Les cellules neurosécrétoires magnocellulaires sont de grandes cellules neuroendocrines au sein du noyau supraoptique et du noyau paraventriculaire de l’hypothalamus. On les trouve également en plus petit nombre dans des groupes de cellules accessoires entre ces deux noyaux, le plus grand étant le noyau circularis. Il existe deux types de cellules neurosécrétoires magnocellulaires, les cellules productrices d’ocytocine et les cellules productrices de vasopressine, mais un petit nombre peut produire les deux hormones. Ces cellules sont des neurones neuroendocrines, sont électriquement excitables et génèrent des potentiels d’action en réponse à une stimulation afférente.
Les cellules neurosécrétoires magnocellulaires chez le rat (où ces neurones ont été le plus étudiés) ont en général un seul long axone variqueux, qui se projette vers l’hypophyse postérieure. Chaque axone donne naissance à environ 10 000 terminaisons neurosécrétoires et à de nombreux renflements axonaux qui stockent un très grand nombre de vésicules contenant des hormones. Ces vésicules sont libérées des renflements axonaux et des terminaisons nerveuses par exocytose en réponse à l’entrée de calcium par les canaux ioniques voltage-dépendants, qui se produit lorsque les potentiels d’action se propagent le long des axones.
Les cellules ont généralement deux ou trois longues dendrites, qui contiennent également de grandes dilatations et une très forte densité de vésicules contenant des hormones. L’ocytocine et la vasopressine peuvent, ainsi, être libérées dans le cerveau à partir de ces dendrites, ainsi que dans le sang à partir des terminaux de l’hypophyse postérieure. Cependant, la libération d’ocytocine et de vasopressine par les dendrites ne s’accompagne pas systématiquement d’une sécrétion périphérique, car la libération dendritique est régulée différemment. La libération dendritique peut être déclenchée par la dépolarisation, mais aussi par la mobilisation des réserves de calcium intracellulaire. Les dendrites reçoivent la plupart des entrées synaptiques des neurones afférents qui régulent les neurones magnocellulaires ; typiquement, un neurone magnocellulaire reçoit environ 10 000 synapses de neurones afférents.