Control of sleep-wake cycles by the visual system in Drosophila – ClockEye
Comprendre le recalage des rythmes veille-sommeil par les cycles jour-nuit
Le projet vise à déterminer la logique des circuits neuronaux et des mécanismes moléculaires qui collectent les signaux lumineux et les transfèrent au cerveau pour synchroniser l’horloge circadienne, en utilisant les outils neurogénétiques du modèle drosophile pour y parvenir.
Comprendre comment les cycles jour-nuit modulent la physiologie et le comportement
Comprendre comment l’horloge est synchronisée par les cycles jour-nuit est un aspect clé de la biologie circadienne et ce projet permettra d'améliorer nos connaissances sur le contrôle des cycles veille-sommeil par la lumière. L'organisation neuronale de l'horloge est assez différente chez les insectes et les mammifères, par opposition à ses composants moléculaires très conservés. Toutefois, les principes de synchronisation dans le noyau suprachiasmatique du cerveau mammifère ou dans les neurones d'horloge du cerveau de drosophile paraissent très similaires, sur la base des observations comportementales. Nous pensons donc que les stratégies développées chez la mouche seront pertinentes pour les études circadiennes chez les mammifères y compris chez l’homme. En effet, la lumière affecte fortement notre comportement et la dépression saisonnière est un exemple frappant dd besoin de lumière de notre cerveau. La synchronisation des horloges circadiennes avec leur environnement est une<br />partie essentielle de leur fonctionnement et la désynchronisation induite par des pathologies ou des contraintes sociétales génère des problèmes psychologiques et physiologiques conséquents. La compréhension des mécanismes de synchronisation permettra d’améliorer en connaissance de cause les conditions lumineuses des environnements de travail décalé par<br />exemple, pour permettre une meilleure adaptation de l’organisme.
Les approches développées visent à caractériser d’une part les circuits neuronaux impliqués, d’autre part les mécanismes moléculaires qui prennent place pour transmettre l’information lumineuse aux neurones d’horloge. Il s’agit donc de coupler l’analyse comportementale (rythme activité-sommeil dans différentes conditions de lumière et température) à des analyses cellulaires et moléculaires. Celles-ci sont réalisées principalement par des techniques de microscopie anatomique et fonctionnelle pour tracer les circuits, définir les neurones impliqués et leur mode de neurotransmission, et identifier les composants moléculaires.
Résultats à 18 mois :
- Goal 1: Define the light pathways from the photoreceptors to the clock neurons. Caractérisation de neurones cholinergiques et glutamatergiques pour la transmission via le récepteur histaminergique ORT, mise en évidence de voies différentes pour l’action des récepteurs ORT et HIsCL1, caractérisation préliminaire d’un circuit entre ocelles et neurones
d’horloge
- Goal 2: Characterize the molecular basis of entrainment by visual inputs.
Mise en place d’un protocole d’entraînement pour l’analyse des modifications des oscillations des protéines d’horloge PERIOD et TIMELESS.
- Goal 3: Understand the interactions between light and temperature inputs.
Définition de conditions expérimentales en incubateur et mise en place d’un système d’analyse comportementale en extérieur pour étudier des conditions proches de l’environnement naturel.
- Goal 4: Discover new light-sensitive circuits involved in sleep control.
Mise en évidence d’un effet inhibiteur de la lumière, via le système visuel et le neuropeptide PDF, sur l’activité du soir.
Caractériser les circuits neuronaux qui ont été identifiés pour le récepteur ORT, caractériser les neurones qui utilisent le récepteur HisCl1, identifier les modifications des protéines d’horloge induites par le protocole d’entraînement mis en place.
Chatterjee et al. submitted : article mettant en évidence le rôle de la lumière dans le choix de l’oscillateur du soir et le changement de couplage inter-oscillateurs associés, ainsi que l’inhibition de l’activité du soir par une voie système visuel-PDF.
Circadian clocks are present in most living organisms, and light is the most powerful signal to keep them in synchrony with day-night cycles. The Drosophila brain clock that controls sleep-wake cycles receives light inputs through the brain photoreceptor cryptochrome and the visual system. The cellular and molecular pathways that support entrainment through the visual system remain completely unknown. The qualitative and quantitative changes of daylight are likely captured by the different photoreceptors of the visual system to better adapt the behavior to the day-night cycle, suggesting multiple pathways between the eye and the clock neuronal network. Our project aims at understanding how the visual system contributes to the entrainment and seasonal adaptation of the brain oscillators that control sleep-wake cycles. It will involve characterizing the photoreception components and the neuronal circuits that convey light information from the eye to the brain circadian oscillators. It will question the interactions between visual inputs and temperature inputs, and evaluate the influence of the visual system on the sleep-arousal balance.
Project coordination
François Rouyer (Centre National de la Recherche Scientifique)
The author of this summary is the project coordinator, who is responsible for the content of this summary. The ANR declines any responsibility as for its contents.
Partner
UCL University College London (UK)
CNRS (DR4) Centre National de la Recherche Scientifique
Help of the ANR 334,880 euros
Beginning and duration of the scientific project:
September 2014
- 36 Months
