La plupart des êtres vivants possèdent une horloge circadienne (période de 24heures). Elle leur permet notamment d'anticiper les changements quotidiens (lumière,température) imposés par la rotation de la terre et d'y adapter leur comportement et leurphysiologie. L'horloge est présente dans la plupart des cellules et repose sur deux boucles derégulation transcriptionnelle négative qui génèrent des oscillations d'ARNm des gènesd'horloge. Un délai entre l'accumulation des ARNm et celle des protéines assure lefonctionnement de la boucle de rétroaction. Ce délai est dû à des modifications posttraductionnellesdes protéines PERIOD et TIMELESS. Les oscillations protéiques sontnotamment contrôlées par leur phosphorylation, l'ubiquitination et la dégradation via leprotéasome. L'ubiquitine ligase SCFSlmb induit la dégradation circadienne de PER et de TIM.SCFJetlag contrôle la dégradation de TIM par la lumière, cette dernière intervenant dans lasynchronisation de l'oscillateur.Au cours de notre étude, nous avons identifié une nouvelle ubiquitine ligase, uncomplexe Cul-3, qui contrôle principalement la stabilité de TIM. Nos résultats indiquent queCul-3 contrôle surtout la stabilité de TIM peu phosphorylé, de façon indépendante de PER,tandis que Slmb contrôle principalement la stabilité de TIM phosphorylé. Nous proposons unmodèle dans l'oscillation de TIM régie par deux systèmes d'ubiquitination: Cul-3 pourretarder l'accumulation nocturne de la protéine, et Slmb pour précipiter sa disparition en finde nuit.

Cette these reporte le développement d'un système d'architecture simple, resonant à 895 nm, utilisé pour la detection de resonances à piégeage coherent de population (CPT) de fort contraste dans des cellules à vapeur de cesium. Le système laser combine une diode laser DFB, un modulateur électro-optique d'intensité type Mach-Zehnder piloté à 4.596 GHz pour la génération de bandes latérales optiques séparées de 9.192 GHz et un système de type Michelson pour produire à terme un champ optique bichroamatique dont la polarisation est alternativement circulaire gauche et circulaire droite au rythme de la fréquence de Bohr des atomes. Ce schéma de polarisation CPT optimisé, proposé par le groupe de Happer à Princeton en 2004, permet de pomper optiquement un grand nombre d'atomes sur la transition d'horloge entre les sous-niveaux Zeeman 0-0 de l'état fondamental. Des techniques avancées ont été implémentées pour stabiliser la puissance laser, la suppression de porteuse optique en sortie de l'EOM et la fréquence laser. En utilisant ce montage, nous avons démontré la détection de résonances CPT avec un contraste de 80% dans des cellules Cs de dimensions centimétriques. Le contraste augmente avec la puissance laser au dépit d'un élargissement de la résonance CPT. Pour contourner ce problème, nous avons proposé la spectroscopie Ramsey de résonances CPT pour combiner fort contraste et faible largeur de raie. Dans ce montage, l'EOM est utilisé et pour la génération de bandes latérales optiques et comme un obturateur de lumière pour produire l'interaction Ramsey. Des franges de Ramsey de largeur 166 Hz et de contraste supérieur à 30% ont été détectées avec ce système. Ce système laser sera utilisé dans un future proche au sein d'une horloge atomique CPT de haute-performance.

Dans les systèmes répartis asynchrones, l'horloge logique et le vecteur d'horloges sont deux outils fondamentaux pour gérer la communication et le partage de données entre les entités constitutives de ces systèmes. L'objectif de cette thèse est d'exploiter ces outils avec une perspective d'implantation. Dans une première partie, nous nous concentrons sur la communication de données et contribuons au domaine de la diffusion uniforme à ordre total. Nous proposons le protocole des trains : des jetons (appelés trains) circulent en parallèle entre les processus participants répartis sur un anneau virtuel. Chaque train est équipé d'une horloge logique utilisée pour retrouver les train(s) perdu(s) en cas de défaillance de processus. Nous prouvons que le protocole des trains est un protocole de diffusion uniforme à ordre total. Puis, nous créons une nouvelle métrique : le rendement en termes de débit. Cette métrique nous permet de montrer que le protocole des trains a un rendement supérieur au meilleur, en termes de débit, des protocoles présentés dans la littérature. Par ailleurs, cette métrique fournit une limite théorique du débit maximum atteignable en implantant un protocole de diffusion donné. Il est ainsi possible d'évaluer la qualité d'une implantation de protocole. Les performances en termes de débit du protocole des trains, notamment pour les messages de petites tailles, en font un candidat remarquable pour le partage de données entre coeurs d'un même processeur. De plus, sa sobriété en termes de surcoût réseau en font un candidat privilégié pour la réplication de données entre serveurs dans le cloud. Une partie de ces travaux a été implantée dans un système de contrôle-commande et de supervision déployé sur plusieurs dizaines de sites industriels. Dans une seconde partie, nous nous concentrons sur le partage de données et contribuons au domaine de la RFID. Nous proposons une mémoire répartie partagée basée sur des étiquettes RFID. Cette mémoire permet de s'affranchir d'un réseau informatique global. Pour ce faire, elle s'appuie sur des vecteurs d'horloges et exploite le réseau formé par les utilisateurs mobiles de l'application répartie. Ainsi, ces derniers peuvent lire le contenu d'étiquettes RFID distantes. Notre mémoire répartie partagée à base de RFID apporte une alternative aux trois architectures à base de RFID disponibles dans la littérature. Notre mémoire répartie partagée a été implantée dans un jeu pervasif qui a été expérimenté par un millier de personnes.

L'agence internationale de recherche sur le cancer (IARC) a indiqué que le travail posté qui provoquait une disruption circadienne était probablement cancérogène chez l'Homme. Ainsi, une perturbation expérimentale sévère du système circadien accélère-t elle la progression tumorale et pourrait favoriser la cancérogénèse. Durant ma thèse, j'ai démontré que la disruption circadienne résultant d'une mutation ou d'une mise au silence des gènes de l'horloge Per ou Cry accélérait la cancérogénèse hépatique induite par la diéthylnitrosamine, en favorisant l'instabilité génomique, la prolifération cellulaire, et l'inflammation. J'ai montré que l'alimentation programmée ou la dexaméthasone modifiaient la régulation circadienne de ces trois caractéristiques du cancer, suggérant ainsi qu'une intervention thérapeutique ciblant le système circadien pourrait prévenir la cancérogénèse. J'ai ainsi mis en évidence le contrôle circadien de trois mécanismes moléculaires de la cancérogenèse précoce et proposé deux interventions ciblant l'horloge circadienne dans un but de prévention de la cancérogenèse.

La leucine zipper de la rétine neurale (Nrl) joue un rôle central dans le développement et l'homéostasie des bâtonnets en activant I'expression de gènes tels que le photopigment Rhodopsine. Nrl est aussi associé à la Rétinite Pigmentaire, faisant ainsi de ce gène un modèle intéressant pour la compréhension des programmes contrôlant le développement et I'homéostasie des photorécepteurs.Ce travail de thèse vise à caractériser les mécanismes régulateurs de I'expression de Nr/ au cours du développement rétinien. L'électroporation in vivo de vecteurs rapporteurs dans des rétines de souris en développement, a révélé des séquences minimales de promoteur Nr/ nécessaires à une expression spécifique dans les photorécepteurs. Nous avons identifié RORI3 comme facteur requis pour cette expression, et montré que les facteurs OTX2, CRX et CREB s'accrochent aussi directement à des régions régulatrices particulières du promoteur. Nous avons construit un virus adéno-associé (AAV) contenant un promoteur minimal Nrl de 0.3 kb, et montré qu'il est adapté à la délivrance de gène spécifiquement dans les photorécepteurs.Nous avons montré que NRL, CRX et NR2E3, les régulateurs principaux de la Rhodopsine, ont une expression rythmique au cours de 24 h, et que l'expression cyclique de Nr/ peut être due à l'activation par RORp, un composant l'horloge circadienne. Enfin, nous avons identifié un nouveau facteur de transcription, NonO, au niveau de la région du promoteur proximal de la Rhodopsine, qui en combinaison avec NRL et CRX, active le promoteur de la Rhodopsine. L'invalidation de NonO au cours du développement rétinien a prouvé son implication pour le développement et I'homéostasie des bâtonnets. / The Neural Retina Leucine zipper transcription factor (Nrl) plays a central role in rod photoreceptor development and homeostasis, by activating the expression of rod-specific genes such as the visual photopigment, Rhodopsin. Nrlhave been also associated with Retinitis Pigmentosa, making this gene an interesting model for understanding genetic programs controlling photoreceptors development and homeostasis.This thesis work aimed at characterizing regulatory mechanisms of Nr/ expression during retinal development. Using in vivo electroporation of reporter vectors carrying distinct portions of Nrlpromoter into neonatal mouse retina, we identified minimal sequences required for expression photoreceptors-specific expression. We identified RORI3 as being required for this expression and showed that OTX2, CRX and CREB transcription factors also directly bind to the defined regulatory regions.We designed a novel adeno-associated virus (AAV) vector containing a minimal Nrl promoter fragment of 0.3 kb, and showed that it is well-suited for gene delivery specifically into photoreceptors.We also showed that NRL, CRX, and NR2E3, the main transcriptional regulators of Rhodopsin, display rhythmic expression over 24 h. and that Nrl might undergo cyclic activation by RORB which is part of the photoreceptor circadian clock. Finally, we investigated the role of a novel Rhodopsin transcriptional regulator, NonO, identified in theRhodopsin proximal promoter region. We demonstrated that NonO co-activates Rhodopsin promoter along with NRL and CRX. By knocking down this gene during retinal development we provided evidence for its role in rod development and homeostasis.

Ce mémoire présente l'étude du déplacement collisionnel de la fréquence d'horloge du césium en présence du gaz tampon hélium ou xénon. L'introduction d'un gaz tampon dans les cellules à vapeur alcaline est nécessaire pour diminuer la largeur de raie de la résonance CPT par effet Dicke. Cependant, la présence de gaz tampon induit un déplacement quadratique de la fréquence d'horloge en fonction de la température de la cellule. Il est possible d'annuler la dépendance thermique du déplacement collisionnel en se plaçant à une température, dite d'inversion, déterminée par le ratio de gaz tampons introduits dans la cellule. Cette température est un point de fonctionnement de choix pour l'opération d'horloges atomiques miniatures et nécessite d'être de l'ordre de 90 voire 100 °C pour les applications à contraintes environnementales sévères. Nous avons mesuré les valeurs des coefficients de déplacement collisionnel de la fréquence d’horloge du césium en présence d’hélium et déterminé pour la première fois la valeur du coefficient quadratique en température. Concernant le xénon, les mesures des valeurs des coefficients de déplacement collisionnel sont incertaines en raison du caractère cubique non-attendu du déplacement collisionnel de la fréquence d’horloge du césium en présence de xénon. Ce comportement serait attribué à des interactions avec les molécules transitoires de van der Waals. Nous avons également établi qu'un mélange de gaz tampon néon-hélium permet d'obtenir des températures d'inversion supérieures à 80 °C. Des mesures dans des micro-cellules ont révélé des températures de l'ordre de 89 à 94 °C pour des mélanges à quelques pourcents d'hélium. / This thesis presents a study on collisional shift of cesium clock frequency in the presence of helium or xenon buffer gas. Introduction of buffer gas in alkaline vapour cells is necessary to narrow the CPT line-width by Dicke effect. Nevertheless, buffer gas induces a quadratic shift of the clock frequency versus temperature cell. Cancellation of collisional shift temperature dependence is possible at a so-called inversion temperature depending on the buffer gas ratio. This inversion temperature is great working point for micro atomic clocks. This temperature is required to be 90 or even 100 °C, especially to work in harsh environmental constraints. We measured collisional shift coefficients of cesium clock frequency in presence of helium buffer gas and we determined for the first time the value of the quadratic coefficient. About xenon buffer gas, the measurement of collisional shift coefficients is more difficult because of non-expected cubic behavior of collisional clock frequency shift which could be linked to the interaction with van der Waals molecules. We established that a neon-helium buffer gas mixture could allow an inversion temperature superior to more than 80 °C. Inversion temperatures from 89 to 94 °C are measured in cesium vapor microcells filled with a mixture containing a few percent of helium.

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 segmentation de l’axe antéro-postérieur en somites est une caractéristique majeure des Vertébrés. Ce processus est basé sur un oscillateur, l’« horloge de segmentation ». Cette thèse cherche à comprendre la dynamique de signalisation régulant ce processus. Nous avons étudié la régulation transcriptionnelle de Mesp2 et nous avons montré que Tbx6 contrôle son expression chez le poulet. Nous présentons également un système d’étude ex vivo présentant des oscillations stables du gène cyclique Lfng. Nous avons mis en évidence un effet de population régulant la génération de ces oscillations et reposant sur la voie Notch et des facteurs mécaniques que nous interprétons avec un modèle d’oscillateur excitable. De plus, nous avons démontré un effet dose-dépendant de la voie Fgf sur la différenciation cellulaire, remettant ainsi en question le modèle actuel de segmentation. Par ailleurs, ce système d’étude nous a permis d’identifier un rôle du taux de traduction dans le contrôle de la période de l’horloge. Enfin, nous présentons des travaux, où nous cherchons à reconstituer l’horloge de segmentation in vitro à partir de cellules souches murines différenciées. / The segmentation of the anteroposterior axis in somites is a major feature of Vertebrates. This process relies on an oscillator, the “segmentation clock”. The present thesis addresses the signaling dynamics regulating this process. We studied the transcriptional regulation of Mesp2 and showed that Tbx6 controls its expression in chicken. We established an ex vivo experimental system with stable oscillations of the cyclic gene Lfng. We demonstrated the existence of a population behavior that controls the generation of oscillations and involves the Notch pathway and mechanical factors. We interpreted these observations in the framework of an excitable oscillator. Moreover, we evidenced a dose-dependent effect of Fgf signaling on cell determination that challenges current models of segmentation. Furthermore, this experimental system has enabled us to identify a role of the translation rate on the clock period. Last, we showed ongoing work aiming to recapitulate the segmentation in vitro using differentiated mouse embryonic stem cells.

L’objet de cette thèse de doctorat est la conception et la construction d’une horloge atomique réalisée sur un microcircuit à atomes (TACC) et améliorée par l’intrication. L’élément principal de cette nouvelle expérience est un micro-résonateur Fabry Pérot qui permet la génération d’états de spin comprimés de l'ensemble atomique grâce aux interactions entre la lumière et les atomes. Il a déjà été montré que ces états peuvent améliorer les performances métrologiques des horloges atomiques. Cependant, les expériences ayant permis cette démonstration de principe n'ont pas encore atteint un niveau de précision présentant un intérêt métrologique. C’est précisément l'objectif de la nouvelle configuration expérimentale que nous proposons ici. Afin de conserver la compacité et la stabilité de notre installation, nous avons choisi d’utiliser une cavité Fabry-Pérot fibrée (fibered Fabry-Pérot, FFP) comme résonateur optique, dans lequel les miroirs du résonateur sont réalisés sur la pointe de fibres optiques. Pour répondre aux exigences de notre expérience, une nouvelle génération de résonateurs FFP a été développée au cours de cette thèse, les plus longs réalisés à ce jour. A cette fin, nous avons développé une procédure d’ablation par tirs multiples à l'aide d'un laser CO$_2$ focalisé, qui permet la mise en forme des surfaces de silice fondue avec une précision et une polyvalence sans précédent.L'intégration du résonateur optique au dispositif expérimental TACC nécessite une conception nouvelle du microcircuit à atomes, qui doit permettre le transport du nuage atomique jusqu’au résonateur. Nous présenterons donc la conception et la fabrication de ce microcircuit à atomes. / This thesis describes the conception and construction of an “entanglement-enhanced” trapped atom clock on an atom chip (TACC). The key feature of this new experiment is the integration of two optical Fabry-Pérot micro resonators which enable generation of spin-squeezed states of the atomic ensemble via atom-light interactions and non-destructive detection of the atomic state. It has been shown before that spin-squeezed states can enhance the metrological performance of atomic clocks, but existing proof-of-principle experiments have not yet reached a metrologically relevant level of precision. This is the first goal of the new setup. To retain the compactness and stability of our setup, we chose the optical resonator to be a fiber Fabry-Pérot (FFP) resonator where the resonator mirrors are realized on the tip of optical fibers. To meet the requirements of our experiment, a new generation of FFP resonators was developed in the context of this thesis, demonstrating the longest FFP resonators to date. For this purpose, we developed a “dot milling” procedure using a focused CO2-laser that allows shaping of fused silica surfaces with unprecedented precision and versatility. Incorporating optical resonators in the TACC system requires a new atom chip design, allowing transportation of the atom cloud into the resonator. We present the design and the fabrication of this atom chip. The completed setup will enable investigations of the interplay of spin-dynamics in presence of light mediated correlations and spin-squeezing at a metrologically relevant stability level of $10^{-13}$ at 1 s.

La rétinopathie diabétique est une cause majeure de cécité et de malvoyance qui affecte jusqu'à 90% des patients atteints de diabète. Le Maroc n’échappe pas à cette pathologie, qui est connue pour altérer le fonctionnement du système visuel et pourrait conduire également à des désordres chronobiologiques, aussi bien chez l’Homme que chez des modèles animaux. Ces altérations pourraient être liées aux dégénérescences neuronales des systèmes de photoréception classique (cône et bâtonnet) et des cellules ganglionnaires à mélanopsine, impliqués dans la régulation et l’entraînement par la lumière du système circadien. Cependant, à l’heure actuelle, peu d’études ont analysé précisément l’impact de la rétinopathie diabétique sur le système circadien. L’objectif de notre travail est d’analyser au cours de la rétinopathie diabétique (1) l’atteinte des cônes, des bâtonnets et des cellules ganglionnaires à mélanopsine, (2) le fonctionnement endogène moléculaire et la réponse à la lumière des horloges centrale et rétinienne et (3) la réponse comportementale du système circadien à la lumière. Notre stratégie est basée sur l’utilisation d’un modèle murin, chez lequel le diabète est induit expérimentalement par l’administration d’un agent chimique la streptozotocine (STZ), toxique pour les cellules β pancréatiques. Des approches morphométriques, moléculaires et comportementales ont été utilisées. Nos résultats montrent que le diabète induit des changements morphologiques des cellules ganglionnaires à mélanopsine tels que des gonflements des somas et des varicosités au niveau des dendrites avec une préservation du nombre total de ces cellules. Ceci est associé à une diminution de l’induction par la lumière du gène c-fos et des gènes de l’horloge Per1 et Per2 au niveau du SCN et à l’absence de cette induction au niveau rétinien au stade 12 semaines après l’induction du diabète. La machinerie moléculaire des horloges rétinienne et centrale évaluée par l’analyse de l’expression circadienne des gènes de l’horloge et des gènes contrôlés par les gènes de l’horloge montre que certains gènes de l’horloge clés pour chaque tissu sont altérés. A l’échelle comportementale, les souris STZ (souris diabétiques) montrent une réduction de l’amplitude du rythme de leur activité locomotrice totale et une diminution de la sensibilité à la lumière aux faibles intensités. Après une avance de phase du cycle 12L/12D, ces animaux présentent également une diminution de la vitesse de resynchronisation au nouveau cycle lumineux imposé par rapport aux animaux témoins. Ces nouvelles données montrent que le diabète de type 1 altère les réponses du système circadien à la lumière d’un point de vue moléculaire et comportemental et suggèrent que les patients diabétiques peuvent présenter des troubles circadiens particulièrement lorsqu’ils sont soumis aux challenges chronobiologiques / Diabetic retinopathy is a major cause of blindness and is commonly viewed as a vascular complication of type 1 diabetes. However, this kind of diabetes causes visual dysfunction before the onset of clinically visible microvascular changes, associated with diabetic retinopathy. Several histopathological studies in diabetic patients and in chemically-induced or genetic rodent models of diabetes indicate that photoreceptors and retinal ganglion cells (RGCs) are affected by diabetes with apoptotic degeneration. There is increasing evidence that melanopsin-expressing ganglion cells that are crucial for the regulation of a range of non-visual functions including the photic synchronization of circadian rhythms are altered in retinal pathologies. The link between diabetes and circadian rhythms has only been addressed in a relatively limited number of studies. Using a streptozotocin-induced (STZ) model of diabetes, we investigated the impact of diabetic retinopathy on non-visual functions by analyzing the morphology of melanopsin ganglion cells and light-induced c-fos and Period 1-2 clock genes in the central (SCN) and the retina clocks. The effect of this pathology on the endogenous circadian function of clock and controlled clock genes was assessed in the SCN and the retina at 12 weeks post-diabetes. Behaviorally, the ability of STZdiabetic mice to entrain to light was challenged by the exposure of animals to 1) successive light/dark (LD) cycle of decreasing or increasing light intensities during the light phase and 2) 6-hr advance of the LD cycle. Our results show that diabetes induces morphological changes of melanopsin-expressing ganglion cells including soma swelling and dendritic varicosities with no reduction in their total number, associated with decreased c-fos and clock genes induction by light in the SCN and also in the retina at 12 weeks post-onset of diabetes. In addition, the circadian expression of major clock genes was altered in the central and retinal clocks, suggesting that RD affects the endogenous molecular machinery and the light response of these two clocks. Moreover, STZ-diabetic mice exhibited a reduction of overall locomotor activity, a decrease of circadian sensitivity to light at low intensities, and a delay in the time to re-entrain after a phase advance of the LD cycle. These novel findings demonstrate that diabetes alters clock genes and behavioral responses of the circadian timing system to light and suggest that diabetic patients may show an increased propensity for circadian disturbances, in particular when they are exposed to chronobiological challenges