Le financement de ce site est assuré par vos dons, merci!
 
Dormir, rêver...
aide
Le cycle éveil - sommeil - rêve
Nos horloges biologiques

Liens
Aide Lien : Researchers identify key pathway in the pupil’s response to light Lien : Melanopsin-expressing ganglion cells in primate retina signal colour and irradiance and project to the LGN Lien : Researchers Identify “Light Meter” that Controls Pupil Constriction
Lien : Researchers Identify “Light Meter” that Controls Pupil Constriction Lien :  Environmental stimulus perception and control of circadian clocks
Chercheur
Chercheur : Ignacio Provencio, Ph.D.

Bien que la fréquence des influx nerveux soit le phénomène par lequel s’exprime la rythmicité des neurones du noyau suprachiasmatique, ces influx nerveux ne sont pas nécessaires à la génération de ce rythme. Comme une montre à laquelle on aurait temporairement enlevé les aiguilles, le mécanisme qui génère le rythme endogène dans les neurones du noyau suprachiasmatique continue à fonctionner lorsqu’on isole ses neurones de leurs semblables dans des milieux de culture.

De plus, l’application de tétrodoxine (TTX) sur ces neurones, en bloquant les canaux sodiques, empêche la production de potentiels d’action mais n’affecte aucunement le rythme de l’activité des neurones du noyau suprachiasmatique. D’ailleurs, lorsqu’on enlève la TTX, les potentiels d’action reprennent avec la même phase et la même fréquence qu’avant.

Comme les aiguilles d’une montre, les potentiels d’action générés par les neurones de notre horloge biologique permettent de donner l’heure, mais pas de garder le compte du temps qui passe. C’est au niveau moléculaire, celui des gènes, que réside le mécanisme ultime de cette horloge biologique.

LES CELLULES GANGLIONNAIRES PHOTOSENSIBLES

Une petite région de l’hypothalamus, le noyau suprachiasmatique, est reconnue comme étant l’horloge centrale qui coordonne les fluctuations cycliques de plusieurs fonctions du corps humain (sommeil, sécrétion cyclique d’hormones, etc). 

La fréquence de décharge des cellules du noyau suprachiasmatique varie ainsi  selon un cycle régulier de 24 heures. Cette activité rythmique n’est pas le fruit de la connectivité de ses neurones mais bien de boucles de rétroaction à l’intérieur même de chacune des cellules.

On en est arrivé à cette conclusion après avoir prélevé des neurones du noyau suprachiasmatique chez le rat et les avoir isolés en milieu de culture in vitro. Ne faisant ainsi aucune connexion avec d’autres neurones, on a constaté que chaque neurone pris individuellement continuait à faire varier son activité selon un cycle d’environ 24 heures (voir encadré à gauche).

Mais contrairement à ce qui se produit dans le cerveau, les cellules du noyau suprachiasmatique en culture ne synchronisent pas leur activité cyclique avec celle du jour et de la nuit. Or notre horloge biologique, comme n’importe quelle horloge, a besoin d'être réajustée périodiquement. Chaque cellule de cette horloge doit donc se resynchroniser quotidiennement avec des indices externes lui indiquant le début ou la fin de la journée. Parmi ces synchronisateurs externes, aussi appelés Zeitgeber (« donneur de temps », en allemand), on connaît la température ambiante, la prise des repas, le bruit ou le degré d’activité de l’organisme. Mais le plus puissant est certainement l’intensité lumineuse générale.

Il doit donc y avoir une voie nerveuse qui part de la rétine de l’œil et qui transmet les variations d’intensité lumineuse aux cellules de l’horloge biologique du noyau suprachiasmatique. Car contrairement aux cellules en culture coupées de ces connexions nerveuses en provenance de la rétine, les cellules localisées dans le noyau suprachiasmatique peuvent recevoir cette information par l’entremise du nerf optique.

Les cellules de la rétine responsables de cette détection de l’intensité lumineuse ne sont ni les cônes, ni les bâtonnets, mais bien certaines cellules ganglionnaires aux propriétés singulières disséminées parmi l’ensemble des cellules ganglionnaires.

Nombre d’expériences ont permis de vérifier cette hypothèse. On sait par exemple que des personnes aveugles conservent un rythme biologique normal. Par contre, des atteintes cérébrales qui détruisent complètement les nerfs optiques empêchent à la fois la vision et la régulation du rythme circadien. Des souris dont la couche de photorécepteurs est complètement dégénérée conservent également leur rythme circadien. Tout porte donc à croire que ce sont bien des cellules ganglionnaires qui constituent le premier maillon de ce système photosensible non visuel.

Ensuite, différentes techniques de marquage ont permis de constater que cette sous-population particulière de cellules ganglionnaires envoie effectivement des axones directement aux dendrites des neurones des noyaux suprachiasmatiques (voir encadré ci-bas).


Source : Ralph Nelson, http://webvision.med.utah.edu

Ce système non-visuel de détection de l’intensité lumineuse serait également impliqué dans le contrôle du réflexe pupillaire, le processus par lequel notre pupille se dilate quand il manque de lumière ou se contracte quand il y en a trop. Certains axones de la voie rétinohypothalamique poursuivraient donc leur chemin au-delà de l’hypothalamus vers d’autres noyaux cérébraux impliqués dans le réflexe pupillaire, comme le corps géniculé latéral, le noyau olivaire prétectal et le noyau Edinger Westphal (respectivement LGN, OPN et EW sur le schéma ci-haut).

Pour identifier les cibles des axones des cellules ganglionnaires impliquées dans la détection de l’intensité lumineuse, les scientifiques ont eu recours à des souris “knock in”. Contrairement aux souris “knock out” où l’on inactive un gène particulier, les souris utilisées ici avaient un gène qui leur avait été ajouté. Leurs cellules ganglionnaires contenant de la mélanopsine possédaient en plus le gène tau-lac Z qui produit une protéine pouvant être colorée sélectivement. Et comme cette protéine peut en plus voyager le long de l’axone, elle révèle ainsi sa trajectoire et ses différentes destinations.

Ces expériences permirent de constater que le noyau suprachiasmatique était très densément innervé par les axones des cellules ganglionnaires produisant de la mélanopsine. Mais plusieurs autres régions du cerveau reçoivent également des connexions de ces cellules, en particulier des noyaux impliqués dans le réflexe pupillaire (comme le montre l’image ci-haut)

Lien : Gene knockout Lien : Refining Transgenic Mice Lien : L'invalidation d'un gène : le "Knock-Out"
  Présentations | Crédits | Contact | Copyleft