Thèse de doctorat : Neurosciences : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 176-204.

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.

Thèse de doctorat : Neurosciences : Strasbourg : 2009. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 33 p.

L’horloge circadienne est un système interne présent chez presque tous les organismesvivants et permettant de coordonner les fonctions biologiques entre elles et avec l’environnement. Dans les dernières décennies, l’horloge circadienne a majoritairement été étudiée en laboratoire à l’aide d’organismes modèles. Les connaissances concernant l’importance fonctionnelle et l’évolution des rythmes circadiens en nature sont donc limitées. L’épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus) montre plusieurs caractéristiques intéressantes pour étudier l’horloge circadienne du point de vue de l’écologie et de l’évolution. Toutefois, ses rythmes circadiens n’ont presque jamais été étudiés et l’existence d’une horloge circadienne n’a jamais été démontrée chez cette espèce. À l’aide d’épinoches sauvages que nous avons rapportées au laboratoire, nous avons donc étudié l’horloge circadienne de cette espèce aux niveaux comportemental et moléculaire. Notre premier objectif était de déterminer si le rythme journalier de l’activité locomotrice est contrôlé par l’horloge circadienne. En quantifiant l’activité locomotrice sous un cycle lumière-noirceur(LD) et en noirceur constante (DD), nous avons montré que les épinoches ont bel et bien une horloge circadienne, mais que l’activité est faiblement contrôlée par celle-ci. Notre deuxième objectif était de déterminer la phase de l’activité des épinoches en LD. Nos résultats indiquent qu’elles sont majoritairement nocturnes, mais nous avons aussi observé une grande variation interindividuelle. Notre troisième objectif était de décrire l’oscillation moléculaire circadienne de cinq gènes de l’horloge (bmal1a, clock1b, clock2, per1b et cry1b)dans le cerveau des épinoches en DD en utilisant la PCR quantitative en temps réel. Nous n’avons pas détecté de rythmicité circadienne dans l’expression des gènes, ce qui pourrait soit indiquer que l’oscillateur moléculaire est très dépendant de la lumière ou qu’il y avait bel et bien une oscillation, mais que nous avons été incapables de la détecter. Dans l’ensemble, notre étude permet de mieux comprendre le rôle et les mécanismes de l’horloge circadienne chez l’épinoche et ouvre la voie à une exploration plus approfondie des rythmes circadiens chez cette espèce. / The circadian clock is an internal timekeeping system shared by almost all living organisms. In the last decades, the circadian clock has been mostly studied with model organisms inthe laboratory, so knowledge about the functional importance and evolution of circadian rhythms in natural environments is limited. The three spine stickleback (Gasterosteusaculeatus) shows many interesting characteristics to study the circadian clock from anecological and evolutionary perspective. However, its circadian rhythms have hardly ever been studied and the existence of a circadian clock has never been demonstrated in this species. In this study, using wild-caught three spine sticklebacks, we investigated the circadian clock of this species at the behavioral and molecular levels. Our first objective wasto determine if the daily rhythm of locomotor activity is under circadian clock control. By quantifying locomotor activity in individual fish under a light-dark cycle (LD) and underconstant darkness (DD), we showed that sticklebacks own an internal timekeeping system,but that locomotor activity is only weakly controlled by the clock. Our second objective wasto determine the phase of activity of sticklebacks under LD. Our results indicate that theyare mostly nocturnal, but we also observed large inter-individual variation. Our third objectivewas to describe the circadian molecular oscillation of five clock genes (bmal1a, clock1b,clock2, per1b and cry1b) in the brain of sticklebacks under DD using quantitative real-time PCR. We reported a lack of circadian rhythmicity for the five genes, which could eitherindicate that the clock molecular oscillator is highly light-dependent or that there was anoscillation but that we were unable to detect it. Overall, our study allows a better understanding of the role and mechanisms of the stickleback circadian clock and paves theway for further exploration of circadian rhythms in this species.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie organique et macromoléculaire : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3626. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. f. 249-258.

Thèse de doctorat : Sciences du Vivant. Aspects cellulaires et moléculaires de la Biologie. Neurosciences : Strasbourg 1 : 2008. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 23 p.

Thèse doctorat : Neurosciences : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 24 p.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les diatomées sont des microorganismes photosynthétiques eucaryotes unicellulaires retrouvées dans tous les environnements aquatiques, particulièrement dominantes dans les régions polaires, assurant ca. 40% de la production primaire marine et ca. 20 % de la production primaire globale. Les microalgues polaires sont exposées à des changements saisonniers drastiques dans la disponibilité de la lumière, allant de journées sans nuit été à la nuit polaire en hiver et avec des changements rapides de la durée d'éclairement au printemps et à l'automne. A la grande amplitude saisonnière de la durée d'éclairement s'ajoute une forte variabilité à court terme de l'intensité lumineuse causée par les interactions entre la lumière, le couvert de glace de mer et les conditions d'enneigement. Sous ce climat de lumière exigeant, de grandes efflorescences printanières de diatomées se produisent à l'interface glace-océan et sous la banquise. Chez les diatomées, bien que la phénologie de la photoacclimatation dans un contexte de changement de l'intensité lumineuse a été largement étudiée, l'impact de la photopériode et du spectre lumineux sur la photophysiologie a été très peu abordé. Cette absence de travaux sur la réponse aux variations de la photopériode et du spectre lumineux est encore plus étonnante chez les diatomées polaires compte-tenu de l'environnement lumineux extrême aux hautes latitudes. L'élucidation de cette réponse est sans doute une des clés pour mieux comprendre leur succès écologique dans les régions polaires et pourrait permettre de mieux prédire les conséquences de la mutation du climat arctique sur sa production primaire marine. Cette thèse de doctorat porte sur l'étude des processus de photorégulation chez la diatomée polaire Fragilariopsis cylindrus en fonction du régime lumineux : photopériode et spectre lumineux. Plus spécifiquement, ce travail s'intéresse à la photoacclimatation, la synthèse de pigments caroténoïdes et à la rythmicité circadienne de l'activité photosynthétique. Cette étude se repose sur une approche exclusivement expérimentale où les conditions de cultures (intensité lumineuse, spectre lumineux, durée d'éclairement, température, biomasse algale) ont été sélectionnées pour être à la fois représentatives des conditions environnementales rencontrées par F. cylindrus au cours de sa période de croissance en Arctique, et permettre sa croissance optimale. Nos travaux ont permis de mettre en avant la plasticité de F. cylindrus à se développer efficacement sous une large gamme de photopériodes et à s'adapter rapidement à un changement soudain de l'environnement lumineux en ajustant finement l'équilibre entre la photochimie et la photoprotection pour tirer le meilleur parti de la lumière disponible, malgré la faible intensité et température. Nos travaux confirment aussi le rôle crucial que joue la photoprotection dans l'acclimatation à court et long termes, permettant aux diatomées de maintenir leur capacité de collecte de lumière et l'intégrité de leur photosystèmes II dans des conditions d'illumination changeantes. Cette capacité est encore plus cruciale lorsque les taux métaboliques sont ralentis par les basses températures. Nous avons également mis en évidence l'existence d'une régulation rythmique photopériodique de la photosynthèse, de la photoprotection et de la synthèse de caroténoïdes chez F. cylindrus. Une étude plus en profondeur de cette rythmicité a permis de révéler l'existence d'une régulation circadienne de la photochimie et de la photoprotection reposant sur l'alternance lumière-obscurité et probablement sur le cycle de division cellulaire, ainsi que la présence d'une rythmicité circadien robuste et endogène de l'allocation de l'énergie au sein des centres réactionnels des photosystèmes II. Nos investigations ont aussi permis d'exposer l'importance du spectre lumineux sur la réponse photoadaptative et la croissance de F. cylindrus, notamment le rôle central, mais non-exclusif (la lumière rouge a aussi son importance), de la lumière bleue dans la régulation des mécanismes de photoprotection et dans l'entrainement de la rythmicité circadienne. Finalement l'exploration des capacités de production de caroténoïdes par F. cylindrus confirment le potentiel des souches de diatomées polaires pour la production de pigments à valeur ajoutée (Fucoxanthine, Diadinoxanthine et Diatoxanthine) dans des conditions de basse température et intensité lumineuse. Ces travaux soutiennent la possibilité d'utiliser les diatomées polaires comme une bioressource efficace, adaptée au froid et à la faible lumière, particulièrement utilisable dans les pays nordiques pour la production de biomasse à valeur ajoutée, et le développement d'une nouvelle économie nordique basée sur les ressources marines microalgales. / Diatoms are unicellular eukaryotic photosynthetic microorganisms found in all aquatic environments, particularly dominant in the polar areas, that support ca. 40% of marine primary production and ca. 20% of the global primary production. Polar microalgae experiment dramatic seasonal changes in light availability, ranging from endless days in summer to the polar night in winter, with rapid changes in day length in spring and fall. In addition to the large seasonal amplitude of day length, there is a strong short-term variability in light intensity caused by interactions between light, sea ice cover and snow conditions. Under this light-demanding climate, large spring diatom blooms occur at the sea ice-ocean interface and beneath the pack ice, accounting for a significant proportion of the annual marine primary production in the Arctic Ocean and essential to Arctic marine ecosystem food-webs. In diatoms, although the phenology of photoacclimation in the context of changing light intensity has been widely studied, the impact of photoperiod and light spectrum on the photophysiology is not well documented. This lack of work on the response to variations in photoperiod and light spectrum is even more surprising in polar diatoms given the extreme light environment at high latitudes. Answering this aspect of polar diatom photophysiology is arguably one of the keys to the better understanding of their ecological success in the polar regions and would help to better predict the consequences of the change in the Arctic climate on its marine primary production. This doctoral thesis, studies the photoregulation processes in the polar diatom Fragilariopsis cylindrus according to the light regime: photoperiod and light spectrum. More specifically, it focused on the photoacclimation, the carotenoid pigments synthesis and the circadian rhythmicity of photosynthetic activity. This study relies on an exclusively experimental approach, where the culture conditions (light intensity, light spectrum, day length, temperature, algal biomass) were selected to be both representative of the environmental conditions encountered by F. cylindrus during its growth period in the Arctic and to allow its optimal growth. Our work highlight the plasticity of F. cylindrus to develop efficiently under a wide range of photoperiods and to adapt quickly to a sudden change in the light environment by finely adjusting the balance between photochemistry and photoprotection to make the most of available light, despite low light intensity and temperature. Our work also confirms the crucial role of the photoprotection mechanisms in the short- and long-term acclimation, enabling diatoms to maintain their light-harvesting capacity and the integrity of their photosystems II under changing light conditions, a capacity even more crucial when metabolic rates are slowed by low temperatures. Furthermore, we have demonstrated the existence of a photoperiodic rhythmic regulation of photosynthesis, photoprotection and carotenoid synthesis in F. cylindrus. A more in-depth study of this rhythmicity revealed the existence of a circadian regulation of photochemistry and photoprotection based on the light-dark alternation and probably on the cell division cycle. We have also reported the existence of a robust and endogenous circadian rhythmicity, in the allocation of energy in the reaction centers of photosystems II. Our investigations have also revealed the importance of the light spectrum on the photoacclimative response and the growth of F. cylindrus. Especially, the key role, but not exclusive (red light is also important), of blue light in the regulation of photoprotection mechanisms and the entraining of the circadian rhythmicity. Finally, the exploration of carotenoid production capacities by F. cylindrus confirms the potential of polar diatom strains for the production of added-value pigments (Fucoxanthin, Diadinoxanthine Diatoxanthine) under low temperature and light intensity conditions. These results support the possibility of using polar diatoms as an efficient bioresource, adapted to cold and low light, particularly usable in Nordic countries for the production of added-value biomass, and for the development of a new economy based on microalgal marine resource.

Thèse de doctorat : Neurosciences : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 36 p.

Thèse doctorat : Neurosciences : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 14 p.