Comprendre le fonctionnement de l'horloge circadienne par l'étude de trois de ses sorties : les rythmes de sécrétion de mélatonine et de corticostérone, et le rythme d'activité locomotrice

Understanding the circadian clock organisation by using three of its ouputs : the melatonin, the corticosterone and the locomotor activity rhythms

• Auteur / Autrice : Laurent Tritschler
• Direction : Michel Saboureau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Animaux de laboratoire

Rongeurs

Corticostérone

Mélatonine

Noyau suprachiasmatique

Mammifères

Rythmes circadiens

Résumé

Chez les Mammifères, l’horloge située dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN), délivre une rythmicité à l’organisme, par des sorties hormonales (sécrétion de mélatonine/corticostérone) et comportementales (activité locomotrice). Nous voulons étudier l’organisation fonctionnelle des SCN, en suivant ces trois rythmes après une application de mélatonine exogène, ou un changement de photopériode. Chez le rat, une injection de mélatonine exogène à la transition jour/nuit induit une augmentation durable de l’amplitude de la sécrétion de mélatonine endogène, mais n’affecte pas la sécrétion de corticostérone : les SCN sont donc fonctionnellement subdivisés. Des rats ont été soumis à l’une des trois photopériodes suivantes : 16 h de lumière-8 h d’obscurité (LD 16:8), LD 12:12 et LD 8:16. Le pic de sécrétion de mélatonine est d’autant plus tardif que la durée de la nuit augmente. Il en est de même pour la sécrétion de corticostérone et l’activité locomotrice. Des Arvicanthis (rongeurs diurnes) ont été placés en LD 16:8 ou en LD 8:16. La sécrétion de corticostérone et l’activité locomotrice varient avec la photopériode et présentent deux pics situés aux transitions jour/nuit et nuit/jour. Nous montrons que la sécrétion de corticostérone est une sortie saisonnière de l’horloge  et que l’horloge est affectée globalement par les variations de la photopériode. Les décalages de phase observés sont équivalents pour les trois rythmes. De ces résultats émane un modèle d’organisation fonctionnelle des SCN, qui seraient constitués de deux ensembles de neurones. Le premier serait le mécanisme central de l’horloge, alors que le second ensemble, dépendant du premier, serait constitué de sous-ensembles régissant chacun une sortie de l’horloge. Ainsi, l’application de mélatonine n’affecterait que le sous-ensemble contrôlant la sécrétion de mélatonine. La variation de la photopériode agirait sur le premier ensemble et retentirait de façon équivalente, sur plusieurs rythmes.

In mammals, the master clock located in the suprachiasmatic nuclei (SCN), delivers rhythmicity to the whole body by hormonal (melatonin/corticosterone secretions) and behavioural outputs (locomotor activity). To study the functional organisation of the SCN, these three rhythms were followed after application of exogeneous melatonin or photoperiod changes. In rats, an injection of exogeneous melatonin at the light/dark transition induced a long-term increase of the amplitude of the endogenous melatonin secretion. This injection did not affect corticosterone secretion. These results show that the SCN are functionally subdivided. Rats were kept to one of the following photoperiods: 16 hrs light-8 hrs dark (LD 16:8), LD 12:12 and LD 8:16. The peak of melatonin secretion appears later when the night duration increases. The same observations were made for corticosterone and locomotor activity profiles. Arvicanthis (diurnal rodents) were kept in LD 16:8 or in LD 8:16. Corticosterone secretion and locomotor activity were both affected by photoperiod, they presented two peaks located at light/dark and in dark/light transitions. In both species, we showed that corticosterone secretion is a seasonal clock output and that the clock is globally affected by variations of photoperiod. The phase shifts observed are the same for the three rhythms. These results allow us to propose a model of the functional organisation of the clock, which could be constituted of two groups of neurons. The first one could be the central mechanism of the clock and the second group, under the control of the first one, could be constituted of sub-groups each one of them controlling a clock output. In this model, application of melatonin at the light/dark transition only affects the sub-group which controls specifically melatonin secretion. Variation of the photoperiod affects the first group inducing similar changes in several outputs of the clock.