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.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L’étude des effets de la nutrition sur les profils saisonniers de reproduction ainsi que sur les techniques naturelles visant à maîtriser ce caractère, présente un intérêt tout particulier pour le développement de systèmes d’élevage ovins durables. Nos travaux démontrent que l’état d’engraissement est un facteur capable d’interagir avec la photopériode pour moduler le moment des transitions saisonnières reproductives. Cet effet n’affecte pas la synchronisation annuelle du rythme reproductif des brebis et s’effectue indépendamment de leur degré de saisonnalité. Les effets de l’état d’engraissement se transmettent, en partie via la voie AMPK, sur l’amplitude du rythme journalier et endogène de sécrétion de mélatonine chez la brebis Île-de-France, sans qu’une implication fonctionnelle de ce phénomène puisse être déterminée. Enfin, l’état d’engraissement contribue de façon significative à la variabilité de la réponse des brebis à un traitement d’implants de mélatonine ainsi qu’à la réalisation d’un effet mâle, tous deux réalisés en fin de saison d’anoestrus chez la brebis Île-de-France. / To determine the effect of nutrition on the seasonal patterns of reproduction and on the natural techniques used to control these patterns, is a feature of particular interest in the development of sustainable sheep breeding systems. This work establishes that body condition is a potent factor that interacts with photoperiod to modulate the timing of seasonal reproductive transitions in sheep. This effect does not result in an alteration in the synchronization of the annual reproductive rhythm and is independent of the degree of seasonality of the breed of sheep considered. The effect of body condition involves the AMPK system to alter the amplitude of the daily and endogenous rhythm of secretion of melatonin in the Ile-de-France breed of sheep; a functional implication for this phenomenon remains to be determined. Finally, body condition contributed significantly to the variability of the response of sheep to a treatment with melatonin implants and to the male effect, both performed at the end of the anestrus season for the Ile-de-France breed.

Bien que différents facteurs endogènes et exogènes soient impliqués dans la pathogenèse de la sclérose en plaques (SP), qui est une maladie auto-immune, des résultats contradictoires ont été rapportés concernant les niveaux de synthèse et la fonction de la mélatonine dans la SP. La mélatonine circadienne est une hormone qui est libérée en réponse à la baisse de la luminosité parla glande pinéale. Dans la présente thèse de recherche, nous avons étudié le rôle de la mélatonine dans la SP à l'aide de différents modèles. Tout d'abord dans le chapitre 1, on découvre que la mélatonine a tendance à augmenter dans le modèle de Cuprizone de la SP. Nous avons constaté que le fait de maintenir les souris dans l'obscurité constante entraîne une augmentation supplémentaire de l'effet de renforcement immunitaire de la mélatonine et l'exacerbation de la démyélinisation et l'infiltration. En revanche, la luminothérapie a considérablement atténué la démyélinisation en inhibant la synthèse de la mélatonine et en augmentant l'effet immunosuppresseur du cortisol. Deuxièmement dans le chapitre 2, nous avons utilisé le modèle EAE de la SP pour traiter les souris avec de la mélatonine exogène. Bien que la mélatonine ait déjà montré une réduction chez le modèle de l'EAE, cette étude a montré que la mélatonine améliore la remyélinisation mais que celle-ci est associée à une inhibition de l'enzyme PDC via PDK4, ce qui inhibe donc la synthèse des acides gras nécessaires à une remyélinisation efficace. Cet effet secondaire est éliminé par la co-administration de mélatonine et de la DADA, un inhibiteur de PDK4. Troisièmement dans le chapitre 3, nous avons proposé une voie mécanistique par laquelle la réduction de la mélatonine par le vieillissement et le changement de mode de vie jouent un rôle critique dans la prolifération incontrôlée des cellules souches neurales dans la SVZ. Il s'agit de l'étape initiale de l'initiation du glioblastome. Cet effet de la mélatonine sur la SVZ a mis en évidence l'importance de la mélatonine dans le processus d'oligodendrogenèse, étant donné que les précurseurs d'oligodendrocytes peuvent provenir de la SVZ dans la SP. En résumé, nos études suggèrent que la synthèse de la mélatonine pinéale devrait être suivie pour chaque cas afin de déterminer le profil de l'oscillation de la mélatonine du patient en fonction de son régime alimentaire, de son mode de vie, etc. L'administration de mélatonine peut favoriser la SP, en cas de carence en mélatonine, ou l'exacerber, en cas de surdosage en mélatonine. En outre, la luminothérapie peut être une approche efficace pour contrôler la mélatonine du SNC et augmenter le cortisol immunosuppresseur dans la SP. / Different endogenous and exogenous factors are involved in multiple sclerosis (MS) pathogenesis, an autoimmune disease. However, conflicting results are reported concerning melatonin synthesis levels, and function in MS. Circadian melatonin is a hormone released in response to the darkness from the pineal gland. In the current research thesis, we investigated the role of melatonin by different models in MS. First, in chapter 1, it is uncovered that melatonin tends to increase in the cuprizone model of MS. We figured out that keeping mice in constant darkness caused further increase in immunoenhancing function of melatonin and exacerbated the demyelination and infiltration. In contrast, light therapy significantly improved demyelination by inhibiting melatonin synthesis and boosting the cortisol immunosuppressant. Second, in chapter 2, we used the EAE model of MS to treat the mice with exogenous melatonin. The current study showed that melatonin improves remyelination; however, is associated with the inhibition of the PDC enzyme via PDK4, which inhibits the fatty acid synthesis required for efficient remyelination. This side effect is eliminated by the co-administration of melatonin and DADA, a PDK4 inhibitor. Third, in chapter 3, we proposed a mechanistic pathway by which melatonin reduction by aging and different lifestyle play a critical role in the uncontrolled proliferation of neural stem cells in the subventricular zone (SVZ). This is the initial step in glioblastoma initiation. This effect of melatonin on SVZ, highlighted the importance of melatonin in the oligodendrogenesis process as oligodendrocyte precursor can originate from SVZ in MS. To sum up, it suggested that pineal melatonin synthesis should be monitored in each induvial to figure out what is the patient's pattern in melatonin oscillation based on his/her diet, lifestyle, etc. Melatonin administration can improve MS, in case of melatonin deficiency or can exacerbate it, in case of melatonin overdose. Furthermore, light therapy may be an efficient approach for controlling the CNS melatonin and increasing the cortisol immunosuppressant in MS.

La mélatonine est une neuro-hormone secrétée par la glande pinéale pour réguler les rythmes circadiens, le sommeil, la physiologie de la rétine, la reproduction saisonnière et diverses fonctions neuronales. La mélatonine exerce ses fonctions en se liant à deux récepteurs membranaires appelés MT1 et MT2 qui appartiennent à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Les RCPG sont connus pour former des homo- et hétérodimères mais la pertinence physiologique de ces complexes reste à démontrer. Plusieurs études montrent que la fonction de ces complexes ne se limite pas à la régulation des protéines G hétérotrimériques, mais inclue également la régulation d'autres protéines comme les transporteurs et les canaux ioniques. Dans ce travail, nous rapportons la formation d'hétérodimères MT1/MT2 dans les photorécepteurs de la rétine de souris et nous montrons que l’augmentation de la sensibilité de ces cellules à la lumière par la mélatonine requiert l'activation de la voie Gq/PLC/PKC qui est spécifique de l’hétéromère. Cette étude confirme alors la pertinence physiologique de l’hétérodimérisation des récepteurs de la mélatonine.Nous avons ensuite cherché à identifier de nouveaux partenaires de MT1 et MT2 en effectuant plusieurs cribles protéomiques et génétiques et un interactome de 378 protéines a pu être construit. L'analyse bioinformatique a révélé la présence de plusieurs protéines présynaptiques (canaux calciques voltage-dépendants Cav2.2, SNAP25, Synapsin et Munc-18) dans l'interactome MT1. Parmi ces partenaires, nous avons montré dans les cellules CHO que le récepteur MT1 interagit avec la protéine Cav2.2 et inhibe l’entrée du calcium d'une manière indépendante de la stimulation par l’agoniste, ce qui suggère un rôle régulateur de MT1 dans la libération des neurotransmetteurs.Un autre partenaire caractérisé est le transporteur de la dopamine DAT. L'interaction physique de DAT avec les récepteurs de la mélatonine diminue l’expression de DAT à la surface cellulaire et diminue l'absorption de la dopamine dans les cellules HEK293. La pertinence physiologique de ces observations a été appuyée par l’augmentation de la recapture de la dopamine dans les synaptosomes du striatum de souris knock-out pour les récepteurs de la mélatonine. En conclusion, ce rapport montre que la construction des interactomes des RCPG offre de nouvelles perspectives pour la découverte de nouvelles fonctions de ces récepteurs, comme les fonctions rétiniennes et neuronales des récepteurs de la mélatonine dans notre étude. La formation de complexes RCPG/RCPG, RCPG/canaux ioniques et RCPG/transporteurs peut avoir un effet fonctionnel réciproque au niveau de l’activité du récepteur et de ces partenaires, mettant ainsi en évidence de nouveaux mécanismes moléculaires de cross-talk cellulaire. / Melatonin is a neurohormone secreated by the pineal gland in a circadian manner. This hormone is involved in the regulation of circadian rhythms, sleep, retinal physiology, seasonal reproduction and various neuronal functions. Melatonin exerts its effects through two G protein-coupled receptors (GPCR) called MT1 and MT2. GPCRs are known to form homo- and heterodimers, but the physiological relevance of these complexes remains a matter of debate. An increasing number of reports show that the function of these GPCR complexes is not restricted to the regulation of heterotrimeric G proteins but include also the regulation of other proteins like transporters and ion channels. Here, we report the formation of MT1/MT2 heterodimers in mouse retinal rod photoreceptors and show that the enhancing effect of melatonin on light sensitivity in these cells requires the activation of the heteromer-specific Gq/PLC/PKC signaling pathway. This study demonstrates the physiological relevance of GPCR heterodimerization.We next searched for new MT1 and MT2 interacting proteins in an unbiased manner by performing several proteomic and genetic screens. An interactome of 378 proteins was built. Bioinformatic analysis revealed the presence of several presynaptic proteins (voltage-gated calcium channel Cav2.2, SNAP25, Synapsin and Munc-18) in the MT1 interactome. Presynaptic localization of MT1 and spatial proximity with presynaptic proteins was confirmed in mouse and rat brains. Among these potential partners, we show that MT1 physically interacts with Cav2.2 in CHO cell line and inhibits Cav2.2-promoted Ca2+ entry in an agonist-independent manner suggesting a regulatory role of MT1 in neurotransmitter release.Another proteins identified in the screens was the dopamine transporter DAT. Physical interaction of DAT with melatonin receptors decreased DAT cell surface expression and diminished dopamine uptake in HEK293 cell. Supporting this result we found using the in vivo model of melatonin receptors knockout mice a respective increase of dopamine uptake in synaptosomal preparations of the striatum of supporting the physiological relevance of these GPCR/transporter complexes. In conclusion, this report shows that GPCR interactome building provides new insights into receptor function, like retinal and neuronal functions of melatonin receptors in our case. Formation of GPCR/GPCR, GPCR/ion channel and GPCR/transporter complexes may have a reciprocal functional impact, on the activity of the receptor and interacting partners thus elucidating new molecular mechanisms cellular cross-talk.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse en cotutelle : « Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Carthage, Tunis, Tunisie » / Depuis des décennies, l'hormone synthétisée et sécrétée naturellement par la glande pinéale appelée « mélatonine » a fait son entrée dans le monde scientifique. Les études ont montré que le rythme de sécrétion de la mélatonine dépend de la photopériode, cette dernière étant influencée par la saison. Chez les petits ruminants, la mise en veilleuse de la fonction de reproduction pour une période de l'année est désignée par la reproduction saisonnée. L'information photopériodique est traduite en termes de variation de la durée de sécrétion de la mélatonine. Chez l'espèce ovine, des études ont montré que la mélatonine régule indirectement l'axe gonadotrope en modulant la sécrétion de GnRH. Cette modulation se fait à travers les récepteurs spécifiques à la mélatonine MT1 et MT2. Cependant, il existe des variations considérables dans la densité et l'emplacement de l'expression des récepteurs de la mélatonine entre les espèces. Chez les animaux saisonniers, la mélatonine est impliquée dans la fonction ovarienne en activant des récepteurs multiples et des voies de signalisation de différents types de cellules cibles, en particulier les cellules de la thèque et de granulosa. La confirmation de la présence de cette hormone avec des quantités plus élevées au niveau du liquide folliculaire que dans le plasma a encouragé les chercheurs à tester son rôle spécifiquement au niveau du follicule ovarien. Dans un premier temps, cette thèse s'intéresse à comprendre l'effet de la mélatonine sur une culture de cellules de granulosa à travers une prédiction des principales voies de signalisation impliquées par la mélatonine dans la manipulation des signaux métaboliques au sein des follicules ovariens au stade antrale. L'objectif étant d'étudier la réponse folliculaire à la mélatonine au niveau de l'expression des gènes en utilisant l'outil de séquençage à haut débit. Nous avons constaté une image transcriptomique différente pour la culture des cellules de granulosa traitées avec de la mélatonine comparée à la culture non traitée. De plus, l'analyse des gènes différentiellement exprimés et des principales voies biologiques y étant associée nous ont démontré que cette hormone agit à travers la voie PKB/mTOR pour reprogrammer le métabolisme des cellules de granulosa afin de maintenir une lente croissance et différenciation ainsi que de prévenir l'atrésie folliculaire. Dans un second temps, cette thèse s'intéresse à la caractérisation des voies de signalisation activées, via les récepteurs spécifiques MT1 et MT2, dans la médiation de l'effet de la mélatonine au niveau des cellules de granulosa humaines. En utilisant des agonistes et des antagonistes spécifiques aux deux récepteurs, cette étude a permis de mettre en évidence un rôle clair du récepteur MT1 dans la médiation de l'effet antiproliférative de la mélatonine, via la voie PKB. Dans un troisième temps, cette thèse s'intéresse aussi à comprendre l'effet de la mélatonine à travers son récepteur MT1 sur le cycle reproductif chez les petits ruminants. Cette étude consiste à établir le lien entre les polymorphismes existants au niveau du récepteur MT1 et la saisonnalité de reproduction chez 77 brebis de deux races ovines locales en Tunisie, la Barbarine (B) et la Queue Fine de l'Ouest (QFO). Cette étude nous a permis de trouver certaines mutations au niveau du gène de récepteur à la mélatonine MT1 chez ces brebis, spécifiquement les SNPs liés au caractère saisonnier de la reproduction chez d'autres races ovines dans le monde. Les analyses statistiques nous ont prouvé que les brebis de la race B de génotype G/G et G/A qui sont les moins sensibles à la photopériode et répondent rapidement à l'effet bélier que les brebis de génotype A/A, ce qui nous laisse conclure que les brebis de la race (B) ont un anœstrus moins profond que les brebis de la race QFO. Globalement, les résultats de ces études suggèrent un aperçu global de l'action de la mélatonine au niveau des cellules de granulosa humaine tout en améliorant les connaissances sur le rôle de ses récepteurs spécifiques MT1 et MT2 ainsi que les principaux réseaux de signalisation impliqués à la suite de leur activation. Cette thèse permet de mettre en lumière les différents polymorphismes au niveau du gène de récepteur MT1 chez deux races ovines et révèle également une certaine sensibilité d'une race plus que l'autre à la photopériode. Ces résultats servent à optimiser les programmes d'amélioration génétique de reproduction et à éclaircir la réponse génomique des cellules de la granulosa humaine sur l'échelle transcriptomique. / For decades, the hormone synthesized and secreted naturally by the pineal gland called melatonin has entered the scientific world. This sleep hormone, which was discovered in 1960, has attracted the attention of researchers who have begun to explore more and more about its effects on animals. Studies have shown that the melatonin secretion rate depends on the photoperiod, which is influenced by the season. In nature, the seasonal variation in climate and food availability are important parameters in which, different animal species must adapt to survive well. In small ruminants, the dormancy of the reproductive function for a period of the year is referred to as the seasonal breeding. The photoperiod information is translated in terms of variation during the secretion of melatonin. In sheep, melatonin indirectly regulates the gonadotropic axis by modulating GnRH secretion. This modulation is done through melatonin-specific receptors MT1 and MT2. However, there are considerable variations in the density and location of melatonin receptor expression among species. In seasonal animals, melatonin is involved in ovarian function by activating multiple receptors and signaling pathways of different types of target cells, especially theca and granulosa cells. Confirmation of the higher amount of this hormone in the follicular fluid than in the plasma encouraged the researchers to test its role specifically on the ovarian follicle. First, this thesis is interested in understanding the effect of melatonin on a culture of human granulosa cells. It is also intended to predict the main signaling pathways involved with melatonin in the manipulation of metabolic signals within the antral ovarian follicles. The objective of this study is to understand the follicular response to melatonin in terms of gene expression and epigenetic adaptation while using the high-throughput sequencing tool. This relatively simple system could allow exploring the molecular mechanism that acts across generations, it allows the production of a global image of the activated pathways in the presence of melatonin. The foundation of different transcriptomic images for the culture of granulosa cells treated with melatonin than untreated culture. In addition, the analysis of differentially expressed genes and the main biological pathways associated with them showed that this hormone may act through the PKB/mTOR pathway to reprogram granulosa cell metabolism to maintain slow growth and differentiation as well as prevent follicular atresia. In the second stage, this thesis focuses on the characterization of activated signaling pathways, via specific receptors MT1 and MT2, in the mediation of the effect of melatonin in human granulosa cells. The aim was to identify which receptor is most involved in the effect of melatonin using specific agonists and antagonists to the two receptors. This study demonstrated a clear role of the MT1 receptor in mediating the antiproliferative effect of melatonin via PKB pathway by reprogramming the metabolism of human granulosa cells. To understand the effect of melatonin through its MT1 receptor on the reproductive cycle in small ruminants, the third chapter consists in establishing the link between the existing polymorphisms on MT1 receptor gene and the seasonal reproduction of 77 ewes of two local sheep breeds in Tunisia, the Barbarine and the Queue Fine de l'Ouest (QFO). This study allowed us to find certain mutations in the MT1 melatonin receptor gene in ewes of both breeds, specifically, SNPs related to the seasonality of reproduction in other sheep breeds worldwide. Statistical analyses have shown us that the Barbarine ewes with G/G and G/A genotypes are less sensitive to the photoperiod and spread rapidly to the ram effect than ewes with A/A genotype. This leads us to conclude that the Barbarine breed showed to be ready to resume reproductive activity earlier than the QFO ewes at the ram introduction. Overall, the results of these studies suggest a global overview of the melatonin action on human granulosa cells while improving our knowledge on the role of its specific MT1 and MT2 receptors as well as the main signaling networks involved following their activation. This thesis allows us to highlight the different polymorphisms at the level of the MT1 receptor gene in two Tunisian sheep breeds and reveals a certain sensitivity of one breed more than the other to the photoperiod. These results serve to optimize genetic breeding improvement programs and to clarify the genomic response of human granulosa cells on the transcriptomic scale.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.