Circuits neuronaux controllant la modulation circadienne de l'activité locomotrice chez un vertébré diurne – CIRCOLOCO

La plupart des fonctions biologiques suivent un rythme proche de 24 heures, le rythme circadien, contrôlé par une horloge interne entrainée par la lumière. L’horloge circadienne contrôle notamment la présence/absence de mouvements. Notre consortium, constitué d’une experte du rythme circadien (E.Cau) et d’une spécialiste de l’activité locomotrice (C. Wyart), analysera si, en plus de ce contrôle quantitatif, le système circadien contrôle les aspects qualitatifs de l’activité locomotrice tels que le type de mouvements et leur organisation en chaînes, en utilisant la larve de poisson zèbre, un vertébré diurne. En particulier, nous avons récemment caractérisé deux styles locomoteurs différents dits ‘cruising’ (locomotion droite) et ‘wandering’ (dans lequel la larve tourne beaucoup plus) dont nous postulons qu’ils pourraient prédominer respectivement le jour et la nuit.
L’ablation de la glande pinéale perturbe le rythme circadien de nombreuses espèces. Nous avons obtenu de fortes indications que chez la larve de poisson zèbre, la glande pinéale pourrait contrôler l’établissement des rythmes circadiens et leur régulation par la lumière. Nous étudierons ces rôles de la glande pinéale ainsi qu’une implication dans le contrôle des aspects qualitatifs du mouvement (aim1).
Comment la glande pinéale peut-elle agir sur la locomotion ? Une des fonctions majeures de la glande pinéale est la sécrétion nocturne d’une neurohormone : la mélatonine. Cependant, chez les vertébrés inférieurs et les mammifères aux stades fœtaux, la glande pinéale envoie aussi des projections axonales dont la fonction est inconnue. Nous avons récemment observé une projection de la glande pinéale sur le tubercule postérieur qui est l’équivalent de la substance noire chez les mammifères, un centre dopaminergique impliqué dans l’étiologie de la maladie de Parkinson. Le tubercule postérieur est directement impliqué dans le contrôle locomoteur : il projette sur le MLR (Mesencephalic Locomotor Region) dont nous avons récemment montré qu’il promeut la locomotion. Nous analyserons l’ensemble des sites de projection de la glande pinéale chez la larve de poisson zèbre avec une attention particulière pour d’autres éléments clés des circuits locomoteurs sur lesquels la glande pinéale projette chez le poisson zèbre adulte. Nous analyserons le rôle la mélatonine (aim2) et des projections neuronales(aim3) opérant en aval de la glande pinéale dans les contrôles quantitatifs et qualitatifs (type de mouvements, chaines de mouvements) des rythmes locomoteurs circadiens.
Enfin, le rythme circadien est contrôlé par une boucle transcriptionnelle qui fonctionne dans chaque cellule. Nous utiliserons une approche innovante d’imagerie pour suivre l’activité de cette horloge moléculaire. Cette approche nous permettra de comprendre si la mélatonine modifie la phase de l’horloge dans des cellules cibles localisées dans le circuit locomoteur (aim2) et si l’activation des neurones de la glande pinéale modifie la phase de l’horloge moléculaire dans ses cibles neuronales (aim3).
Notre programme de recherche contribuera à comprendre comment la glande pinéale contrôle l’activité d’un centre locomoteur dopaminergique impliqué dans la maladie de Parkinson et le syndrome des jambes sans repos, deux maladies associant symptômes moteurs et circadiens. Notre étude, effectuée chez un vertébré diurne, inspirera de futures études utilisant les mammifères. De manière générale, l’observation d’un contrôle qualitatif de l’activité locomotrice par le rythme circadien représenterai une avancée conceptuelle majeure, ouvrant la possibilité que différents sous-circuits neuronaux soient activés à différents moments du cycle jour/nuit. Enfin, notre étude fournira un cadre conceptuel pour comprendre le mécanisme de contrôle d’un comportement « simple » par le rythme circadien.