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Des horloges biologiques régies par deux groupes de neurones chez la mouche

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Depuis plusieurs années, les scientifiques tentent de percer le secret des bases neuronales du contrôle des rythmes biologiques. Chez la mouche du vinaigre (Drosophile), une centaine de neurones contrôlent les rythmes circadiens (cycles de 24 heures) de l'activité locomotrice.

Des horloges biologiques régies par deux groupes de neurones chez la mouche

En conditions normales, on observe chez la mouche des pics d'activité à l'aube et au crépuscule. Les travaux publiés cette semaine dans la revue Nature par l'équipe de François Rouyer, directeur de recherche Inserm, à l'Institut de Neurobiologie Alfred Fessard (CNRS) montrent que ces deux pics d'activité sont contrôlés par deux horloges situées dans deux groupes neuronaux différents bien identifiés. Ces résultats suggèrent que la drosophile, modèle d'étude incontournable de nombreuses fonctions physiologiques et comportementales, pourrait fournir une fois de plus des éléments de réponse, préalables à une meilleure connaissance du contrôle des rythmes biologiques chez les mammifères.

De nombreux comportements (vision, olfaction, vigilance, sommeil) pré sentent un rythme circadien, sous la dépendance d'une « horloge » située dans le cerveau, synchrone avec l'alternance des jours et des nuits. Cette horloge intrinsèque prépare l'organisme aux changements environnementaux. Elle anticipe les transitions jour-nuit et nuit-jour en agissant sur la sécrétion d'hormones, la température du corps, etc. Ce qui peut prendre plusieurs heures...

Au cours des cycles normaux d'alternance entre jours et nuits, la mouche présente une activité bimodale. Au moment de l'aube et du crépuscule, l'environnement (température ambiante, taux d'humidité) est plus propice à de nombreuses activité s dont le vol, l'éclosion, etc. L'observation de ces deux pics d'activité et de leurs déplacements selon les saisons (plus tôt le matin et plus tard le soir en été quand les jours rallongent par exemple) suggère l'existence de deux oscillateurs. Chez les rongeurs, des expériences réalisées dans des conditions particulières de lumière mettent en évidence l'existence de deux rythmes avec des périodes différentes. Ces expériences ont poussé les spécialistes à formuler dans les années 70 l'hypothèse de l'existence d'une horloge possédant deux oscillateurs distincts, un oscillateur matinal, et un oscillateur réglant l'activité du soir.

Grâce à des expériences fondées sur l'étude de constructions génétiques différentes, François Rouyer et ses collaborateurs concluent aujourd'hui que les deux périodes d'activité observées chez la mouche, sont régies chacune par des groupes de cellules distinctes, les groupes de neurones ventro-latéraux et dorso-latéraux. En géné rant des mouches qui possèdent l'oscillateur du matin ou l'oscillateur du soir, ils font ainsi la preuve que chaque période d' activité est gouvernée par son propre « oscillateur » circadien. Reste maintenant à comprendre comment ces oscillateurs perçoivent la lumière et communiquent entre eux et avec le reste du réseau de neurones impliqués dans le contrôle des rythmes.

Ces recherches devraient apporter des éléments supplé mentaires de compréhension des mécanismes en jeu chez les mammifères. Chez le rongeur, déjà, des expériences d'electrophysiologie réalisées sur le noyau suprachiasmatique (siège de l'horloge chez les mammifères) suggèrent l'existence d'une horloge complexe composée de deux oscillateurs couplés. Comme chez la mouche, il semble donc qu'un oscillateur du matin et un oscillateur du soir assurent de concert les fonctions circadiennes du cerveau.

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