Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Horloges circadiennes périphériques“

Mon travail de thèse a consisté en la caractérisation des mécanismes de synchronisation des horloges circadiennes par les informations alimentaires. Les noyaux suprachiasmatiques (SCN) et l’horloge alimentaire (FEC) sont deux horloges circadiennes centrales. Nos recherches ont porté sur l’interprétation de différents synchroniseurs par les SCN. Puis nous avons recherché le substrat anatomique de la FEC par la technique du 2-Désoxyglucose. Nous avons étudié l’importance relative des différentes sorties de la FEC (activité locomotrice, corticostérone). Nous avons établi que le gène horloge Per2 est un acteur majeur de la synchronisation alimentaire. Enfin, nous avons montré que les protéines PER1 et PER2, ne sont ni exprimées de manière homogène dans le système nerveux central, ni ne réagissent de manière identique à une restriction alimentaire. Ces travaux ont apporté une meilleure compréhension de la synchronisation alimentaire, ouvrant de nombreuses perspectives dans ce domaine
My thesis aimed at characterizing the mechanisms of food synchronization in circadian clocks. The suprachiasmatic nuclei of the hypothalamus (SCN) and the food entrainable clock (FEC) are two recognized central circadian clocks. Our research established how various synchronizer are interpreted by the SCN. We then looked for the anatomic substrate of the FEC using the 2-Deoxyglucose technique. We studied the relative importance of various outputs of the FEC (locomotor activity, corticosterone). We demonstrated that the clock gene Per2 is a major actor of food synchronization. Finally, we showed that PER1 and PER2 proteins are neither uniformly expressed in the central nervous system, nor equally influenced by changes in food availability. Our work brought a better understanding of food synchronization and open new perspectives in this field

Les horloges circadiennes, présentes dans les cellules de pratiquement tous les êtres vivants, sont essentielles dans la régulation rythmique de nombreux processus biologiques. Le bon fonctionnement des organismes dépend de la cohérence de phase de ces oscillateurs génétiques. Pourtant, chez les mammifères, les mécanismes sous-jacents à la synchronisation des horloges périphériques demeurent méconnus. Cette thèse se concentre sur l'étude de la synchronisation des horloges circadiennes périphériques des mammifères et sur l'analyse de la dynamique du cycle circadien. Dans un premier temps, nous supposons que les horloges périphériques sont capables d'assurer leur synchronisation grâce à des mécanismes de couplage, comparables à ceux observés entre les cellules de l'horloge centrale. Nous étudions cette hypothèse numériquement, à l'aide d'un modèle d'un réseau d'horloges périphériques couplées, construit avec des équations différentielles ordinaires. Nos simulations nous permettent d'identifier des facteurs favorisant la synchronisation des oscillateurs circadiens. Dans un second temps, nous nous focalisons sur la dynamique d'un unique cycle circadien, que nous caractérisons théoriquement via la construction d'un modèle affine par morceaux approximant un modèle continu construit avec des termes d'action de masse. Notre approche repose sur l'identification d'une séquence de transitions périodique entre les régions de l'espace de phases discrétisé du modèle continu et sur le développement d'un algorithme calculant des valeurs réelles de seuils qui garantissent une trajectoire périodique aux oscillateurs du modèle affine par morceaux et la reproduction des principales propriétés qualitatives des cycles circadiens. Nous proposons ensuite une méthode générale et automatisée pour caractériser la dynamique de n'importe quel cycle circadien dont les séries temporelles des (complexes de) protéines CLOCK:BMAL1, REV-ERB et PER:CRY sont connues. Notre méthode sert d'outil pour tester et comparer les dynamiques de différents cycles circadiens, tout en mettant en évidence des propriétés qu'ils partagent. Ces méthodes nous permettent finalement de mieux comprendre l'influence du couplage sur la dynamique des cycles d'un réseau d'horloges périphériques
Circadian clocks, present in the cells of virtually all living beings, are essential for the rhythmic regulation of many biological processes. The healthy functioning of organisms depends on the phase coherence of these genetic oscillators. However, in mammals, the mechanisms underlying the synchronization of peripheral clocks remain poorly understood. This thesis focuses on the study of the synchronization of mammalian peripheral circadian clocks and on the analysis of circadian cycle dynamics.First, we hypothesize that peripheral clocks can achieve synchronization through coupling mechanisms, comparable to those observed between central clock cells. We investigate this hypothesis numerically, using a model of a network of coupled peripheral clocks, constructed with ordinary differential equations. Our simulations lead to the identification of factors promoting the synchronization of circadian oscillators. Secondly, we focus on the dynamics of a single circadian cycle, which we characterize theoretically through the construction of a piecewise affine model approximating a continuous model including mass action terms. Our approach is based on the identification of a sequence of periodic transitions between regions of the discretized phase space of the continuous model, and on the development of an algorithm generating real threshold values that guarantee a periodic trajectory for the oscillators of the piecewise affine model and the reproduction of the main qualitative properties of circadian cycles. We then propose a general and automated method for characterizing the behaviour of any circadian cycle whose time series of CLOCK:BMAL1, REV-ERB and PER:CRY protein (complexes) are known. Our method provides a benchmark for testing and comparing the dynamics of different circadian cycles, while highlighting properties they share. Finally, these methods allow us to better understand the influence of coupling on the cycle dynamics of a network of peripheral clocks

La séquence des événements moléculaires engendrés par des perturbations de signaux externes qui peuvent affecter les horloges circadiennes, et générer des pathologies restait peu connue. Durant ma thèse, j’ai démontré au niveau moléculaire, comment déplacer l’horaire de l'alimentation chez la souris de la phase active à la phase de repos, altère le métabolisme à la suite d’une hypoinsulinémie durant la phase active, ce qui provoque une activation de PPARα qui reprogramme le métabolisme et l'expression de RevErbα et qui de ce fait décale l’horloge de 12h dans les tissus périphériques. Notamment, l’absence de PPARα dans le noyau suprachiasmatique empêche le décalage de l’horloge centrale. Ainsi, les phases d’activité et de repos contrôlées par l’horloge centrale ne sont plus alignées avec l'expression des gènes contrôlée par les horloges périphériques. Ce non-alignement crée un syndrome métabolique similaire à celui observé chez des individus soumis à des horaires de travail décalés
The sequence of molecular events through which alterations in externals cues may impinge on circadian clocks, and generate pathologies, was mostly unknown. During my thesis work, I have molecularly deciphered, how switching feeding in mice, from the “active” to the "rest" phase [Restricted Feeding (RF)] , alters the metabolism through hypoinsulinemia during the “active” phase, leading to increased PPARα activity, thereby reprograming both metabolism and RevErbα expression and leads to a 12h circadian clock-shift in peripheral tissues.Most notably, the lack of PPARα expression in the suprachiasmatic nuclei (SCN) prevents a shift of the central clock. Therefore, the “active” and “rest” phases controlled by the SCN clock and gene expression controlled by the peripheral circadian clocks are misaligned. Most interestingly, this misalignment generates a metabolic syndrome-like pathology, similar to that associated with shiftwork schedules

La spécificité de la communication phéromonale chez les lépidoptères nocturnes en fait un bon modèle pour l’étude des bases moléculaires de la réception olfactive. Ce travail a permis d’identifier une diversité de gènes olfactifs antennaires chez les noctuelles, par des approches de clonage par homologie et par l’analyse d’une banque d’EST. Par leur diversité et leur action séquentielle ou combinée, les Pheromone-Binding Proteins, les récepteurs phéromonaux, et les enzymes de dégradation des phéromones (PDE) interviendraient comme « filtres » successifs pour assurer la spécificité de la reconnaissance. Pour étudier l’origine des rythmes comportementaux d’attraction par la phéromone, l’existence d’un contrôle périphérique a été recherchée. Une horloge antennaire, un rythme circadien de la réponse antennaire aux phéromones et la transcription d’une PDE sous le contrôle d’une horloge ont été mis en évidence. Cependant, leur lien avec le rythme olfactif comportemental reste donc à établir.

Ce travail avait pour objet d’étudier les propriétés d’horloge et de synchronisation de la peau, un modèle potentiel d’horloge périphérique. L’activité rythmique a été analysée par bioluminescence en temps réel, sur des explants de peau abdominale et des fibroblastes dermiques primaires, isolés à partir de rats transgéniques Per1-luciférase. Nous avons montré que des explants de peau présentent une activité rythmique soutenue en culture, indiquant une importante synchronisation interne dans le tissu. Cette synchronisation se manifeste au cours du développement post-natal à partir de 1 mois et augmente jusqu’à 6 mois, avant de décroître, laissant place à des rythmes altérés à l’âge de 2 ans. Nous avons aussi établi que les fibroblastes dermiques présentent la propriété de compensation thermique commune à toutes les horloges circadiennes, et qu’ils sont potentiellement synchronisables par la mélatonine puisque celle-ci augmente leur amplitude en culture. Nous avons aussi préparé un vecteur lentiviral exprimant le gène rapporteur luciférase sous le contrôle du promoteur du gène horloge Bmal1, un nouvel outil pour compléter l’étude des rythmes dans les cellules de la peau
This work aimed to investigate the skin as a potential model of peripheral clock by characterizing its rhythmic and synchronization properties. Circadian activity was examined in abdominal skin explants and fibroblasts derived from Per1-Luciferase transgenic rats by real-time recording of bioluminescence. First, the skin clock was characterized from early postnatal to old age. Low amplitude oscillations appeared at 1 month only and their robustness increased until 6 months. In 1-2 year-old rats, skin circadian rhythms showed decreasing amplitude and abnormal cycles. Primary fibroblasts derived from the skin at the same ages demonstrated similar pattern of clock activity. Temperature compensation, an intrinsic clock feature, was shown the first time in skin and primary fibroblasts. Secondly, we demonstrated a phase-dependent effect of melatonin to increase the amplitude of oscillations in skin primary fibroblasts, indicating it displays a synchronising role in the circadiansystem. Finally, to facilitate our studies on the multioscillatory skin tissue, we constructed a lentivirus carrying a Bmal1-luciferase reporter, to measure clock genes activities in human skin cells