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Comment est contrôlée l’activité diurne de la mouche Drosophile ?
Dans le cerveau de la mouche, le neuropeptide PDF contrôle les informations lumineuses en provenance du système visuel pour synchroniser correctement l’horloge circadienne et en conséquence l’activité diurne des animaux. C’est ce que viennent de montrer des chercheurs de l’Institut de Neurobiologie Alfred Fessard dans un article publié le 12 octobre 2009 dans la revue Nature Neuroscience.
Les horloges circadiennes sont des horloges biologiques qui génèrent des rythmes dont la période est d’environ 24 heures. Elles sont présentes chez la plupart des êtres vivants et interviennent dans le contrôle de fonctions physiologiques et comportementales variées.
L’équipe dirigée par François Rouyer à l’Institut de Neurobiologie Alfred Fessard de Gif-sur-yvette étudie les bases moléculaires et cellulaires du contrôle des rythmes circadiens, en utilisant la drosophile comme modèle expérimental. En effet, comme de nombreuses espèces animales, cet insecte a des rythmes veille-sommeil avec deux périodes d'activité qui anticipent le lever et le coucher du soleil. L'activité vespérale est la plus intense en fin d'après-midi et confère aux mouches un caractère majoritairement diurne, qui s'adapte aux variations saisonnières de la durée du jour.
Chez la drosophile, les rythmes comportementaux sont contrôlés par un oscillateur circadien situé dans le cerveau. Ils reposent sur un réseau de neurones d’horloge dans lesquels une boucle de régulation moléculaire génère des oscillations d’une protéine particulière appelée Period. Ces neurones sont organisés en différents groupes dont certains produisent l'activité du matin, d'autres celle du soir. Par ailleurs, les neurones du matin sécrètent un neuropeptide, le pigment-dispersing factor (PDF), indispensable au bon fonctionnement du réseau circadien mais dont le rôle précis reste à ce jour mal connu.
L'horloge circadienne se synchronise sur les cycles jour-nuit par l'intermédiaire du système visuel d'une part, et d'une molécule photoréceptrice présente dans les neurones d'horloge, le cryptochrome, d'autre part. Dans cette étude, les chercheurs ont montré que les oscillateurs du matin et du soir utilisent l'une ou l'autre de ces deux voies pour leur synchronisation. Grâce à la génération de mouches dépourvues à la fois de cryptochrome et de PDF, ils ont également révélé une fonction inattendue du PDF dans le contrôle de l’activité diurne. Les mouches doublement mutantes perdent leur activité vespérale, donc leur caractère diurne, et l'analyse moléculaire de l'horloge indique une inversion de la phase des oscillations de la protéine Period dans les neurones du soir.
Ces résultats montrent donc que le neuropeptide PDF contrôle les informations lumineuses en provenance du système visuel pour définir la phase de l'oscillateur du soir et par conséquent l'activité diurne des drosophiles. Il pourrait ainsi contribuer à l'adaptation de cette activité aux changements saisonniers de la lumière du jour. Plus généralement, la modulation de phase de certains oscillateurs circadiens par un neuropeptide pourrait contribuer à l'importante plasticité de la diurnalité observée chez nombre d'espèces animales, y compris mammifères.
Figure : Modèle de contrôle de l'activité diurne de la drosophile par le PDF.
Dans chaque hémisphère cérébral, quatre neurones latéraux PDF-négatifs (en bleu) contrôlent l'activité du soir et sont synchronisés avec les cycles jour-nuit par le cryptochrome ou par le système visuel. Le PDF module les signaux en provenance du système visuel pour établir la phase (position dans le cycle jour-nuit) de l'activité vespérale, qui définit en grande partie le caractère diurne de l'animal. Le PDF est sécrété par quatre à cinq gros neurones latéraux ventraux (en brun) et agit sur le récepteur qui est présent dans les neurones du soir. Par ailleurs, le PDF est sécrété par les petits neurones latéraux ventraux (en rouge) pour contrôler l'activité du matin (Grima et al., 2004, Nature 431, 869).
En savoir plus
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PDF-modulated visual inputs and Cryptochrome define diurnal behavior in Drosophila
Paola Cusumano, André Klarsfeld, Elisabeth Chélot, Marie Picot, Benjamin Richier & François Rouyer
Nature Neuroscience (2009), published on line 12 september
Contact chercheur
Directeur de recherche INSERM
Institut de Neurobiologie Alfred Fessard
FRC 2118
Unité de Neurobiologie génétique et intégrative (NGI)
UPR2216 CNRS
1 avenue de la Terrasse
91198 Gif-sur-Yvette cedex
