Implications moléculaires et neuronales de l'horloge biologique dans l’addiction à la nourriture : un éclairage nouveau dans la lutte contre l’obésité – ADDiCLOCK

Nous avons utilisé des souries mutantes pour le gène Rev-erb-alpha. De plus nous utilisons des animaux de type sauvage et transgéniques (souris) portant une construction d'ADN dans laquelle la protéine PER2 est fusionnée au gène rapporteur de la luciférase. Avec cette technique, nous pouvons mesurer en temps réel l'expression circadienne des gènes. Un avantage de cette technique est la mesure d'échantillons de tissus et de réduire le nombre d'animaux utilisés. Les rythmes circadiens (phase, période, amplitude) peuvent être mesurés sur des tissus ou des organes spécifiques en culture. La bioluminescence est enregistrée en permanence avec un système de détection et un photomultiplicateur (PMT; LumiCycle, Actimetrics). De plus, l’expression de gènes et protéines horloges sont déterminés par hybridation in situ ou RT-PCR. L'expression des protéines est évaluée par immunohistochimie ou Western blot.
Pour les régimes et diètes alimentaires nous utilisons un modèle d’alimentation «snacking« (grignotage). Dans ce paradigme les animaux ont le libre choix à un nourrissage haut en graisses et en sucre (dans l’eau boisson) vs. une nourriture standard et l'eau du robinet ordinaire (de l’anglais free-choice high-fat high-sugar diet ; fcHFHS, la Fleur et coll., 2010).
Les rythmes de l'activité locomotrice et de la température corporelle sont étudiés par télémétrie en utilisant des transpondeurs implantés dans la cavité thoracique des animaux (Actimetrics). De plus, des études comportementales liées à la récompense et à l’addiction (p.ex. préférence, sensibilisation) sont utilisés aussi

En travaillant sur des souris présentant une invalidation du gène Rev-erb-alpha, nous observons une augmentation de l’expression des neuropeptides orexines dans l’hypothalamus. Les orexines sont produites et libérées dans le cerveau par les neurones situés dans l’hypothalamus latéral, durant la phase active de l’animal (phase durant laquelle il se nourrit également). Nous sommes allés plus loin, en démontrant un lien moléculaire entre l’horloge et les orexines: Leur expression est régulée directement par Rev-erb-alpha à l’intérieur de chaque cellule. Plus important encore, cette augmentation est corrélée, du point de vue physiologique et comportemental, à une préférence accrue pour des nourritures appétissantes telles que l’eau sucrée ou le chocolat. Ces souris vont ainsi consommer ces sucreries en plus grande quantité que des souris normales, et vont rapidement présenter un surpoids. De plus, des tests d’addiction indiquent que les souris Rev-erb-alpha mutante présentent une motivation supérieure pour obtenir ces récompenses sucrées et vont même avoir des comportements de manque si on leur en interdit l’accès durant quelques jours : lorsqu’elles peuvent de nouveau trouver ces petits en-cas, elles se jettent dessus et en consomment sans modération. Comment expliquer que le dérèglement de l’horloge circadienne par invalidation de l’un de ses gènes clé, Rev-erb-alpha, puisse avoir de telles conséquences ? Nous démontrons que cet effet est la conséquence de l’augmentation des orexines dans l’hypothalamus latéral, puisque le comportement d’addiction revient à la normale suite à l’injection d’un antagoniste des orexines, ce qui réverse cet effet.

Une de perspectives, déjà en cours, est d’évaluer si une altération du système circadien peut induire des comportements compulsifs à une nourriture palatable ou de type cafétéria. Ainsi, des souris sauvages exposées à des changements brusques de cycle jour-nuit (modèle de travail posté ou de jet-lag sociale) seront soumises à une condition de préférence pour deux types de nourriture pour déterminer un comportement de prise alimentaire compulsive. Avec l'utilisation de souris transgéniques PER2:Luc, nous pouvons analyser l'expression rythmique du gène horloge PER2 in vivo. Nous développent une technique pour mesurer les rythmes circadiens de la bioluminescence chez les animaux se comportent librement, en utilisant une fibre polymère optique implantés dans la structure spécifique du cerveau, et relié à un comptage de photons appareil avec un système détecteur de PMT lumière.

Deux articles ont été publié (Addiction Biology; Frontiers in Psychiatry), et un papier a été soumis à Scientific Reports. Ces trois études couvrent largement la premier partie du projet, principalement on montre l’implication de un gène horloge (Rev-erb-alpha) comme un modulateur des systèmes cérébraux impliques dans la prise alimentaire et l’addiction (Addiction Biology), et aussi les effets aberrant de l’exposition à la lumière pendant la nuit sur le system circadien et la prise alimentaire (Scientific Reports).

Dans les pays industrialisés, on observe une augmentation de l'obésité liée probablement à des excès de prise alimentaire ou à un comportement compulsif pour des aliments caloriques. Au-delà du besoin métabolique, la palatabilité et la récompense sont considérés comme les principaux déterminants de la prise de certains aliments au goût agréable. La surconsommation des aliments hautement appétents peut altérer le fonctionnement du cerveau dans des régions spécifiques du circuit de la récompense (ex. la voie dopaminergique mésolimbique). Or, la consommation excessive de nourriture montre des parallèles étonnants avec l’abus de drogues telle que la cocaïne. Les mécanismes neuronaux et moléculaires impliqués dans «l’addiction à la nourriture» ne sont pas entièrement connus. Dans le cerveau, la prise alimentaire est régulée par deux mécanismes compensatoires, l’un homéostatique et l’autre hédonique. De plus, la prise alimentaire est également modulée par l'horloge circadienne dans les noyaux suprachiasmatiques de l'hypothalamus (SCN). De façon intéressante, les SCN, et leur machinerie moléculaire (expression rythmique de gènes horloge), sont impliqués dans la régulation de la consommation de drogues, et probablement aussi dans la prise compulsive de nourriture. Les mécanismes circadiens, moléculaires et neuronaux impliqués dans l’addiction à la nourriture ont encore trop peu été explorés en dépit de premiers résultats prometteurs. L’activité circadienne des SCN, synchronisée principalement par le cycle lumière-obscurité, est construite par des boucles moléculaires de l’expression des gènes horloges. Le récepteur nucléaire Rev-erb-alpha est un gène circadien clé pour le fonctionnement de l’horloge et joue un rôle essentiel pour le lien moléculaire entre les rythmes circadiens, le métabolisme et le comportement. Ainsi, Rev-erb-alpha semble apparaître comme un bon candidat pour la régulation des comportements alimentaires de type compulsif. Cependant, le rôle de Rev-erb-alpha dans le cerveau n’est pas totalement connu, et il peut être important pour la compréhension de l’implication du système circadien dans les troubles compulsifs à la nourriture et, par conséquent pour la proposition de traitements de nouvelle génération contre l'obésité. Pour cela, nos objectifs sont (1) d’évaluer les effets de la prise de nourriture palatable sur l’expression du gène horloge Rev-erb-alpha a niveaux centrale ; (2) de caractériser si l’invalidation du gène Rev-erb-alpha (mutation) peut conduire à une prise compulsive de nourriture palatable et en comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires ; (3) d’évaluer si une altération du système circadien, par des changements brusques du cycle jour-nuit (modèle jet-lag ou travail posté), induit des altérations sur la préférence et la consommation de nourriture hypercalorique ; (4) d’étudier les effets de la lumière (synchroniseur important du système circadien) sur la resynchronisation des rythmes perturbés et sur la prise alimentaire chez des animaux avec des altérations circadiennes (modèle jet-lag, mutant gène horloge), et comprendre les mécanismes centraux d’action de ce synchroniseur sur la prise alimentaire (compulsive). Notre étude permettra de comprendre, l’implication du système circadien dans la consommation compulsive de nourriture conduisant au développement de pathologies métaboliques comme l’obésité, et de proposer des traitements préventifs (photothérapie).