No description available.

La mélatonine est connue pour agir directement sur l’horloge circadienne. L’agomélatine est un antidépresseur présentant des propriétés agonistes MT1/MT2 et antagonistes 5-HT2C. Tout d’abord, nous avons évalué les effets de l’agomélatine, de la mélatonine et d’un antagoniste 5-HT2C sur deux sorties de l’horloge (rythme de la mélatonine endogène et de la température corporelle). Les résultats obtenus suggèrent une action centrale de l’agomélatine et de la mélatonine, directement sur l’horloge via les récepteurs MT1/MT2, en induisant une augmentation de l’amplitude et une avance de phase du rythme de mélatonine. Pour la température corporelle, l’ensemble des drogues augmente l’amplitude du rythme, suggérant une action des propriétés agonistes MT1/MT2 et/ou antagonistes 5-HT2C de l’agomélatine. Puis, l’étude sur l’expression du gène horloge Per1, a révélé un effet supérieur de l’agomélatine par rapport à la mélatonine, mais seulement le jour du traitement. L’agomélatine pourrait agir sur la machinerie moléculaire de l’horloge, ce qui reste à exploiter davantage. Ces nouvelles données contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes d’action de l’agomélatine. / Melatonin is known to act directly on the circadian clock. Agomelatine is an antidepressant with MT1/MT2 agonist and antagonist 5-HT2C properties. First, we evaluated the effects of agomelatine, melatonin and 5-HT2C antagonist on two clock outputs (rhythm of endogenous melatonin and body temperature). The results suggest a central action of agomelatine and melatonin, directly on the circadian clock via MT1/MT2 receptors, inducing an increase on the amplitude and a phase advance of the rhythm of melatonin. For body temperature, all drugs increased the amplitude of the rhythm, this suggest an action of MT1/MT2 agonist and antagonist 5-HT2C properties of agomelatine. Secondly, the study on the expression of clock gene Per1 revealed a greater effect of agomelatine compared to melatonin, but only on the day of treatment. Agomelatine could act on the molecular machinery of the clock, but requires further investigations. These new data allow a better understand of the mechanisms action of agomelatine.

Tous les organismes présentent des rythmes biologiques sous le contrôle d’horloges internes synchronisées sur le cycle jour-nuit. La perturbation des horloges (travail posté chez l’homme) conduit souvent à des troubles métaboliques. A l’inverse, obésité et diabète sont associés à des perturbations circadiennes. Mon but est de comprendre les mécanismes impliqués dans le lien réciproque entre perturbations circadiennes et troubles métaboliques. Une première partie révèle le rôle de la leptine dans les troubles circadiens de souris génétiquement obèses, au niveau central et périphérique. Dans une seconde partie, nous montrons que l’altération des cycles jour-nuit induit une désynchronisation circadienne chez un rongeur diurne, entraînant un état pré-diabétique et un vieillissement prématuré des cellules hépatiques. Nos résultats ouvrent la voie à des traitements préventifs visant à diminuer les troubles circadiens des patients obèses et les troubles métaboliques des travailleurs postés. / Most organisms exhibit biological rhythms, generated endogenously by circadian clocks, which are synchronized on the light-dark cycle. Disrupting circadian clocks (e.g, shiftwork) lead in most cases to the occurrence of metabolic disorders. Conversely, obesity and diabetes are associated with circadian disruptions. The aim of my project is to provide new insights in the understanding of mechanisms underlying the reciprocal relationships between circadian disruptions and metabolic disorders. We show in a first part that leptin is involved in circadian disturbances of genetically obese mice, at both central and peripheral levels. In a second part, by altering the light-dark cycle, we induce the circadian desynchronization of a diurnal rodent, which leads in turn to a pre-diabetic state associated with accelerated aging of hepatic cells. Our results pave the road to preventive treatments aiming at reducing circadian disruptions in obese patients and metabolic disorders in shiftworkers.

Pour élucider les effets récompensants de la lumière, deux approches expérimentales ont été adoptées. Une étude chez le rongeur diurne Arvicanthis ansorgei indique que le raccourcissement de la longueur du jour avec la diminution de l'intensité lumineuse induit des changements du rythme de l’activité locomotrice, de la quantité de dopamine dans le système de la récompense et sur l'expression du gène Per2 dans le noyau suprachiasmatique. Ces altérations ont été améliorées par l'exposition journalière à des créneaux d’une heure de lumière à la fin du jour. Dans une étude humaine, le bien-être subjectif mesuré par d'échantillonnage de ressentis, a été corrélée avec des mesures de fluctuations lumineuses environnementales chez des participants en bonne santé et des insomniaques. Les résultats ont montré que le bien-être subjectif augmente proportionnellement à l'intensité de la lumière chez de jeunes en bonne santé contrairement à un déficit global en matière d'évaluation hédonique chez les insomniaques. De plus amples études devraient être menées afin d'élucider l'effet des signaux lumineux environnementaux sur les circuits de récompense. / To elucidate the reward effects of light, two experimental approaches have been adopted. An experiment for the study of the effects of exposure to a winter-like photoperiod on the diurnal rodent Arvicanthis ansorgei indicated that shortened day length with reduced light intensity induces a phase change in locomotor activity, alterations in the dopamine content in reward system structures, and alterations in the Per2 clock gene expression in the suprachiasmatic nucleus. These measures were improved by daily exposure to a one-hour pulse of light at late in the day. In a human model, subjective wellbeing, measured by experience sampling, was correlated with ambient luminosity measurements in participants with insomnia and healthy controls. Results indicated that subjective wellbeing increases with increasing light intensity in healthy young volunteers, in contrast to an overall deficit in reward evaluation in insomniacs. Light exposure should be taken into account as an important factor in determining the quality of life of insomniacs and in depression. Further studies should be conducted to elucidate the effect of ambient light signals on reward circuits.

Cette thèse démontre à travers de 11 publications que le vieillissement physiologique se caractérise par une atténuation à la fois du processus homéostasique du sommeil ainsi que des processus circadiens. Dans le vieillissement pathologique (les démences), les rythmes circadiens peuvent être davantage affaiblis. Les répercussions cognitives et psychologiques comprennent les processus de mémorisation d’une part, et nous avons pu démontrer d’autre part que le système circadien joue un rôle majeur sur le bien-­être du sujet âgé. Enfin, les troubles du sommeil augmentant également avec l’âge, nous avons démontré que des facteurs génétiques (APOE4, allèle s du 5-HTTLPR), peuvent agir en tant que modulateur des effets des troubles du sommeil (apnées du sommeil) sur la fonction cognitive. Pour l’allèle s du 5-­HTTLPR, nous avons décrit qu’il interagit avec des mesures biologiques du stress (cortisol) pour affecter la mémoire, probablement via un mécanisme impliquant l’hippocampe. / In this doctoral thesis and its 11 published manuscripts, we show that the physiological aging process is accompanied by an attenuation of the homeostatic sleep process as well as attenuated circadian processes. This weakening of circadian rhythms is even more pronounced during pathological aging (the dementias). Its cognitive and psychological repercussions include memory processes, and we have also demonstrated that the circadian system plays a major rôle on well-­being in older adults.Finally, sleep disorders increase with age, and we have shown that genetic factors such as APOE4 or the 5-­‐HTTLPR s allele act as moderators of sleep disorders’ effect (such as sleep apnea) on cognitive outcomes. For the 5-­‐HTTLPR s allele, we described its interactions with biological measures of stress (cortisol) to affect memory, probably via mechanisms implying the hippocampus.

Entre 15 et 30% de la population souffrent de troubles du sommeil, ce qui représente un enjeu majeur de santé publique et souligne la nécessité de mieux comprendre les mécanismes de régulation du sommeil. La régulation du sommeil est décrite comme un modèle à 2-processus comprenant un mécanisme circadien et homéostatique. La lumière exerce un effet sur le sommeil de deux manières distinctes: indirectement en resynchronisant l'horloge, et directement par des mécanismes qui restent mal compris. Cet effet direct est médié par des cellules spécialisées de la rétine intrinsèquement photosensibles et contenant un photopigment la mélanopsine (Opn4) mais aussi par les cônes et bâtonnets qui transfèrent l'information à ces cellules. Pour comprendre la façon dont ces effets directs influencent le sommeil et la veille, nous avons caractérisé des souris Opn4-/- et des souris sans horloge fonctionnelle (Syn10cre/creBmal1fl/-), ainsi qu’un rongeur diurne, Arvicanthis ansorgei. Les objectifs de cette étude étaient les suivants: (1) identifier les voies neuronales sous-tendant les effets directs de la lumière médiés par la mélanopsine ; (2) valider ces effets chez un rongeur diurne; (3) établir une relation entre lumière, Opn4 et homéostasie du sommeil. Ce travail a permis (1) de mettre en évidence que les effets directs de la lumière représente un troisième mécanisme majeur de régulation du sommeil permettant même de maintenir un rythme veille sommeil en l’absence d’horloge centrale (2) de démontrer que ces effets sont inversés entre espèces diurnes et nocturnes; (3) de démontrer que la mélanopsine et la lumière sont fortement liées à la modulation de l’homéostasie du sommeil. / Between 15-30% of the general population is affected by sleep disorders, representing a major public health challenge, and as such a need to better understand the regulatory mechanisms of sleep and waking. This has been previously described as a 2-process model; both a circadian and homeostatic process. Light exerts an effect on sleep and wake in two distinct ways: indirectly, through the resynchronization of the clock, and directly via mechanisms that remain poorly understood. This direct effect is primarily a result of interaction with specialized cells in the retina which are intrinsically photosensitive containing the photopigment melanopsin (Opn4) in addition to rods and cones, which to a lesser extent pass information through these cells. To understand the way in which these direct effects influence sleep and waking we characterized mice lacking Opn4, and a second group possessing a functionally disabled clock (Syn10cre/creBmal1fl/-), as well as a diurnal rodent, arvicanthis ansorgei. The aims of this study were to: (1) identify the possible neural pathways to the hypothalamus transmitting the Opn4-mediated direct effects of light; (2) validate these effects in a diurnal rodent; (3) demonstrate a biological link between light, Opn4, and sleep homeostasis. This work has provided (1) strong evidence for a third regulatory mechanism of sleep and waking (direct effects of light) that is able to maintain a sleep wake rhythm in the absence of central clock (2) an inversion of this mechanism between nocturnal and diurnal species; (3) demonstration that Opn4 and light are strongly related to the modulation of homeostatic sleep process.

Chez les hamsters, les jours longs activent la reproduction. Cette activation photopériodique (AP) impliquerait la mélatonine, l’hormone thyroïdienne (HT) et les RFamides hypothalamiques. Si les jours courts inhibiteurs sont maintenus au-delà de 20 semaines, une réactivation photoréfractaire (RP) de l’axe hypothalamo pituitaire gonadotrope (HPG) est déclenchée. Les mécanismes de cette RP sont inconnus. Notre analyse de la cinétique des changements moléculaires induits par l’AP et la RP montre dans les deux cas une inhibition précoce de l’expression de la Désiodinase 3 (Dio3), l’enzyme catabolisant les HT, dans les tanycytes. Associée à une inhibition tardive du transporteur MCT8 des HT, la diminution de Dio3 pourrait créer un pic d’HT dans l’hypothalamus. Dans les 2 activations, Kisspeptine et RFRP3 augmentent plusieurs semaines après l’inhibition de Dio3 et l’activation de l’HPG. Aussi, une inhibition d’RFRP3 lors de l’AP n’affecte pas l’HPG, mettant en cause le rôle du RFRP3. Nous avons donc découvert une inhibition précoce de Dio3 pouvant induire l’activation saisonnière de l’HPG. Le régulateur saisonnier précoce de Dio3 reste à découvrir. / In hamsters, reproduction is activated by long days. This photoactivation (PA) supposedly involves melatonin, hypothalamic thyroid hormones (TH) and RFamide peptides. Maintaining inhibitory short days for over 20 weeks triggers a photorefractory reactivation of the hypothalamo pituito gonadotropic axis (HPG) The mechanisms of this PR are so far unknown. Our cinetic analysis of the dynamic molecular changes in PA and PR revealed a conserved early inhibition of tanycytic deiodinase 3 (Dio3), which catabolizes TH, in both activation mechanisms. Associated with a late decrease of the TH transporter MCT8, the inhibition of Dio3 could generate an early peak of hypothalamic TH. In both activations, RFamide upregulation occurs several weeks after the initial Dio3 inhibition. Also, pharmacological inhibition of RFRP3 during PA does not influence the HPG activity, questioning the role of RFRP3 in HPG activation. We have thus uncovered a so far unreported early Dio3 inhibition that could be sufficient to seasonally reactivate the gonadotropic axis. The seasonal regulator of Dio3 remains to be discovered.

La rétine a une physiologie rythmique contrôlée par une horloge circadienne dont la localisation et l’organisation sont peu connues chez les mammifères. Nous avons étudié in vitro l’horloge rétinienne du rat et de la souris grâce au suivi par bioluminescence des rythmes d’expression d’éléments de son mécanisme moléculaire, le gène Period1 et la protéine PERIOD2 respectivement. Nous avons montré que chacune des trois couches rétiniennes contient un oscillateur circadien fonctionnel, mais que la période de leurs oscillations est très rallongée par rapport à celle du tissu entier et dépend d’un couplage asymétrique entre les couches. Nous avons montré par pharmacologie que le glutamate, le GABA, la glycine et la dopamine ne sont pas indispensables à ce couplage, et que les caséine kinases 1δ et 1ε modulent largement la période de l’horloge rétinienne. Finalement, nous avons observé un couplage au niveau cellulaire également, qui met en jeu, au moins en partie, les jonctions communicantes. / The retina exhibits physiological rhythms that are under the control of a circadian clock whose location and organization are poorly understood in mammals. We studied the retina clock in rat and mouse through in vitro bioluminescence monitoring of the rhythmic expression of molecular elements of the clockwork: the Period1 gene and the PERIOD2 protein respectively. We showed that each of the three retinal layers harbors a functional circadian oscillator, which period is strikingly longer than in the whole retina and depends on asymmetric coupling between layers. We pharmacologically investigated the nature of the coupling signals and showed that glutamate, GABA, glycine and dopamine are dispensable. We nevertheless highlighted that casein kinases 1δ and 1ε strongly modulate the period of the retina clock. Finally, we observed that the retina clock also entails cell-to-cell coupling that involves at least partially gap-junctions.

La régulation endogène de la physiologie saisonnière, comme les rythmes circannuels et l’histoire photopériodique vécue pendant la gestation, permet aux individus d’anticiper à l’arrivée des saisons. L’objectif de cette thèse a été l’étude de l’effet de ces deux phénomènes à long terme sur les voies neuroendocrines contrôlant la physiologie saisonnière. Ces études montrent que les rythmes circannuels sont initiés au niveau de l’expression de la thyréostimuline dans la pars tuberalis et celle-ci est transmisse à l’hypothalamus où elle contrôle les niveaux d’hormone thyroïdienne et de neuropeptides. De façon similaire, la photopériode vécue pendant la gestation semble programmer l’expression des déiodinases dans l’hypothalamus des rongeurs adultes. Dans l’ensemble, ces résultats montrent la conservation du rôle de la pars tuberalis en tant que site central pour l’intégration des signaux impliqués dans le contrôle de la physiologie saisonnière. / Internal long-term timing strategies, like circannual rhythms and photoperiodic history, allow changes in physiology in anticipation to the seasons. In this project I investigated the effects of both types of history dependent timing on the neuro endocrine pathways for regulation of seasonal physiology. My work revealed that internal circannual timing is initiated through the control of thyroid stimulating hormone at the pars tuberalis and is integrated into the regulation of hypothalamic thyroid hormone levels and neuropeptides.Similarly, history-dependent expression in hypothalamic deiodinases was observed in adult rodents based on their gestational photoperiodic experience. Overall, my results highlight the pars tuberalis as a conserved central site in mammals for the integration of multiple seasonal cues, which via differential control of thyroid hormone levels in the hypothalamus dictates the timing in seasonal physiology.

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.