Control of the daily melatonin rhythm: a model of time distribution by the biological clock mediated through the autonomic nervous system

Chez les Mammifères, les rythmes circadiens, présentant une rythmicité endogène proche de 24h sont sous le contrôle d’une horloge interne située dans les Noyaux Suprachiasmatiques de l’hypothalamus (NSC). Afin de mieux comprendre la distribution du message temps par les NSC, nous avons étudié spécifiquement le contrôle du rythme journalier de sécrétion de mélatonine, hormone sécrétée de nuit par la glande pinéale partant du postulat selon lequel les NSC contrôleraient ce rythme en utilisant, pendant la journée, un signal inhibiteur de nature GABAergique pour inhiber la voie polysynaptique reliant les Noyaux paraventriculaires de l’hypothalamus (PVN) à la glande pinéale. Nos premiers travaux ont révélé, par lésions thermiques des différents noyaux intéressés, un rôle de simple relais de l’information pour les PVN, ainsi qu’une action inhibitrice des NSC sur la synthèse de mélatonine de jour associée à une action stimulatrice nocturne. A l’aide de la technique de microdialyse intracérébrale multiple, nous avons ensuite pu confirmer, in vivo, que l’activité neuronale nocturne des NSC était cruciale pour une stimulation nocturne de synthèse de mélatonine. De plus, un rôle important du neurotransmetteur glutamate a pu être montré pour cette action stimulatrice. Nous avons également montré que la chute de sécrétion de mélatonine en fin de nuit était due à une augmentation de sécrétion GABAergique par les NSC associée soit à la disparition du signal stimulateur soit à l’apparition d’un second signal inhibiteur. Par ailleurs, en corrélant l’expression neuronale des gènes de l’horloge Per1 et Per2 et la sécrétion de vasopressine par les NSC, nous avons révélé une régionalisation fonctionnelle des NSC. Ensemble, les résultats de cette thèse ont permis de réactualiser le concept du contrôle du rythme journalier de mélatonine par l’horloge biologique, exemple de moyen de distribution du message temps au reste de l’organisme via le système nerveux autonome.In mammals, circadian rhythms, i.e. showing an endogenous rhythmicity close to 24h are under the control of a master biological clock, located in the suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus (SCN). In order to further understand the mechanisms of time distribution by the SCN, we specifically studied the control of the daily secretion of melatonin, hormone strictly produced at night by the pineal gland, with the initial hypothesis that the SCN controls the daily rhythm of melatonin synthesis by imposing during daytime an inhibitory signal of GABAergic nature onto the polysynaptic pathway connecting the Paraventricular Nucleus of the hypothalamus (PVN) to the pineal gland. By lesioning or removing it was necessary regarding the literature to first realise a comparison of the role of each of the different nuclei involved in this pathway, Iour first study revealed a simple role of information-relay for the PVN, as well as a combined inhibitory and stimulatory role for the SCN during the day and the night respectively. Using the multiple intracerebral microdialysis technique, we were then able to confirm in vivo that the SCN nocturnal activity is crucial for a nocturnal stimulation of melatonin synthesis and we showed as well that glutamatergic transmission is responsible for such a stimulatory action onto the melatonin synthesis. In addition, we revealed that the early morning drop of melatonin synthesis is due to the association of an increased GABAergic secretion derived by the SCN and either the disappearance of the stimularory signal or the appearance of a second inhibitory signal. Furthermore, correlating the neuronal expression of the clock genes Per1 and Per2 and the SCN vasopressin secretion, we revealed a clear functional compartmentalisation of the SCN. Together these results helped re-actualising the concept of the control of the daily rhythm of melatonin synthesis by the biological clock, which is a great example of time distribution to the rest of the organism via the autonomic nervous system