Dissertationen zum Thema „Perturbation du rythme circadien“

Le rythme circadien (RC) est défini comme un comportement chrono-biologique. De nombreuses fonctions biologiques et physiologiques peuvent lui être attribuées. Des perturbations du RC sont notamment associées à une augmentation de l'incidence de certaines maladies (diabète, cancers ou maladies cardiovasculaires). Au niveau cellulaire, ces altérations conduisent à des modifications de grandes fonctions comme la prolifération et la différenciation. Dans ce contexte, notre travail a consisté à évaluer le rôle joué par les acteurs du RC sur la régulation des propriétés fonctionnelles de cellules humaines, les cellules souches mésenchymateuses (hCSMs) et les progéniteurs endothéliaux circulants (PECs). Deux approches expérimentales ont été utilisées, l'une chimique utilisant un modulateur de RC, le BIO, inhibiteur spécifique de la protéine GSK-33 et l'autre moléculaire utilisant les shARN spécifiquement dirigés contre les gènes horloges CLOCK et PER2. Nous avons mis en évidence, in vitro, le rôle des gènes horloges dans le maintien des hCSMs indifférenciées et dans le contrôle de leur différenciation adipocytaire, sans modification des capacités de différenciation ostéocytaire. Dans le modèle des PECs, l'inhibition de l'expression de PER2 induit une inhibition significative des capacités migratoires, invasives et de la formation des tubes in vitro. L'inhibition de l'expression de CLOCK affecte négativement les propriétés de migration des PECs. Ces résultats suggèrent que le RC régule les capacités fonctionnelles de différenciation, de prolifération et de migration de cellules souches ou progénitrices humaines
The circadian rhythm (CR) is defined as a chrono-biological behavior. Numerous biological and physiological functions may be attributed to it. Also, disturbances of the CR are associated with an increase of the impact of specific diseases (diabetes, cancer or cardiovascular diseases). At a cellular level, those alterations lead to great functional modifications like proliferation and differentiation. In this context, our work is aimed at evaluating the rote of the different components of CR involved on the regulation of functional properties in human cells: the mesenchymal stem cells (hMSCs) and the circulating endothelial progenitors (CEPs). We have two experimental approaches; the first one is chemical and uses a CR modulator, the BIO, a GSK-313 protein specific inhibitor. The other one, a motecular approach, uses a shRNA specifically inhibiting CLOCK and PER2 genes expression. We show, in vitro, the rote of clock genes for the maintenance of the maintenance of the undifferentiated state of hMSCs and for the control of their differentiation into adipocytes, without any modification of their ability to differentiate into osteocytes. In the CEPs model, the knockdown of PER2 expression induces a significant inhibition of the migratory and invasive capacities, and of the tube formation in vitro. The inhibition of CLOCK expression negatively affects the migratory properties of CEPs. Those results suggest that the CR regulates the functional capacities such as differentiation, proliferation and migration of human stem or progenitor cells

L'etude de la temperature rectale ou orale nocturne et diurne montre l'importance de la stabilite du rythme circadien de temperature corporelle lors de diverses situations experimentales chez l'homme: decalage horaire du sommeil, reveils nocturnes et privation de sommeil. Les resultats montrent qu'il existe une difference dans les reponses aux situations imposant les decalages horaires les plus perturbants entre les gens dits du matin et les gens du soir

BMAL1, une protéine centrale de l'horloge circadienne.L’inactivation de BMAL1 (BMAL1-KO) entraîne une perte complète de la rythmicité dans les horloges central et périphérique. Le travail de ma thèse se concentre sur le rôle du gène BMAL1 dans la développement et le traitement des cancers du sein et du côlon.1. Pharmacodynamique in vitro de l’Everolimus en fonction du temps d’administration malgré une horloge circadienne défectueuse ((Zhang et al., 2018) (Zhang, Levi and Chang, 2018)L’everolimus (EV) est un inhibiteur de la mTOR chez les mammifères et il est utilisé pour traiter le cancer du sein positif aux oestrogènes (ER+). Nous avons focalisé nos recherches sur la chronopharmacologie de l’Everolimus administré sur des cellules MCF-7 (ER+). Les MCF-7 présentent une oscillation circadienne de l’activité de mTOR sans mise en évidence d’une oscillation des gènes d’horloge. L’oscillation d’activité de mTOR induirait une oscillation de synthèse et/ou de phosphorylation de protéines importantes dans la progression de la phase G1, notamment la Cycline D1 et RB phosphorylée. Ces variations rythmiques des MCF-7 synchronisées expliquent la chrono-efficacité de l’Everolimus selon des temps différents d’administration.Ce travail a révélé que même dans un système de cellules cancéreuses dont l’horloge était perturbée, l'intégration d'autres rythmes cellulaires dans la chronothérapie pouvait augmenter l'efficacité du médicament. Ce principe peut être appliqué à des traitements du cancer pour optimiser la chronothérapie du cancer.2. Le Knockdown BMAL1 a déclenché différents destins de cellules du carcinome du côlon (CRC) en modifiant l'équilibre délicat entre les voies AKT / mTOR et P21 / P53 (Article soumis)Premièrement, nos résultats ont révélé que le knockdown BMAL1 par le shRNA (BMAL1-KD) avait déclenché une activation plus évidente de l’AKT / mTOR dans deux lignées cellulaires primaires (HCT116 et SW480) que une lignée métastatique de CRC, SW620. De plus, bien que les deux lignées cellulaires primaires de CRC aient présenté une augmentation significative de l'activité de l'AKT/mTOR, elles avaient des statuts différents de P53 (WT ou mutant). Dans ce contexte, les cellules SW480 BMAL1-KD avec P53 mutant présentaient une sénescence accrue, mais les cellules HCT116 BMAL1-KD avec P53 WT présentaient d’abord une apoptose transitoire, puis un taux de prolifération plus élevé.Ainsi, nos travaux ont révélé le rôle crucial de BMAL1 pour équilibrer un régulateur central du métabolisme AKT / mTOR et une voie de réponse au stress P53 / P21 dans des lignées cellulaires de CRC, ce qui met en évidence l’importance de BMAL1 dans le développement de CRC et la progression du vieillissement.3. BMAL1 renforce les propriétés épithéliales et diminue la chimiorésistance des cellules du CRC (article en préparation)La transition épithélo-mésenchymateuse (EMT) est un événement critique dans l'invasion et la métastase des carcinomes, y compris le CRC.Dans ce travail, nous avons étudié comment BMAL1 knockdown (Bmal1-KD) altère l’équilibre délicat entre les propriétés épithéliales et mésenchymateuse de trois lignées cellulaires de CRC (HCT116, SW480 et SW620).Après BMAL1-KD, la diminution de l’expression Twist, un facteur de transcription favorisé l’EMT et des marqueurs mésenchymateux (N-Cadhérine, Vimentine) étaient associées à une expression accrue des marqueurs épithéliaux (E-cadhérine, CK20 et EpCAM). De manière constante, l'augmentation de l'expression de l’E-cadhérine après BMAL1-KD était accompagnée d'une co-localisation membranaire accrue de la β-caténine avec l'E-cadhérine, ainsi que d'une diminution de la localisation nucléaire de la β-caténine, suggérant une diminution de l'activation de la voie Wnt. De plus, les cellules BMAL1-KD ont montré une diminution des capacités de migration et de la résistance aux médicaments.Au total, ces données soulignent l’importance de BMAL1 dans l’EMT des cellules de CRC
BMAL1 is a core circadian clock protein, forming a heterodimer with CLOCK to initiate the transcription of circadian and output genes. Among canonical clock genes, only BMAL1 knockout results in complete loss of rhythmicity in both the SCN and peripheral tissues. My thesis work focuses on exploring the important role of BMAL1 in human breast and colon cancer progression and treatment. My work is divided into three main parts:1. Dosing time dependent in vitro pharmacodynamics of Everolimus despite a defective circadian clock (Zhang et al., 2018)(Zhang, Levi and Chang, 2018) Everolimus (EV) is an inhibitor of mammalian target of Rapamycin (mTOR) and is used to treat estrogen positive (ER+) breast cancer. Here, we investigated whether EV efficacy varied according to administration timing by using the ER+ breast cancer cell line MCF-7 as a model system. Serum shock synchronization induced a circadian oscillation in mTOR activity in MCF-7 cells, which rhythmically regulated the synthesis or phosphorylation of key G1 progression proteins, such as Cyclin D1 and phosphorylated RB, ultimately resulting in different G0/G1 blockage efficiency according to different EV administration timing. Thus, the different delivery schedule of EV presented different efficacy in G0/G1 phase blockage in serum shocked MCF-7 cells.This investigation revealed that, even in a breast cancer cell system with disrupted circadian organization, modulating drug administration according to other protein rhythms could still increase drug efficacy. This principle may be applied to many other cancer systems and treatment types to optimize cancer chronotherapy.2. Knockdown BMAL1 triggered different colon carcinoma cells fates by altering the delicate equilibrium between AKT/mTOR and P21/P53 pathways (Article in preparation)We tried to evaluate in vitro how knockdown BMAL1 (BMAL1-KD) by shRNA influences human colorectal cancer cell (CRC) behavior.The results revealed that BMAL1-KD triggered different CRC cell fates based on distinct p53 status in different cell lines. First, after BMAL1 knockdown, two primary CRC cell lines (HCT116 and SW480) presented a more evident AKT/mTOR activation than the metastatic colon carcinoma cell line, SW620. Furthermore, although both primary CRC cell lines presented a significant increase of AKT/mTOR activity, they had different P53 status (WT or mutant) and activation pattern. Under these context, SW480 BMAL1-KD cells exhibited increased senescence but HCT116 BMAL1-KD cells showed firstly a transient apoptosis and then higher proliferation rate.Thus, our work uncovered the crucial role of BMAL1 to balance a central metabolism regulator AKT/mTOR and a stress response pathway P53/P21 in CRC cell lines, which highlighted the importance of BMAL1 in CRC development and aging progression.3. BMAL1 knockdown leans epithelial–mesenchymal balance toward epithelial properties and decreased the chemoresistance of colon carcinoma cell (Article in preparation)Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a critical early event in the invasion and metastasis of carcinoma, including colorectal cancer (CRC). In this work, we studied how BMAL1-KD alters the delicate equilibrium between epithelial and mesenchymal properties of three colon carcinoma cell lines (HCT116, SW480 and SW620).The results showed the molecular alterations after BMAL1-KD promote mesenchymal-to-epithelial transition-like changes mostly appeared in two primary CRC cell lines (HCT116 and SW480) compared to the metastatic cell line SW620. Subsequently, BMAL1-KD HCT116 and SW480 cells harbored a decreased migration, invasiveness and drug resistance capacities relative to their scramble counterpart cells. All these data suggested the importance of BMAL1 on EMT inducing in colon carcinoma cells

Chez le mammifère, le rythme circadien endogène combiné avec le cycle lumière-obscurité constituent les meilleurs facteurs pour prédire où se trouvera la position du cycle veillesommeil par rapport au jour terrestre. Chez l’humain, dans la société actuelle fonctionnant 24 heures sur 24, l’horaire des épisodes veille-sommeil sera organisé selon les exigences professionnelles, familiales, et académiques. Ceci peut créer une situation appelée mésalignement circadien, qui se produit lorsque l’horaire interne (rythme circadien endogène) ne concorde pas avec l’horaire des activités ou temps astronomique. Durant les dernières années, deux problématiques causées par le mésalignement circadien sont devenues des préoccupations de santé publique. Tout d’abord, le travail de nuit suscite l’inquiétude de par l’accumulation d’évidences démontrant son effet néfaste sur la santé, notamment son effet cancérigène. Une deuxième problématique a été soulevée plus récemment concernant l’horaire des cours chez les adolescents. En effet, la communauté scientifique et médicale a récemment statué à l’effet que les horaires de cours au secondaire n’étaient pas adaptés au besoin de sommeil des adolescents, conduisant ultimement à une dette de sommeil partielle chronique. Considérant que ces deux problématiques touchent largement les pays industrialisés, il existe un vif intérêt de préciser les facteurs individuels modulant la réponse à ces horaires problématiques de même que des stratégies favorisant l'adaptation au quart de nuit. Les objectifs généraux de cette thèse par articles scientifiques étaient donc d’évaluer comment le chronotype pourrait faire partie des facteurs critiques quant à l'adaptation à ces horaires, de même que de quelle façon une intervention prônant l’exposition judicieuse à la lumière à courtes longueurs d’onde durant la nuit combinée au blocage de la lumière à courtes longueurs d’onde durant le jour peut être utilisée comme stratégie d'adaptation au quart de nuit. Le premier article présenté dans cette thèse démontre que les adolescents bénéficieraient d’un horaire scolaire plus tardif, et que, comparés aux autres chronotypes, les types Soir sont plus à risque de somnolence. Le deuxième article compare l’effet des quarts de nuit vs. des quarts de jours sur le sommeil et l’activité motrice des travailleurs rotatifs, et démontre que les types Soir dorment moins bien que les Types Intermédiaires, et ce pour les deux types de quarts. Finalement, le troisième article présente les résultats de deux études pilotes testant l’effet d’interventions lumineuses à courtes et longues longueurs d’onde sur le sommeil, la somnolence, la vigilance et le rythme circadien endogène (via le profil de sécrétion de mélatonine) dans le but d’améliorer l’adaptation au travail de nuit. Les résultats de ce troisième article démontrent que l’ajustement partiel de l’horloge circadienne centrale n’est pas suffisant pour améliorer le sommeil, la vigilance et la somnolence des travailleurs de nuit. On démontre également que les types Soir, bien que mieux adaptés en terme de rythme circadien endogène, présentaient un moins bon sommeil et plus de somnolence que les types Intermédiaire.
The sleep-wake cycle of mammals is usually organized according to two principal factors: the endogenous circadian rhythm, and the light-dark cycle. Humans are on the other hand living in a 24-h society, and will organize their sleep-wake schedule based on their work and school schedule. This can lead to circadian misalignment, which happens when one’s endogenous circadian rhythm is not in phase with external or astronomical time. In the past years, two situations caused by circadian misalignment have raised public health concerns. First, night work is considered as a risk factor for numerous health problems and has been linked more recently to cancer. A second preoccupation regards adolescent school schedules, which have been stated by the scientific community to be not adequate for adolescent’s sleep needs. Considering that these two problematic situations affect a large proportion of the population in industrialized countries, there is a keen interest to find factors modulating adaptation to these schedules, and to test strategies to improve adaptation to night work. The main objectives of this thesis was therefore to assess how chronotype is a factor modulating adaptation to these schedules, and to evaluate how exposure to short wavelengths of light during the night combined with cutting short wavelengths during the day can enhance adaptation to night shifts. The first article presented in this thesis reveals that adolescents’ sleep would beneficiate from a later school schedule, and that evening chronotypes are more at risk for sleepiness. The second article of this thesis compares the effect of night vs. day shifts on sleep and motor activity in shift workers, and demonstrate that evening chronotypes have more sleep problems in both type of shifts. The third article present results from two pilot studies testing light interventions (using short and long wavelengths light) aiming to increase adaptation to night work. Results from this article demonstrate that improving sleep and waking hours in shift work necessitates more than the sole adjustment of the circadian phase to the night shift; evening chronotypes, though better adjusted to the night schedule, were presenting more problems in sleep and functioning during waking hours.