From biological gastroenterology to fundamental neurosciences: How studies in gastric emptying have led to the discovery of a new mechanism of neuronal functioning

SummaryGastric emptying undergoes complex regulation by the nervous system, which organizes in particular the inhibition of duodenum motility after a rise in intra-gastric pressure: the gastro-duodenal inhibitory reflex. It was first shown in mammals that this reflex could be organized by a sympathetic ganglion, the coeliac plexus. The excitation of gastric mechanosensitive fibres leads in this ganglion to the release of a neurotransmitter, which in turn activates ganglionic neurones leading to inhibition of the duodenum contractions. It rapidly became apparent that this reflex presented striking properties since it was organized in the absence of action potentials along the nerve fibres. Then it was shown that the neurotransmitter released in the coeliac plexus was gaseous: nitric oxide (NO). The nature of the mechanism conducting, without action potentials, the excitation along the nerve fibres was recently determined. This mechanism necessitates the integrity of particular areas of the neuronal membrane (the lipid rafts) and the activation in cascade of the following second messenger sequence: ceramide, calcium, NO and guanosine cyclic monophosphate (c-GMP). These results show how studies in biological gastroenterology have led to the rethinking of one of the central dogmas in neuroscience according to which excitation is only conducted along the nerves by the action potential.

RésuméLa vidange gastrique est régulée de manière complexe par le système nerveux. Celui-ci organise en particulier l’inhibition de la motricité duodénale après une augmentation de pression intragastrique : le réflexe gastro-duodénal inhibiteur. Il a initialement été montré chez le mammifère que ce réflexe peut être organisé par un ganglion sympathique, le plexus cœliaque. L’excitation des fibres gastriques mécanosensibles provoque la libération dans ce ganglion d’un neuromédiateur qui va activer des neurones ganglionnaires provoquant ainsi une inhibition du duodénum. Il est rapidement apparu que ce réflexe possède des propriétés atypiques puisqu’il est organisé en l’absence de potentiel d’action le long des fibres nerveuses. Puis il a été démontré que le neuromédiateur libéré dans le plexus cœliaque est gazeux : le monoxyde d’azote. La nature du mécanisme conduisant, sans potentiel d’action, l’excitation le long des fibres nerveuses a été déterminée récemment. Ce mécanisme nécessite l’intégrité de zones particulières de la membrane (les rafts lipidiques) et l’activation en cascade de la séquence de seconds messagers suivants : céramide, calcium, monoxyde d’azote et guanosine monophosphate cyclique. Ces résultats montrent comment des études en gastroentérologie biologique ont débouché sur la remise en cause d’un des dogmes majeurs des neurosciences qui stipule que l’excitation est uniquement transmise le long des nerfs par le potentiel d’action.