Régulation circadienne de la tryptophane hydroxylase dans les neurones sérotoninergiques du Raphé dorsal et médian chez le Rat

Chez les mammifères, les rythmes biologiques sont générés par une horloge circadienne située dans les noyaux suprachiasmatiques de l’hypothalamus (SCN). Cette horloge fonctionne en phase avec les variations du milieu externe et est synchronisée par le cycle lumière/obscurité mais aussi par des facteurs non photiques. L’horloge des SCN reçoit une innervation thalamique en provenance des feuillets intergéniculés latéraux (IGL), une structure clé du système circadien intervenant dans l’intégration des signaux photiques et non photiques. Les afférences sérotoninergiques (5-HT) issues des noyaux du Raphé médian (RM) et dorsal (RD) innervent respectivement les SCN et les IGL et sont impliquées dans la modulation de l’information photique et dans la transmission des signaux non photiques. Si l’implication de la 5-HT dans la synchronisation des fonctions rythmiques a fait l’objet de nombreuses études, la régulation de sa synthèse sur une échelle circadienne demeure peu documentée. L’existence d’une telle régulation permettrait de considérer le rôle des noyaux du Raphé comme une structure qui distribue un message temporel. Ainsi, les travaux effectués au cours de cette thèse ont eu pour but d’étudier, dans les neurones sérotoninergiques afférents aux SCN et IGL chez le Rat, un paramètre clé dans la synthèse de 5-HT : la tryptophane hydroxylase (TPH). L’enzyme TPH en effet catalyse la conversion de l’acide aminé tryptophane en 5-hydroxytryptophane, constitue l’étape limitante de la synthèse de 5-HT et contrôle ainsi les quantités intra-neuronales de ce neurotransmetteur. Dans un premier temps, nous avons analysé sur une échelle de 24 h les profils d’expression de l’ARNm de la TPH2 et des concentrations de protéine TPH à la fois dans les corps cellulaires du RD et du RM et dans les régions de terminaisons sérotoninergiques des SCN et des IGL. Nous avons démontré que ces deux paramètres présentent des variations nycthémérales et que leurs profils rythmiques sont maintenus en obscurité constante, permettant de suggérer l’existence d’une régulation circadienne de la synthèse de 5-HT au sein de ces neurones. Cette synthèse rythmique et circadienne est donc sous le contrôle de l’horloge principale. Nous avons alors cherché le ou les facteurs à l’origine de la variation circadienne de l’expression de l’ARNm de la TPH2 dans les neurones du Raphé. Deux messagers rythmiques, sous le contrôle des SCN ont été considérés : la sécrétion de corticostérone et l’activité locomotrice. Nous avons démontré que l’expression rythmique du gène tph2 dans le RD et le RM est directement contrôlée par la sécrétion de corticostérone. En effet, l’ablation des glandes surrénales induit une suppression de la rythmicité de l’ARNm de la TPH2 et la restauration artificielle du pic nocturne de corticostérone chez des Rats surrénalectomisés rétablit le profil rythmique de cet ARNm. D’autre part, l’activité locomotrice induite par un accès prolongé à une roue entraîne des modifications de l’expression du gène tph2, qui se manifestent par une augmentation des niveaux d’ARNm de la TPH2 à ZT10 (Zeitgeber Time 10), sans pour autant modifier les taux circulants de corticostérone. De plus, l’induction de l’activité locomotrice chez des Rats surrénalectomisés restaure une variation rythmique de l’expression de l’ARNm de la TPH2 dans les deux noyaux du Raphé. Finalement, nous avons examiné l’influence des conditions photopériodiques sur l’expression journalière du gène tph2 en exposant des Rats à une photopériode longue ou courte. Nos résultats montrent que les profils journaliers de l’ARNm de la TPH2 sont modifiés en relation avec la photopériode et ce dans les deux noyaux du Raphé, suggérant que le fonctionnement de ces neurones sérotoninergiques pourrait être modulé sur une échelle saisonnière. Nos résultats ont mis en évidence une rythmicité circadienne de la synthèse de 5-HT dans les voies sérotoninergiques RM→SCN et RD→IGL, qui se traduit par des variations de l’ARNm de la TPH2 et de la protéine TPH. Cette rythmicité est contrôlée par l’horloge principale via au moins deux sorties rythmiques, l’une endocrine et l’autre comportementale. Ainsi, la rétroaction de ces deux messagers sur les SCN pourrait s’effectuer via les neurones sérotoninergiques du RD et du RM