Mécanismes de couplage dans le système circadien multi-oscillant – Clock-coupling

La rythmicité circadienne est une propriété fondamentale des grandes fonctions de l'organisme. Des données récentes montrent que cette organisation temporelle n'est pas contrôlée par une horloge circadienne unique, mais par un réseau de structures oscillantes qui s'articulent en trois niveaux d'organisation. Une horloge cérébrale principale, la mieux connue, située dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN), est préférentiellement mise à l'heure par la lumière ambiante ; sa lésion (SCNX) provoque une arythmie comportementale. D'autres horloges existent dans le cerveau, dont une horloge alimentaire synchronisée par un nourrissage périodique. De nombreux tissus périphériques semblent également contenir des horloges capables d'oscillations auto-entretenues. - Ce nouveau concept d'un système circadien multi-oscillant soulève la question fondamentale de la régulation temporelle entre ses différents acteurs. Notre hypothèse est qu'à chaque niveau du système, la synchronisation d'un composant oscillant est associée à un rétrocontrôle sur la structure synchronisatrice. Nous testerons cette hypothèse d'un couplage (ou synchronisation réciproque) par une approche intégrée combinant des outils de biologie moléculaire et de physiologie à trois niveaux du système circadien: entre les deux régions neuropeptidiques des SCN, entre SCN et HA, et entre les horloges centrales (SCN et horloge alimentaire) et certaines horloges périphériques. - Premièrement, au sein des SCN, pour mettre en évidence le rôle synchroniseur de la région ventrale (à peptide intestinal vasoactif intestinal, VIP) sur la région dorsale (à vasopressine, VP), nous léserons chimiquement les neurones ventraux pour en évaluer les effets sur l'expression des rythmes circadiens en cycle jour/nuit, après décalage horaire (jet-lag) et en obscurité constante. Si la lésion des SCN ventraux affecte les rythmes circadiens en conditions jour/nuit, et non en libre cours, cela démontrera le rôle essentiel de la région ventrale dans la synchronisation des SCN dorsaux, mais pas dans la genèse des oscillations. Pour savoir si les projections VP jouent un rôle de couplage en retour sur les neurones ventraux, nous injecterons la VP ou des antagonistes V1 dans la région SCN ventrale pour en suivre les conséquences sur l'amplitude des rythmes circadiens. De plus, le rôle de la VP sera évalué par patch-clamp et enregistrements multi-électrodes sur tranches et cultures de faible densité de neurones SCN. L'injection de VP dans les SCN ventraux devrait réduire l'amplitude des rythmes circadiens in vivo et in vitro, ce qui démontrera le rétrocontrôle intra-SCN des projections à VP. - Deuxièmement, afin d'identifier le substrat neuro-anatomique de l'horloge alimentaire, nous déterminerons les régions cérébrales présentant des oscillations des gènes-horloges en synchronie avec l'heure du nourrissage périodique chez des rats, avec ou sans lésion des SCN. Ce criblage permettra de détecter des signaux oscillants dans une ou plusieurs structures cérébrales liées à l'HA. Leur lésion confirmera leur implication dans les mécanismes de l'HA. Des souris mutantes pour des gènes-horloges seront étudiées pour caractériser les acteurs moléculaires de l'horloge alimentaire. Une fois le site de l'horloge alimentaire identifié, nous analyserons son couplage avec les SCN chez des rats SCNX ou avec lésion de l'horloge alimentaire et soumis à plusieurs régimes alimentaires (ad libitum, restriction temporelle ou calorique). - Troisièmement, nous évaluerons la rythmicité in vivo des tissus périphériques par des prélèvements sanguins répétés chez un même rat SCNX et nourri à volonté. Les profils individuels de métabolites et hormones plasmatiques seront utilisés comme marqueurs de phase et de période des horloges périphériques et démontreront l'existence d'oscillations périphériques auto-entretenues in vivo. Des rats SCNX seront ensuite nourris à heure fixe pour restaurer une rythmicité comportementale. Si certains, voir