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Thèses et Mémoire de l'Université de Strasbourg

Entrées photiques et non-photiques des noyaux suprachiasmatiques chez le rat: rôle du système sérotonergique

GRAFF, Caroline (2005) Entrées photiques et non-photiques des noyaux suprachiasmatiques chez le rat: rôle du système sérotonergique. Thèses de doctorat, Université Louis Pasteur.

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Résumé

Chez les mammifères, les rythmes circadiens sont contrôlés par une horloge biologique, localisée dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN), qui est entraînée à 24 h par des facteurs externes. Ces informations sont véhiculées par trois afférences majeures : le tractus rétinohypothalamique (RHT), le tractus géniculohypothalamique (GHT) et le tractus sérotonergique. Les facteurs photiques de nuit provoquent des décalages de phase du rythme d’activité locomotrice implicant la libération de glutamate par le RHT et l’expression de c-fos et des gènes horloges dans les SCN. Les facteurs non-photiques de jour induisent des avances de phase du rythme d’activité locomotrice en relation avec la libération de la sérotonine (5-HT) du tractus sérotonergique. Les facteurs photiques et non-photiques peuvent interagir et moduler leurs effets respectifs. Ces mécanismes d’interaction encore mal connus, sont l’objet de mon projet de thèse. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié l’interaction entre un facteur photique et un facteur non-photique sur différents paramètres circadiens chez des souris placées en cycle lumière/obscurité et soumises quotidiennement à un nourrissage hypocalorique diurne (souris hypocaloriques). Nous avons montré chez ces souris que le rythme d’activité locomotrice, de sécrétion de mélatonine et d’expression de la vasopressine est significativement modifié par rapport aux témoins. De plus, une avance de phase significative de l’expression de deux gènes horloges a été mise en évidence. Nous avons obtenu des variations majeures des décalages de phase et de l’expression de gènes horloges dans les SCN, induits par la lumière chez les souris hypocaloriques. Le nourrissage hypocalorique diurne est donc un facteur non-photique capable de moduler l’effet d’entraînement de la lumière chez la souris. La lésion des afférences sérotonergiques des SCN entraîne une nette réduction des effets synchroniseurs du nourrissage hypocalorique diurne, suggérant l’implication de la 5-HT dans les mécanismes neuronaux sous-jacents. Chez le rat, les agonistes de la 5-HT miment les effets de la lumière sur différents paramètres de l’horloge. L’hypothèse selon laquelle la 5-HT pourrait jouer un rôle dans l’interaction fonctionnelle entre les facteurs photiques et non-photiques au sein des SCN mérite d’être testée en étudiant les effets de type photiques de la 5-HT chez le rat. Dans la deuxième partie du travail, nous avons tenté de localiser les récepteurs sérotonergiques impliqués dans les effets de type photique de la 5-HT. Sachant que les agonistes sérotonergiques agissent au niveau des SCN, les récepteurs sérotonergiques mis en jeu peuvent être présynaptiques ou postsynaptiques. Pour tester l’hypothèse présynaptique, nous avons étudié l’effet synchroniseur d’un agoniste sérotonergique non-spécifique, la quipazine, chez des animaux ayant une lésion des afférences sérotonergiques, du GHT ou du RHT. Nos résultats suggérent une localisation sur les terminaisons du RHT des récepteurs 5-HT impliqués dans ces effets. Pour identifier le sous-type de récepteurs sérotonergiques, l’utilisation d’un agoniste et un antagoniste spécifiques du récepteur 5-HT3 nous a permis de mettre en évidence le rôle de ce récepteur dans les effets de type photique de la 5-HT sur le rythme d’activité locomotrice. Toutefois, un autre sous-type de récepteur 5-HT participe à l’induction de l’expression de c-FOS dans les SCN par la quipazine. De plus, nos résultats montrent l’implication des récepteurs NMDA qui sont activés par la libération de glutamate dans les effets d’avance de phase du rythme d’activité locomotrice et de l’expression de c-FOS dans les SCN, induits par la quipazine. Ainsi, les effets synchroniseurs de la 5-HT chez le rat font intervenir les récepteurs 5-HT3 présynaptiques localisés sur les terminaisons du RHT, qui entraînent la libération de glutamate et par conséquence qui induisent des décalages de phase comportementaux de type photique. In mammals, circadian rhythms are controlled by a master clock localized in the suprachiasmatic nucleus (SCN) and entrained to 24 h by external cues. These signals are conveyed by three main afferences: the retinohypothalamic tract (RHT), the geniculohypothalamic tract (GHT) and the serotonergic tract. Photic factors during the night, leading to glutamate release from the RHT and c-Fos and clock gene expression in the SCN, induce phase shifts of the locomotor activity rhythm. Non-photic factors during the day generally induce phase advances of the locomotor activity rhythm and involve serotonin (5-HT) release from the serotonergic tract. Photic and non-photic factors can interact and modulate their respective effects. The purpose of my thesis is to better understand the mechanisms underlying these interactions. In the first part of this work, we have investigated the interaction between a photic factor and a non-photic factor on different circadian parameters in mice exposed to a light-dark cycle and fed daily with a diurnal hypocaloric diet (hypocaloric-fed mice). Compared to control animals fed ad libitum, the hypocaloric-fed mice showed phase changes of the locomotor activity, the melatonin secretion and the vasopressin expression rhythms and showed significant phase advances of two clock gene expression. There were also changes of light-induced phase shifts of the locomotor activity rhythm and light-induced clock gene expression in hypocaloric-fed mice. Thus, diurnal hypocaloric feeding is a non-photic factor able to modulate the synchronizing effects of light in the mouse. Lesion of serotonergic afferences to the SCN induces a marked reduction of the phase shifting effects of the diurnal hypocaloric feeding, implicating 5-HT in the neuronal mechanisms underlying these effects. In rats, 5-HT agonists are known to mimic the effect of light on various parameters of the SCN. We thus proposed that 5-HT could play a role in the functional interaction between photic and non-photic factors in the SCN and we thus studied the neuronal mechanisms mediating the photic-like shifting effects of 5-HT in the rat. In the second part of this work, we first tried to localize the 5-HT receptors implicated in these photic-like effects. As serotonergic agonists act directly in the SCN, these receptors can be either presynaptic or postsynaptic. To test the presynaptic hypothesis, we studied the phase shifting effects of a non-specific serotonergic agonist, the quipazine, in animals bearing lesions of either the serotonergic afferences, the GHT or the RHT. Our results implicate the RHT suggesting that the 5-HT receptors involved are localized on terminals of this tract. The possible serotonergic receptor subtype involved in these photic-like effects of 5-HT could be the 5-HT3 receptors since they have been shown in other brain structure to be localized on glutamatergic terminals and to induce glutamate release. Our results obtained with a specific 5-HT3 agonist and a specific 5-HT3 antagonist on several circadian parameters demonstrate the implication of the 5-HT3 receptor in the photic-like resetting effects of quipazine on the locomotor activity rhythm. However, another 5-HT receptor subtype seems to be involved in the induction of c-FOS expression by quipazine. In addition, we found that NMDA receptors, which are activated by glutamate release, participate in the phase advance of the locomotor activity rhythm and in the c-FOS expression in the SCN, induced by quipazine injection. Thus, the resetting effects of 5-HT in rats are mediated by presynaptic 5-HT3 receptors localized on the RHT terminals that trigger glutamate release, thus producing photic-like behavioral shifts.

Type d'EPrint:Thèse de doctorat
Sujets:CL Classification > DDC Dewey Decimal Classification > 500 Sciences de la nature et mathématiques > 570 Sciences de la vie. Biologie. Biochimie > 573 Anatomie, histologie et physiologie animales > 573.8 Système nerveux. Organes des sens
Classification Thèses Unistra > Santé > Sciences de la vie, biologie, biochimie > 570 Sciences de la vie. Biologie. Biochimie > 573 Anatomie, histologie et physiologie animales > 573.8 Système nerveux. Organes des sens

UNERA Classification UNERA > DISC Discipline UNERA > DISC-16 Sciences de la vie et de la santé, psychologie
UNERA Classification UNERA > ACT Domaine d'activité UNERA > ACT-2 Bio-industries, biotechnologies
Code ID:1053
Déposé le :23 Février 2006

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