Comment les horloges de la rétine décryptent la lumière ? – Light-Clocks

La rétine constitue un modèle remarquable d'horloge circadienne car les fonctions de photoréception, d’horloge et les sorties physiologiques sont présentes au sein du même tissu. L’horloge rétinienne joue un rôle crucial dans l'adaptation de la physiologie rétinienne et la fonction visuelle aux changements du cycle environnemental. Son fonctionnement endogène repose sur l’existence de boucles moléculaires de régulation, impliquant les gènes de l’horloge, capables de fonctionner de façon autonome sur un rythme de 24 h et qui sont remarquablement résistants aux changements des conditions environnementales. En plus de sa fonction d’horloge, la rétine joue un rôle de synchronisateur de l’horloge centrale du SCN au cycle lumineux environnemental. L’information lumineuse est réceptionnée via les cônes, les bâtonnets et les cellules à mélanopsine (ipRGCs). Cependant, des études récentes suggèrent qu’aucun de ces photorécepteurs n’est impliqué dans l’entrainement de l’horloge rétinienne par la lumière. La rythmicité rétinienne repose sur un réseau d'horloges circadiennes fortement couplées et situées dans des couches cellulaires distinctes. Nos résultats récents montrent que 1) l'intégrité de l'horloge moléculaire est nécessaire pour le développement et la réponse à la lumière de la rétine et 2) en absence de mélanopsine, la lumière ne peut activer le système dopaminergique et induire l'expression des gènes de l’horloge. Pour générer un rythme circadien cohérent au niveau tissulaire, chaque horloge circadienne, localisée dans différents types de cellules rétiniennes doit être couplée avec les cellules/couches voisines. Cette cohérence, de la cellule au tissu, est fondamentale pour un fonctionnement optimal des fonctions circadiennes de la rétine. Les principaux objectifs de ce projet visent à :

1) Disséquer les mécanismes moléculaires de genèse du rythme cellulaire et identifier les facteurs de synchronisation. La capacité d'oscillation endogène des ipRGC, photorécepteurs, cellules de Müller sera analysée ainsi que leur contribution à l'oscillation globale de la rétine (invalidation conditionnelle de l'horloge moléculaire). Les mécanismes de couplage seront étudiés dans les sections transversales de rétine de souris Per2Luc en couplant de la bioluminescence et des approches pharmacologiques, avec un intérêt particulier pour la dopamine, un synchroniseur potentiel.

2) Déterminer quels photorécepteurs / voies sont impliqués dans les réponses physiologiques rétiniennes à la lumière : Pour modéliser la contribution relative de chaque photorécepteur impliqué dans la réponse à la lumière de l'horloge rétinienne, différentes irradiances et durées de lumières monochromatiques seront appliquées aux explants rétiniens de souris sauvages Per2Luc et déficientes en photorécepteurs. Notre résultat récent souligne le rôle des bâtonnets. Pour disséquer les voies de signalisation de la transmission de la lumière à partir de bâtonnets, des approches pharmacologiques et chemogénétiques seront combinées.

3) Analyser les changements transcriptionnels induits par la lumière dans les horloges rétiniennes : l’identification exhaustive des gènes régulés par la lumière dans chaque couche rétinienne sera réalisée par des approches génomiques chez des souris sauvages et déficientes en photorécepteurs, exposées à des stimulations monochromatiques. Les couches de la rétine seront isolées par microdissection au laser suivie par des analyses RNASeq. Les données de séquençage permettront d’identifier des transcrits induits par la stimulation lumineuse dans des couches cellulaires spécifiques en utilisant des techniques d'hybridation in situ en fluorescence. La lumière induit également un remodelage important de la chromatine, nous prévoyons de déterminer si un variant d'histone H2A.Z, spécifiquement supprimé dans les bâtonnets, est impliqué dans la réponse transcriptionnelle de la rétine à la lumière.