La découverte de protéines met en lumière les rythmes circadiens

résumé: Les chercheurs ont identifié une protéine importante, Tenm3, dans le système visuel des souris, qui stabilise les rythmes circadiens en modulant la réponse du cerveau à la lumière. Cette découverte a des implications majeures pour le traitement des troubles du sommeil et du décalage horaire.

Les rythmes circadiens jouent un rôle essentiel dans la régulation du sommeil, de l’éveil et d’autres comportements circadiens, et leurs perturbations peuvent entraîner des problèmes de santé.

En comprenant le rôle de Tenm3, les chercheurs visent à développer des interventions contre les troubles du sommeil et le décalage horaire, bénéficiant à terme à la santé humaine.

Faits marquants:

1. La protéine Tenm3 présente dans le système visuel aide le cerveau à maintenir des rythmes circadiens stables, même dans des conditions de luminosité changeantes.
2. Les souris dépourvues de Tenm3 présentent une sensibilité accrue aux signaux lumineux, permettant une modulation rapide des rythmes circadiens.
3. Cette recherche a des applications potentielles dans le diagnostic et le traitement des troubles du sommeil et dans l’atténuation des effets du décalage horaire chez l’homme.

source: Médecine Johns Hopkins

Des scientifiques de la faculté de médecine de l'université Johns Hopkins et des National Institutes of Health ont identifié une protéine dans le système visuel des souris qui semble jouer un rôle clé dans la stabilisation des rythmes circadiens du corps en réduisant la réponse du cerveau à la lumière.

Les résultats ont été publiés le 5 décembre PLoS BiologieLes auteurs de l'étude affirment que cette étude fait progresser les efforts visant à mieux traiter les troubles du sommeil et le décalage horaire.

« Si les rythmes circadiens étaient modifiés à chaque changement rapide d’éclairage, comme une éclipse ou un jour très sombre et pluvieux, ils ne seraient pas très efficaces pour réguler les comportements cycliques tels que le sommeil et la faim.

« La protéine que nous avons identifiée aide à câbler le cerveau pendant le développement neurologique pour permettre des réponses stables aux défis du rythme circadien au quotidien », explique Alex Kolodkin, Ph.D., professeur au Département de neurosciences de l'Université Johns Hopkins et directeur adjoint du institut. Pour les sciences biomédicales fondamentales.

Kolodkin a codirigé l'étude avec le Dr Samer Hattar, chef de la Division de la lumière et des rythmes circadiens à l'Institut national de la santé mentale.

Les scientifiques savent depuis longtemps que la plupart des organismes possèdent une « horloge » circadienne, un ensemble de rythmes biologiques qui fonctionnent 24 heures sur 24 et influencent la vigilance, la somnolence, l’appétit et la température corporelle, entre autres comportements cycliques.

Perturber ce système – par exemple en travaillant par équipes ou en parcourant de longues distances à travers plusieurs zones horaires et lumineuses chez les humains – peut avoir de graves conséquences.

Des études antérieures associent des perturbations persistantes du rythme circadien à un risque accru de cancer, de dépression et de nombreux autres problèmes médicaux.

Les systèmes circadiens sont essentiellement « entraînés » par l’exposition à la lumière. Bien que les chercheurs aient fait des progrès significatifs au cours des dernières décennies dans l’identification des mécanismes responsables des rythmes circadiens, la manière dont le cerveau s’adapte à ces rythmes reste floue.

Pour en savoir plus, Kolodkin et Hattar, ainsi que les premiers auteurs de l'étude, John Honiara, Kat Daly et leurs collègues, ont effectué des recherches dans une base de données de molécules biologiques trouvées lors du développement au centre de contrôle des rythmes circadiens dans le cerveau de la souris, le noyau suprachiasmatique (SCN). .

Situé au plus profond du cerveau de la souris et de l'homme, dans l'hypothalamus, ce réseau se trouve à proximité des zones qui contrôlent la vision et établit des connexions avec les cellules cérébrales qui donnent naissance à la rétine, la partie de l'œil qui détecte la lumière.

L'équipe de recherche s'est rapidement concentrée sur une protéine de surface cellulaire appelée Teneurin-3 (Tenm3), qui fait partie d'une plus grande famille de protéines qui jouent un rôle clé dans l'ensemble des circuits du système visuel et plus généralement dans d'autres circuits du système nerveux central.

Lorsque les chercheurs ont modifié génétiquement des souris pour bloquer la production de Tenm3, les animaux ont développé moins de connexions entre la rétine et le SNS que les animaux avec Tenm3 intact.

Cependant, les souris dépourvues de Tenm3 ont développé une connectivité beaucoup plus grande entre les cellules du noyau et du cortex du SCN, où Tenm3 a tendance à se localiser.

Pour découvrir comment Tenm3 pouvait stabiliser ou perturber les rythmes circadiens même avec une petite quantité de lumière, les scientifiques ont conçu un ensemble d'expériences.

Tout d’abord, ils ont entraîné des souris dépourvues de Tenm3 à un cycle lumière/obscurité de 12 heures, puis ont avancé la période d’obscurité de six heures. Les souris avec Tenm3 intact ont mis environ quatre jours pour réinitialiser leurs rythmes circadiens avec ce changement, tel que mesuré par les schémas d'activité diagnostiques des cycles de sommeil normaux. Les animaux sans Tenm3, cependant, se sont adaptés beaucoup plus rapidement, en deux fois moins de temps.

Lorsque les chercheurs ont mené une expérience similaire avec une lumière deux fois plus faible que lors du test précédent, il a fallu environ huit jours aux souris en bonne santé avec Tenm3 pour ajuster leurs cycles biologiques, mais seulement environ quatre jours pour les souris sans Tenm3.

Même une simple impulsion de 15 minutes de faible lumière a stimulé les souris dépourvues de Tenm3 – mais pas les souris avec la protéine Tenm3 normale – pour produire une substance chimique cérébrale qui agit comme un substitut à l'exposition à la lumière, suggérant une sensibilité accrue aux signaux lumineux nécessaires à l'amorçage. Ou réinitialisez l’horloge biologique.

Ces résultats suggèrent aux auteurs que Tenm3 aide le cerveau à maintenir des rythmes circadiens stables même lorsque l'exposition à la lumière est variable. En en apprenant davantage sur ce système et le rôle de Tenm3, dit Hatter, les chercheurs pourraient éventuellement être en mesure de diagnostiquer et de traiter les dysfonctionnements qui conduisent à l'insomnie et à d'autres troubles du sommeil chez l'homme, ou peut-être de développer des traitements contre le décalage horaire.

« Il y a des implications très claires pour la santé humaine », dit-il.

Parmi les autres chercheurs de Johns Hopkins qui ont contribué à cette étude figurent Catherine Torres.

Financement : Cette étude a été financée par des subventions des National Institutes of Health (R01EY032095) et du programme de recherche intra-muros du NIMH (ZIAMH002964).

À propos de l'actualité de la recherche sur la génétique et le rythme circadien

auteur: Vanessa est modératrice
source: Médecine Johns Hopkins
communication: Vanessa Wasta – Médecine Johns Hopkins
image: Image créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« Teneurin-3 régule la génération de circuits visuels non formateurs d'images et la réponse à la lumière dans le noyau suprachiasmatique« Par Alex Kolodkin et al. PLoS Biologie

un résumé

Teneurin-3 régule la génération de circuits visuels non formateurs d'images et la réponse à la lumière dans le noyau suprachiasmatique

Le fonctionnement du système visuel dépend de l’établissement de connexions précises entre les axones des cellules ganglionnaires rétiniennes (RGC) et leurs cibles centrales dans le cerveau.

Bien que certains progrès aient été réalisés dans l'identification des molécules qui régulent la connectivité des RGC nécessaires à l'assemblage et au fonctionnement des circuits de photoformation, on sait étonnamment peu de choses sur les facteurs requis pour que les RGC intrinsèquement photosensibles (ipRGC) ciblent un composant clé des circuits non photogéniques. – Circuits modulateurs : noyau suprachiasmatique (SCN).

De plus, les molécules nécessaires à la formation de circuits importants pour les comportements circadiens au sein du SCN sont inconnues. Nous notons ici que la molécule d'adhésion Teneurin-3 (Tenm3) est fortement exprimée dans les neurones du peptide intestinal vasoactif (VIP) situés dans la région basale du SCN.

Étant donné que Tenm3 est requis pour d'autres aspects du développement du système visuel des mammifères, nous étudions les rôles de Tenm3 dans la régulation de la connectivité et de la fonction ipRGC-SCN.

Nos résultats montrent que Tenm3 régule négativement l'association entre les neurones VIP et l'arginine vasopressine (AVP) au sein du SCN et est essentiel pour l'innervation axonale M1 ipRGC du SCN. Plus précisément, dans Tenm3^-/- Chez la souris, on retrouve une innervation ventromédiale réduite du SCN.

Malgré cette réduction, Tenm3^-/- Les souris ont une sensibilité à la lumière plus élevée et un recyclage plus rapide à la progression de phase, probablement en raison d'une connectivité accrue entre les neurones VIP et AVP.

Ces données montrent que Tenm3 joue un rôle clé dans le développement de circuits du système visuel non formateurs d'images et qu'il affecte les réponses des souris aux stimuli lumineux à progression de phase.