Qui, dans votre cerveau, décide que la nuit est finie ? Des chercheurs de l'Université de Genève ont cartographié chez la mouche drosophile le relais de neurones par lequel l'horloge biologique lève un frein sur la dopamine, ce qui soutient l'éveil de jour, rapporte le site américain Neuroscience News.
En bref
- L'équipe d'Emi Nagoshi, à Genève, a identifié le circuit reliant l'horloge centrale aux zones qui gouvernent veille et sommeil.
- Les neurones d'horloge freinent des neurones à dopamine, lesquels stimulent les corps pédonculés, carrefour de mémoire et d'éveil.
- Étude sur la drosophile publiée dans Current Biology : la machinerie de l'horloge est aussi validée chez les mammifères et l'humain.
Le chiffre clé : 24 heures, rythme du cycle que l'horloge biologique traduit en éveil grâce à ce circuit.
L'horloge biologique ne commande pas l'éveil directement, elle passe par un relais
Presque tous les êtres vivants calent leur corps et leur comportement sur le cycle jour-nuit de 24 heures. Chez les animaux, ce travail repose sur des réseaux de neurones pacemakers, capables de produire seuls des rythmes. Ils coordonnent la température du corps, le métabolisme et la libération des hormones.
Un point restait obscur : comment un petit amas de neurones d'horloge transmet-il l'heure aux vastes réseaux cérébraux qui décident si l'on est éveillé, alerte ou endormi ? Cette voie de sortie manquait à la neurobiologie. Une équipe de l'Université de Genève la décrit dans la revue Current Biology, chez la mouche du vinaigre, Drosophila melanogaster.
Leur réponse tient en une idée simple. Les neurones d'horloge ne déclenchent pas l'éveil global eux-mêmes. Ils agissent sur un groupe intermédiaire de neurones producteurs de dopamine, qui se connectent à leur tour aux corps pédonculés, un carrefour majeur de la mémoire et de l'éveil. L'horloge parle donc au cerveau par un relais, pas par un ordre direct.
Marquage génétique, connectome et imagerie ont permis de suivre le signal
Le laboratoire d'Emi Nagoshi, rattaché à la Section de biologie de la Faculté des sciences de l'UNIGE, a combiné trois outils : un marquage génétique ciblant des cellules précises, un traçage des connexions entre neurones (le connectome) et de l'imagerie calcique réalisée dans l'animal vivant.
En suivant les prolongements des neurones d'horloge, les chercheurs ont découvert qu'ils forment des connexions fonctionnelles directes avec une population spécialisée de neurones à dopamine. En mesurant l'activité de ces cellules en temps réel sur un cycle lumière-obscurité, ils ont constaté que leur rythme de décharge varie de façon systématique selon l'heure de la journée.
| Étape | Acteur | Rôle dans le circuit |
|---|---|---|
| 1 | Neurones d'horloge | Exercent un freinage rythmique tout au long des 24 heures |
| 2 | Neurones à dopamine | Libèrent plus ou moins de dopamine selon le freinage reçu |
| 3 | Corps pédonculés | Excités par la dopamine, ils soutiennent l'éveil de jour |
Les co-auteurs Blanca Lago Solis, chercheuse postdoctorale, et Rafael Koch, chercheur associé, résument la découverte ainsi : les neurones d'horloge inhibent ces neurones à dopamine, lesquels stimulent à leur tour ceux des corps pédonculés. Cette région participe à l'apprentissage, à la mémoire et à la régulation du sommeil, et son activité contribue à maintenir l'éveil en journée.
L'éveil naît d'un frein qui se relâche, pas d'un signal qui s'allume
Les chercheurs décrivent deux phases. Dans la première, les neurones d'horloge s'activent et inhibent les neurones à dopamine. La libération de dopamine chute, la stimulation des corps pédonculés s'affaiblit, et le repos puis le sommeil peuvent s'installer.
Dans la seconde, à l'heure voulue, ce freinage se relâche. Les neurones à dopamine, libérés, accélèrent leur activité et envoient une salve de dopamine vers les corps pédonculés. Résultat : un éveil franc et un comportement actif, y compris la recherche de nourriture.
Une image aide : celle du frein à main. Tant qu'il est serré, rien ne bouge. Quand l'horloge le desserre aux heures d'activité, la dopamine afflue et la machine du cerveau peut rouler. Selon l'équipe, c'est ainsi que l'horloge transforme une oscillation moléculaire abstraite en interrupteur de comportement.
Les corps pédonculés, un centre de mémoire devenu régulateur du sommeil
Chez les invertébrés, les corps pédonculés sont une structure essentielle du cerveau, connue surtout pour orchestrer l'apprentissage associatif et le traitement des informations sensorielles. On les reconnaît de plus en plus comme un régulateur puissant de l'homéostasie du sommeil et de l'éveil.
Le travail genevois ajoute une pièce : cette région n'agit pas seule. Elle reçoit, en amont, un signal temporel venu de l'horloge, relayé par la dopamine. Les neurones d'horloge jouent ainsi le rôle de frein en amont d'un système qui pousse à l'éveil.
Chez l'humain, la piste est sérieuse mais reste à confirmer
L'étude porte sur la mouche, pas sur nous. Mais le compte rendu de l'étude rappelle que la machinerie moléculaire de l'horloge a d'abord été identifiée chez la drosophile, avant d'être validée chez les mammifères puis chez l'humain. Et la dopamine joue, selon lui, le même rôle de stimulant de l'éveil dans le système réticulaire activateur ascendant et dans les ganglions de la base humains.
Les dérèglements des rythmes circadiens, qu'ils viennent du travail posté, de l'usage des écrans ou de maladies neurodégénératives comme Parkinson et Alzheimer, sont fréquemment liés à l'insomnie, à la somnolence diurne et à des troubles de l'humeur.
En décrivant les points de passage précis entre l'horloge interne et les circuits dopaminergiques de l'éveil, l'équipe genevoise propose un modèle de base pour comprendre comment un dérèglement de l'horloge abîme l'architecture du sommeil et la santé du cerveau. Il reste à voir si ce même relais existe chez l'humain : l'étude ne le teste pas.
Vos questions
Cette découverte a-t-elle été faite chez l'humain ?
Non. Elle a été réalisée chez la mouche du vinaigre, Drosophila melanogaster, et publiée dans Current Biology. Le compte rendu la juge pertinente pour l'humain parce que la machinerie de l'horloge et le rôle éveillant de la dopamine se retrouvent d'une espèce à l'autre.
Que fait la dopamine dans ce circuit ?
Elle sert de signal d'éveil. Quand les neurones d'horloge la freinent, sa libération baisse et le repos peut s'installer. Quand le freinage cesse, une salve de dopamine stimule les corps pédonculés et soutient l'éveil de jour.
À quoi servira ce circuit pour comprendre les troubles du sommeil ?
Les dérèglements du rythme circadien, liés au travail posté, aux écrans ou à des maladies comme Parkinson et Alzheimer, accompagnent souvent insomnie et somnolence diurne. En identifiant les points de passage entre horloge et éveil, l'étude fournit un modèle pour explorer comment une horloge déréglée dégrade le sommeil. Aucun traitement n'est annoncé.
Sources : neurosciencenews.com.
