsine, l’ensemble réalise la rhodopsine dans les bâtonnets (fig. 3-5a) ^[6]. Le passage de la forme cis à la forme tout-trans provoque l’activation de l’opsine, ce qui déclenche la cascade de phototransduction.

Fig. 3-5 Photopigments. a. Le 11-cis-rétinal est intégré au niveau d’une protéine transmembranaire, l’opsine. L’ensemble constitue le photopigment, dénommé rhodopsine dans les bâtonnets. b. Il existe quatre gènes codant les opsines : un est exprimé dans les bâtonnets, les trois autres codent les opsines des cônes. Les variations de séquence en acides aminés de ces quatre types d’opsine déterminent la sensibilité spectrale des photopigments. L’expression majoritaire de l’opsine « bleue » caractérise les cônes-S (pour Short wave-sensitive, ou « bleus »), celle de l’opsine « verte » les cônes-M (pour Medium wave-sensitive, ou « verts »), celle de l’opsine « rouge » les cônes-L (pour Long wave-sensitive, ou « rouges »).

La sensibilité du photopigment en fonction de la lumière incidente n’est pas la même pour tous les photorécepteurs. Chaque type de photopigment (un pour les bâtonnets, trois pour les cônes) est caractérisé par une courbe de sensibilité en fonction de la longueur d’onde de la lumière (courbe de sensibilité spectrale). Ainsi, selon leur courbe de sensibilité spectrale, il est possible de différencier trois cônes différents : « rouge », « vert » et « bleu » (fig. 3-5b).

CASCADE DE PHOTOTRANSDUCTION

La cascade de phototransduction (activation de l’opsine, activation de la transducine, puis activation de la phosphodiestérase ; fig. 3-6) aboutit à l’hydrolyse du GMP cyclique (GMPc), ce qui induit la fermeture des canaux cationiques (à Na⁺ principalement, et à Ca^{2 +} et Mg^{2 +}) entrants GMPc-dépendants. Ceci engendre un déficit relatif de charges positives dans la cellule et donc une prédominance des charges négatives (hyperpolarisation). L’hyperpolarisation du segment externe du photorécepteur engendre une inhibition de la sortie du potassium (épargne des charges positives intracellulaires) au niveau du segment interne (fig. 3-6b), réduisant la concentration du potassium dans le compartiment extracellulaire sous-rétinien, ce qui entraîne une réponse compensatrice par les cellules de Müller et par l’épithélium pigmentaire(cf. infra).

Fig. 3-6 Cascade de phototransduction et transports cationiques dans le bâtonnet.

a. En condition scotopique, il existe une entrée constante de cations (Na ⁺ principalement, et Ca^{2 +}, Mg^{2 +}) par les canaux cationiques dépendant du GMP cyclique (GMPc) ; cette entrée est continuellement compensée par une sortie d’ions potassium K⁺. C’est le courant d’obscurité. Le potentiel de membrane du bâtonnet est – 30 mV (dépolarisation) : les canaux à Ca^{2 +} voltage-dépendants au pôle synaptique du bâtonnet sont ouverts et le neurotransmetteur glutamate est constamment excrété en regard des cellules bipolaires.

b. Lors du stimulus lumineux, le changement de conformation de la rhodopsine initie la cascade de phototransduction. 1 La rhodopsine activée stimule l’échange du GDP par du GTP sur la sous-unité α de la transducine. 2 Ceci induit la séparation des sous-unités de la transducine : la sous-unité α active peut interagir avec la phosphodiestérase (PDE). 3 La sous-unité α de la transducine séquestre les deux sous-unités γ inhibitrices de la PDE : les sous-unités catalytiques de celle-ci sont libérées dans le cytosol. 4 La PDE activée hydrolyse le GMPc. Les canaux à cations GMPc-dépendants se ferment. Cet arrêt de l’entrée de Na ⁺ entraîne l’hyperpolarisation du bâtonnet : les canaux à Ca^{2 +} voltage-dépendants au pôle synaptique du bâtonnet se ferment alors et le neurotransmetteur glutamate n’est plus sécrété.

Au niveau de la couche plexiforme externe (connexions synaptiques entre photorécepteurs, cellules bipolaires et cellules horizontales), l’hyperpolarisation du photorécepteur consécutive à la stimulation lumineuse est responsable d’une diminution de la libération de neurotransmetteur (glutamate), ce qui est le fondement de la transmission de l’information aux cellules bipolaires.

TRANSMISSION DU PHOTORÉCEPTEUR À LA CELLULE GANGLIONNAIRE

Entre les photorécepteurs (cent vingt millions de bâtonnets et sept millions de cônes) et les cellules ganglionnaires (un million de cellules), il existe un circuit de traitement et de compression de l’information visuelle par des interneurones (cellules bipolaires, horizontales, amacrines) avant qu’elle ne soit transmise au cortex visuel primaire via les voies visuelles rétrobulbaires.

COUCHE PLEXIFORME EXTERNE, COUCHE GRANULAIRE INTERNE

Les synapses situées sur le segment interne des photorécepteurs assurent, au sein de la couche plexiforme externe, des connexions avec deux autres types cellulaires, les cellules horizontales et les cellules bipolaires, dont les corps cellulaires constituent la couche nucléaire interne.

Cellules horizontales

Il existe plusieurs classes de cellules horizontales (fig. 3-7). La cellule horizontale de type 1 (H 1) relie des cônes avec un bâtonnet et la cellule horizontale de type 2 (H 2) relie des cônes rouges, verts et bleus avec un autre cône bleu. Les cellules horizontales interviennent dans le traitement du contraste et la vision des couleurs en assurant des connexions entre des cônes de sensibilités spectrales différentes.