The electrical output signal in the circadian system : regulation by glycine and orexin in the suprachiasmatic nucleus and identification in the cerebellar clock

Le système circadien des mammifères est constitué d´une horloge principale dans le noyau suprachiasmatique (SCN) et d´autres oscillateurs du cerveau. Sa fonction exige des mécanismes de rétroaction entre ces régions. Dans cette thèse, des méthodes d´électrophysiologie ont été utilisées pour étudier certains signaux influençant le signal de sortie neuronal du SCN et pour identifier ce signal dans l'horloge du cervelet. D´abord, l'activation du récepteur à la glycine dans le SCN a été confirmée. Des enregistrements en champs de microélectrodes (MEA) ont montré des effets excitateurs et inhibiteurs de la glycine, dont les proportions varient avec le temps circadien. La glycine induit des déphasages de l'activité circadienne en fonction du temps circadien. Ensuite, un rôle de l´oréxine a été montré dans le SCN. Les enregistrements patch-clamp et MEA ont montré qu´elle influence l'excitabilité des neurones du SCN. De plus, des avances de phase du rythme circadien de l'activité électrique ont été induites par l´oréxine pendant le jour subjectif en culture de coupes. Ainsi, l'hypothalamus latéral fournirait des informations sur l'éveil au SCN à l´aide de l´oréxine. Enfin, la fréquence de décharge des cellules de Purkinje du cervelet a été examinée. Aucun rythme circadien n´a été observé en conditions constantes. Cependant, un stimulus quotidien induit un rythme, suggérant que les cellules de Purkinje sont des oscillateurs esclaves. Ce travail décrit des mécanismes afférents modulant l'horloge du SCN. Savoir comment les signaux de sorties des oscillateurs du cerveau influencent le système circadien pourrait aider à traiter les pathologies liées au dysfonctionnement de l'horloge.The circadian system of mammals controls biological processes that last 24 hours. It is constituted by a master clock in the suprachiasmatic nucleus (SCN) and other brain oscillators. A coherent function of the system requires feedback mechanisms between these regions. In this thesis, electrophysiological methods were used to study some feedback signals influencing SCN neuronal output and to identify this output in the cerebellar clock. In a first part, patch-clamp recordings confirmed glycine receptor activation in the SCN. Microelectrode arrays (MEA) recordings showed excitatory and inhibitory effects of glycine, which proportions varied with circadian time. Importantly, glycine induced phase-shifts of the circadian activity depending on the circadian time. In a second part, a role of the neuropeptide orexin in the SCN was shown. Patch-clamp and MEA recordings showed that orexin influences the excitability of SCN neurons. Long-term recordings showed orexin-induced phase-advances of the circadian rhythm in electrical activity during the subjective day in slice culture. Thus, the lateral hypothalamus may provide information on arousal to the SCN via orexin. In the last part, the firing rate of Purkinje cells of the cerebellum was examined. No circadian rhythm was observed in either single electrode or MEA recordings on acute and cultured slices, respectively. Interestingly, a daily stimulus induced a rhythm, suggesting that Purkinje cells are slave oscillators. The present work describes afferent mechanisms modulating the SCN clock. Knowing how outputs of brain oscillators influence the circadian system could help to treat pathologies associated with clock dysfunction