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THÈSE présentée à L'UNIVERSITE LOUIS PASTEUR Faculté des Sciences de la Vie - STRASBOURG - En vue de l'obtention du titre de DOCTEUR D'UNIVERSITE NEUROSCIENCES par Benjamin Tournier Rôle des gènes horloges dans la traduction biologique de la photopériode par les Noyaux Suprachiasmatiques et la Pars tuberalis des mammifères. Soutenance le 15 Septembre 2006, devant la commission d'examen : Rapporteur Externe Dr Benoît Malpaux Rapporteur Externe Dr François Rouyer Rapporteur Interne Pr Rémy Schlichter Examinateur Dr David Hazlerigg Examinateur Dr Paul Pévet Directeur de Thèse Dr Patrick Vuillez

  • conseils concernant l'enseignement

  • régulation transcriptionnelle

  • pasteur faculté des sciences de la vie

  • diminution de photopériode sur la transcription des gènes de l'horloge

  • amitié

  • relation horloge moléculaire

  • scn

  • gènes horloges


Publié le : vendredi 1 septembre 2006
Lecture(s) : 138
Source : scd-theses.u-strasbg.fr
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THÈSE

présentée à



L’UNIVERSITE LOUIS PASTEUR
Faculté des Sciences de la Vie
- STRASBOURG -




En vue de l’obtention du titre de

DOCTEUR D’UNIVERSITE
NEUROSCIENCES



par


Benjamin Tournier




Rôle des gènes horloges
dans la traduction biologique de la photopériode par les
Noyaux Suprachiasmatiques et la Pars tuberalis des
mammifères.


Soutenance le 15 Septembre 2006, devant la commission d’examen :


Rapporteur Externe Dr Benoît Malpaux Dr François Rouyer
Rapporteur Interne Pr Rémy Schlichter
Examinateur Dr David Hazlerigg Dr Paul Pévet
Directeur de Thèse Dr Patrick Vuillez

Je tiens tout d’abord remercier le Dr. Mireille Masson-Pévet de m’avoir accueilli au sein du
laboratoire de Neurobiologie des Rythmes et le Dr. Paul Pévet, pour les discussions
scientifiques et extra-scientifiques que nous avons pu avoir. Au cours de ces cinq années,
j’aurai beaucoup appris à leur contact. Je les remercie également tous deux, pour le soutien
qu’ils m’ont apporté au cours de ces derniers mois.

Je remercie vivement le Dr. David Hazlerigg pour m’avoir permis de travailler dans son
laboratoire en Ecosse, pendant environ trois mois au cours de l’année 2004. A ces
remerciements, j’associe également le Dr. "Gaby" Wagner, le Dr. Jonathan Johnston et
Jean-Michel Fustin, doctorant. Leurs conseils scientifiques, nos discussions au laboratoire et
ailleurs, m’ont été très utiles. Un merci plus particulier à Gaby et David pour m’avoir initié à
la vie écossaise…

Je tiens aussi à remercier le Pr. Rémy Schlichter, le Dr. Benoît Malpaux et le Dr. François
Rouyer, d’avoir accepté de juger ma thèse.

Je remercie également les personnes avec qui j’ai pu travailler au cours de ma thèse. Le
Dr. Valérie Simonneaux pour notre étude chez le hamster d’Europe, le Dr. Etienne Challet
pour l’étude concernant l’expression du gène Tgfα. De manière égale, je remercie le
Dr. Françoise Eclancher pour les relectures de mon manuscrit et, les Drs. André Malan,
Paul Klosen et Jorge Mendoza pour nos nombreuses discussions scientifiques.

Je tiens également à remercier les Drs. Virginie Laurent-Gydé, Sylvie Raison et Berthe
Vivien-Roels pour leur amitié et pour nos diverses soirées passées ensemble. Bonne
continuation à vous toutes !

Etant tous les jours au contact des jeûnes du labo, il m’est très difficile de résumer ces
dernières années en quelques lignes…
Merci à "Abou", "Dardente", "VJ" et plus particulièrement à "Skippy" pour leur amitié et
pour m’avoir initié aux différentes techniques. Merci à "Valium", "Juju" et "Betty", les
encadrer (et plus encore) a été un véritable plaisir. Merci également à "Maya" d’avoir partagé
avec moi ses bons petits plats, à "Fiona" et au "Breton", mes compagnons de piscine, à
"Docus" pour nos nombreuses discussions autour d’un verre, et plus particulièrement à "R2",
celle qui a été non seulement ma secrétaire, ma locatrice d’ordinateur mais aussi ma bargirl le
dimanche soir…
Et pour toutes les autres soirées, merci encore à Annika Herwig, "Coco", "Shrek", "TGM"
et à "Wizard". Merci également aux plus jeûnes d’entre nous, les "Deux blondes", "Le Bleu"
et "Le Petit", bon courage à vous tous.
Enfin, à celui qui a été mon colocataire puis mon voisin du dessous, mon voisin de paillasse et
mon conseiller au labo, mon compagnon de diverses démarches pour les doctorants de l’IFR,
tout simplement, Merci "Requin" ! Et au-delà de ces quelques lignes, chacun d’entre nous
saura en garder des sentiments d’amitié sincère.

Merci enfin à toutes les personnes du laboratoire, notamment à Fafa, Aurore, Daniel B et
Daniel C pour tout ce qu’ils ont fait pour moi.

Comme une thèse ne peut se réaliser dans les meilleures conditions qu’avec le soutien et
l’amitié de personnes en dehors du laboratoire, je veux remercier tout particulièrement mes
parents, ma sœur et mon frangin. Merci aussi aux Grepsy et assimilés dont "Le Blond",
"Dagus", "Nini", et Steeve…
1 On aurait pu croire que cela allait s'arrêter là?? Comment ne pas remercier la personne sans
qui, rien de ce travail n'aurait pu aboutir ? Comment ne pas déjà regretter de ne plus partager
le même bureau et tout ce que cela engendre ? En clair, comment faire pour remercier à son
juste titre, mon directeur de thèse qui, plus qu'un directeur, est un ami. Comment faire donc
pour remercier Pat' ?

Un bon début serait de résumer en quelques mots, ces cinq dernières années… Tout à
commencé lorsqu’il m'a accepté dans son groupe pour étudier les effets d'une diminution de
photopériode sur la transcription des gènes de l'horloge. Le premier contact fut déjà placé
sous le signe de l'amitié après un bref entretien…de presque deux heures. C'est là qu'il est
devenu officiellement mon "chef".

Par la suite et au cours de ces cinq années, il a réussi à être, en fonction de ma propre humeur
(..) à la fois un chef pour son encadrement, un grand frère pour tous ses conseils concernant
l’enseignement et un ami pour sa patience, son ouverture d’esprit et ses conseils judicieux sur
le plan professionnel comme personnel…


Ces quelques lignes ne sont qu’un pâle reflet de toute la reconnaissance que j’ai pour lui…

Merci Chef !









Abou : Dr. Sandrine Siffroi-Fernandez Le Petit : Laurent Nexon
Betty : Elisabeth Waltisperger Maya : Zeïna Malek
Breton : Dr. Laurent Tritschler R2 : Laurence Agez
Coco : Corina Bobu Requin : Dr. Florent Revel
Dardente : Dr. Hugues Dardente Shrek : Anthony Salingre
Deux blondes : Aurélie Bègle & Domitille Skippy : Dr. Jérôme Menet
Boudard TGM : Mathieu Chansard
Docus : Céline Feillet Valium : Jérôme Birkenstock
Fiona : Emeline Umbrecht-Jenk VJ : Dr. Vincent-Joseph Poirel
Juju : Julien Guy Wizard : Dr. Caroline Graff
Le Bleu : Marc Cuesta



2 SOMMAIRE



Liste des abréviations récurrentes 7
A. INTRODUCTION 9
1. Le système circadien ...................................................................................................... 15
1.1. INTERET D’UN SYSTEME CIRCADIEN ............................................................ 15
1.2. UNE HORLOGE… DANS LE CERVEAU............................................................ 15
1.2.1. Evidences expérimentales. ............................................................................... 15
1.2.2. Subdivisions histochimiques des SCN. ............................................................. 17
1.2.3. Activité électrique des neurones des SCN. ....................................................... 19
1.2.4. Un couplage nécessaire à la construction d’un message rythmique. .............. 20
1.2.5. Subdivisions histochimiques….et fonctionnelles des SCN ? ............................ 22
1.2.6. L’afférence photique majeure des SCN............................................................ 23
1.2.6.1. Anatomie et neurotransmetteurs impliqués.............................................. 23
1.2.6.2. Les photorécepteurs rétiniens................................................................... 23
1.2.7. Distribution des messages rythmiques efférents aux SCN ............................... 25
1.2.7.1. Voies Nerveuses puis endocrines............................................................. 27
1.2.7.2. Des facteurs diffusibles ............................................................................ 30
1.2.8. Conclusion........................................................................................................ 32
1.3. FONCTIONNEMENT MOLECULAIRE DE L’HORLOGE ................................. 34
1.3.1. L’horloge moléculaire...................................................................................... 34
1.3.1.1. Les gènes horloges ................................................................................... 34
1.3.1.2. Les gènes contrôlés par l’horloge 43
1.3.1.3. Gènes horloges, activité électrique, VIP & AVP. .................................... 43
1.3.2. Des niveaux de régulations .............................................................................. 48
1.3.2.1. Régulation Transcriptionnelle.................................................................. 48
1.3.2.2. Régulation Post-transcriptionnelle ........................................................... 57
1.3.2.3. Régulation Traductionnelle...................................................................... 59
1.3.2.4. Régulation Post-traductionnelle ............................................................... 60
1.3.2.5. Conclusions des régulations..................................................................... 70
1.4. SYNCHRONISATION DE L’HORLOGE PRINCIPALE...................................... 76
1.4.1. Au niveau physiologique .................................................................................. 76
1.4.2. Au niveau cellulaire ......................................................................................... 76
1.4.3. Au niveau moléculaire...................................................................................... 79
1.5. DES HORLOGES…EN PERIPHERIE................................................................... 86
1.5.1. Des oscillateurs périphériques......................................................................... 86
1.5.2. Un chef d’orchestre ?....................................................................................... 92
1.5.3. Exemple d’une relation horloge moléculaire-fonction .................................... 96
1.5.3.1. Peroxisome Proliferator-activated Receptor α......................................... 96
1.5.3.2. Gènes horloges et PPARα........................................................................ 98


3 2. Le système saisonnier................................................................................................... 101
2.1. INTERET DU SYSTEME SAISONNIER. ........................................................... 101
2.2. ROLE DE LA PHOTOPERIODE.......................................................................... 102
2.2.1. La physiologie au cours des saisons. ............................................................. 102
2.2.1.1. Photopériode critique. ............................................................................ 102
2.2.1.2. Photopériode réfractaire. ........................................................................ 104
2.2.2. Des modèles pour expliquer la mesure du temps........................................... 105
2.2.2.1. Le modèle de coïncidence externe. ........................................................ 105
2.2.2.2. Le modèle de coïncidence interne.......................................................... 107
2.2.3. L’horloge principale au cours de saisons...................................................... 109
2.3. UNE HORMONE… DONNEUSE DE TEMPS.................................................... 110
2.3.1. Synthèse de la mélatonine et variations circadiennes & saisonnières........... 110
2.3.2. La mélatonine et ses récepteurs. .................................................................... 112
2.3.2.1. Cibles de la mélatonine. ......................................................................... 112
2.3.2.2. Les récepteurs MT1 et MT2................................................................... 113
2.3.3. Effets de la mélatonine. .................................................................................. 114
2.3.3.1. Circadiens............................................................................................... 114
2.3.3.2. Saisonniers. ............................................................................................ 119
2.4. LA PARS TUBERALIS........................................................................................... 122
2.4.1. Expression génique. ....................................................................................... 122
2.4.2. Contrôle de la libération de PRL. 124
2.4.3. Gènes horloges et…régulation par la mélatonine. ........................................ 125
2.4.3.1. Expression des gènes horloges............................................................... 125
2.4.3.2. Contrôle de l’expression des gènes horloges. 126
2.4.3.3. Modèle de coïncidence interne. 128
2.5. PHOTOPERIODE REFRACTAIRE. .................................................................... 133
2.6. UNE HORLOGE SAISONNIERE. ....................................................................... 136
2.6.1. Une contrainte majeure.................................................................................. 136
2.6.2. Mise en évidence physiologiques et caractéristiques..................................... 136
2.6.3. Quelques limites….......................................................................................... 138
2.6.4. Localisation de cette horloge. ........................................................................ 138
2.6.5. Un rôle pour la PT ? ...................................................................................... 139
2.6.6. Conclusions .................................................................................................... 139
B. OBJECTIFS 141

C. MATERIELS & METHODES 145
1. Animaux et prélèvements ............................................................................................ 147
1.1. CONDITIONS D’ELEVAGE................................................................................ 147
1.2. PRELEVEMENTS................................................................................................. 149
2. Hybridation in situ radioactive ................................................................................... 151
4 2.1. TECHNIQUE 1 ...................................................................................................... 151
2.1.1. Clonage et synthèse des sondes...................................................................... 151
2.1.2. Hybridation. ................................................................................................... 154
2.2. TECHNIQUE 2 158
2.2.1. Synthèse des sondes........................................................................................ 158
2.2.2. Hybridation. 158
3. Dosages radioimmunologiques.................................................................................... 160
4. Statistiques et Modélisations mathématiques............................................................ 161
4.1. ANALYSE DE LA VARIANCE. .................................................................................... 161
4.2. REGRESSIONS NON LINEAIRES. ................................................................................ 161
4.2.1. Analyse du cosinor. ........................................................................................ 162
4.2.2. Equation à un ou deux pics logistiques.......................................................... 162
4.2.2.1. Equation à un pic logistique................................................................... 162
4.2.2.2. Equation à deux pics logistiques. ........................................................... 163
D. RESULTATS & DISCUSSIONS 165
1. Influence de la photopériode sur le fonctionnement nycthéméral de l’horloge
circadienne. ........................................................................................................................... 167
1.1. CHEZ LE HAMSTER SYRIEN. ........................................................................... 167
1.1.1. Introduction.................................................................................................... 167
1.1.2. Résultats ......................................................................................................... 167
1.1.3. Discussion ...................................................................................................... 170
1.2. CHEZ LE HAMSTER D’EUROPE....................................................................... 174
1.2.1. Introduction.................................................................................................... 174
1.2.2. Résultats 175
1.2.3. Discussion. ..................................................................................................... 179
2. Mécanismes d’intégration de la photopériode par les gènes de l’Horloge.............. 182
2.1. EFFETS D’UN CHANGEMENT DE PHOTOPERIODE .................................... 182
2.1.1. Introduction 182
2.1.2. Résultats. ........................................................................................................ 183
2.1.2.1. Effet direct de la photopériode............................................................... 183
2.1.2.2. La photopériode courte réfractaire ......................................................... 187
2.1.2.3. Clock "au cours des saisons".................................................................. 187
2.1.3. Discussion. 190
2.2. ROLE DE LA MELATONINE SUR LES SCN.................................................... 194
2.2.1. Introduction.................................................................................................... 194
2.2.2. Résultats ......................................................................................................... 194
2.2.3. Discussion ...................................................................................................... 197
3. Contrôle de l’activité locomotrice par le TGFα. ....................................................... 199
3.1. INTRODUCTION.................................................................................................. 199
3.2. RESULTATS. ........................................................................................................ 200
5 3.2.1. Expressions journalière et circadienne de l’Avp, du Vip et du Grp. ............. 200
3.2.2. Expressions journalière et circadienne du Tgfα............................................ 204
3.3. DISCUSSION. ....................................................................................................... 210
4. Mécanisme de décodage du signal mélatoninergique par la Pars tuberalis. ........... 214
4.1. CHEZ LE HAMSTER D’EUROPE....................................................................... 214
4.1.1. Introduction.................................................................................................... 214
4.1.2. Résultats ......................................................................................................... 215
4.1.3. Discussion ...................................................................................................... 218
4.2. CHEZ LE MOUTON. ............................................................................................ 219
4.2.1. Introduction.................................................................................................... 219
4.2.2. Résultats 220
4.2.3. Discussion 224
E. CONCLUSIONS & PERSPECTIVES 227
1. Du circadien au saisonnier. ......................................................................................... 231
1.1. CODAGE DE LA PHOTOPERIODE PAR LES SCN.......................................... 231
1.1.1. Au niveau moléculaire.................................................................................... 231
1.1.2. Au niveau cellulaire. ...................................................................................... 232
1.2. CONCLUSIONS.................................................................................................... 233
2. Clock, un gène à la base des rythmes saisonniers...................................................... 235
2.1. REGULATION DE LA PRESENCE DES ARNM DE CLOCK........................... 235
2.2. CONSEQUENCES DE CETTE ADAPTATION.................................................. 236
3. La Pars tuberalis, un modèle d’études… .................................................................... 238
3.1. MODELE DE COÏNCIDENCE INTERNE.......................................................... 238
3.2. MODELE D’HORLOGES MOLECULAIRES..................................................... 240

F. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 245

G. ANNEXES 285

6 Liste des Abréviations récurrentes

AA-NAT : Aryl-acrylamine N-acétyl LP-R : photopériode longue réfractaire
transferase M : Morning
Apo : Apolipoprotéine MAPK : Mitogen-activated protein kinase
ANOVA : Analyse de la variance NONO : Non-POU-domain-containing,
octamer-binding protein αODN : αOligodéoxynucléotides
NPY : Neuropeptide Y AP-1 : Activator protein 1
PAR : Proline and acidic amino acid rich AVP : Arginine vasopressin
PAS : Period-Arnt-sim BDNF : Brain-derived neurotrophic factor
Per : Period bHLH : basic helix loop helix
Per1::LUC : rapporteur luciférase couplé au BIT : Brain immunoglobulin-like molecule
promoteur de Per1. with tyrosine-based activation motifs
PER2::LUC : protéine de fusion réalisée à Bmal1 : Brain and muscle ARN-t like
partir des 23 exons de la séquence codant protein 1
PER2, auxquels sont ajoutés la séquence β-TrCP : β-Transducin repeat containing
codant la LUC protein
Pk2 : Prokineticin 2 CALB : Calbindin
++ PK : Protéine kinase dépendante du A/GCaMKII : Ca /Calmoduline kinase II
cA/GMP CBP : CREB binding protein
PP2A/B : protein phosphatase 2A/B CCD : Computer-controlled digital video
PPAR : Peroxisome proliferator-activated CCG : clock-controlled gene
receptor CHX : cycloheximide
PPREs : Peroxisome proliferator-activated CKI : Caséine kinase I ε /δ ε /δ
receptor response element Clock : Circadian locomotor output cycles
PRC : Courbe de réponse de phase kaput
PRL : prolactine CRE : cAMP Response Element
PT : Pars tuberalis CREB : CRE binding protein
RAR : Retinoic acid receptor Cry : cryptochrome
RBP : RNA-binding protein Dbp : Albumin gene D-site binding protein
RHT : Tractus rétinohypothalamique DD : Dark-Dark
ROREs : REV-ERBα / ROR Response DEXRAS1 : Dexamethasone-induced RAS
element protein 1
RORs : Retinoic acid-related orphan receptor DHP : Déconnection hypothalamo-pituitaire
RSK-1/2 : Ribosomal protein S6 kinase-1/2 DR : Direct Reapeat
E : Evening RXR : Retinoid X receptor α
EGF : Epidermal growth factor RZRβ : Retinoid Z receptor β
EGFR : EGF receptor 1 SCN : Noyaux suprachiasmatiques
ErbB : Famille des récepteurs à tyrosine SiRNA : Small interfering RNA
kinase SP : photopériode courte
ExtT : External Time SP1 : Specificity protein 1
F : Flash SP-R : Photopériode courte réfractaire
GRP : Gastrin releasing peptide SPVZ : Zone subparaventriculaire
GSK3 : Glycogen synthase kinase-3 SUMO : Small ubiquitin-related modifier
HATs : histones acétyltransférases protein
HDAC1/2/3 : Histones déacétylases TGFα : Transforming growth factor α
ICV : Intracérébroventriculaire TTX : Tétrodotoxine
IEG : Immediated early genes UTR 3/5’ : Untranslated region 3/5’
LUC : luciférase VIP : Vasoactive intestinal peptide
LD : Light-Dark WDR5 : WD40-repeat protein 5
LL : lumière constante ZT : Zeitgeber Time
LP : photopériode longue


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