Les rythmes circadiens sont des cycles biologiques au sein des organismes qui leur permettent d’ajuster leur physiologie et leur comportement pour anticiper et s’adapter aux changements de l’environnement extérieur. Les rythmes circadiens sont maintenus à l’aide d’horloges circadiennes, la principale horloge circadienne chez les mammifères est le noyau suprachiasmatique (NSC).

Neuroanatomie du noyau suprachiasmatique (NSC)

Le NSC est situé dans la région antérieure de l’hypothalamus, et contient environ 20 000 neurones. Le SCN peut être divisé en deux sections principales en fonction de l’expression des neuropeptides.

Le  » noyau  » du SCN est principalement composé de cellules exprimant le peptide intestinal vasoactif (VIP). Le noyau reçoit principalement des entrées de la rétine et d’autres régions du cerveau.

D’autre part, la ‘Coquille’ est principalement composée de cellules exprimant l’arginine vasopressine (AVP). La coquille reçoit des entrées principalement du cortex, du cerveau antérieur basal et de l’hypothalamus. Le SCN envoie des sorties à diverses parties du cerveau telles que les zones médianes de l’hypothalamus et du thalamus.

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Entrées du SCN

Le SCN reçoit deux types d’entrées : photique et non-photique. L’entrée photique provient des cellules ganglionnaires rétiniennes intrinsèquement photosensibles (ipRGC), qui se projettent dans le tractus rétino-thalamique via des synapses glutamatergiques vers les neurones du SCN. Cela contribue à synchroniser l’horloge circadienne.

L’exposition à la lumière peut modifier le rythme circadien, ce que l’on appelle un  » déphasage « . Les déphasages peuvent perturber les réponses normales au rythme circadien ; par exemple, l’exposition à la lumière pendant la nuit affectera les habitudes de sommeil via un déphasage.

L’apport non photique au SCN provient d’autres régions du cerveau et contribue à moduler le rythme circadien. Le SCN contient divers récepteurs de la sérotonine (5-HT). L’entrée 5-HT provenant du raphé du mésencéphale contribue à moduler la réponse du SCN à la lumière en régulant les déphasages.

Le noyau intergéniculé (IGL) contient des neurones exprimant le neuropeptide Y (NPY), ainsi que des neurones exprimant l’acide gamma aminobutyrique (GABA). L’IGL se projette vers le SCN via la voie géniculo-hypothalamique, et induit des déphasages pendant la journée. La stimulation du noyau du raphé médian et du noyau du raphé dorsal augmente le contenu en sérotonine dans le SCN et l’IGL, respectivement.

Génération et contrôle du rythme circadien par le SCN

Le rythme circadien généré par le SCN repose sur une rétroaction négative retardée dans une boucle de rétroaction transcriptionnelle centrale. Les dimères CLOCK/BMAL1 agissent au niveau des régions promotrices E-box dans le chromosome pour promouvoir la transcription de divers régulateurs du rythme circadien (gènes de l’horloge), tels que les gènes Period (PER)et Cryptochrome (CRY). Il en résulte une augmentation des protéines PER et CRY.

Après un certain délai, les dimères PER/CRY s’accumulent et commencent à inhiber la transcription de leurs propres gènes. PER et CRY sont également dégradés par des complexes ubiquitine ligase. Ces changements entraînent la diminution de PER et CRY, diminuant par conséquent l’inhibition de leur transcription, de sorte qu’un nouveau cycle finira par commencer.

PER est simultanément impliqué dans une boucle de rétroaction positive, dans laquelle REV-ERBα agit au niveau des régions promotrices de RORE pour inhiber la transcription de BMAL. PER se lie à REV-ERBα, ce qui permet à BMAL d’être transcrit, permettant ainsi à plus de PER et de CRY d’être transcrits.

La région promotrice E-box est également responsable de la transcription des gènes de contrôle de l’horloge (GCC) et les boucles de rétroaction évoquées sont responsables du cycle de 24 heures pour l’expression des GCC. Les GCC contrôlent divers aspects de l’homéostasie et du cycle cellulaire.

Tous les neurones au sein du SCN oscillent avec différentes phases, les cellules combinent les sorties pour donner un rythme, qui est connu comme le réseau multi-oscillateur du SCN. Les cellules VIP contrôlent la remise en phase induite par la lumière dans le SCN et fournissent un signal de couplage pour les oscillateurs du SCN. Cela permet de stabiliser et de synchroniser les rythmes entre les neurones individuels du SCN. La signalisation GABA aide également à synchroniser les neurones individuels du SCN.

Effets du rythme circadien sur le corps

Le rythme circadien est véhiculé du SCN vers d’autres parties du cerveau. Ces signaux en aval agissent soit sur le système neuro-endocrinien, soit sur les motoneurones pré-autonomes de l’hypothalamus, ce qui permet à une multitude de réactions physiologiques de se produire.

Le SCN se projette vers la glande pinéale pour affecter la sécrétion de mélatonine, ce qui peut être réalisé par les actions du VIP qui active l’adényl cyclase. Cela augmente la concentration d’AMPc, qui stimule la N-acétyltransférase, augmentant ainsi le taux de synthèse de la mélatonine.

La libération de mélatonine est la plus élevée pendant la nuit et contribue au cycle veille/sommeil en empêchant les déphasages, en réduisant la latence d’endormissement, en augmentant la durée totale du sommeil et en inhibant l’éveil circadien.

Le cortisol est sécrété par la glande surrénale et présente un rythme circadien. Le taux de cortisol est le plus bas pendant la nuit et atteint un pic pendant la matinée. La libération du cortisol est régulée par l’axe hypothalamo-pituitaire-surrénalien (HPA).

L’HPA reçoit une entrée NPY du SCN, ce qui entraîne la libération d’hormones adrénocorticotropes par les cellules corticotrophes de l’hypophyse antérieure, à cause de cela le cortisol est libéré par la glande surrénale. Le cortisol a une boucle de rétroaction négative avec l’hypophyse, dans laquelle des niveaux croissants de cortisol agissent pour inhiber sa sécrétion.

Le rythme circadien peut également agir sur de nombreux autres aspects de la physiologie humaine – y compris le métabolisme, la température corporelle et divers éléments du système immunitaire.

Dans le contrôle des processus physiologiques

En conclusion, le SCN contrôle de nombreux processus physiologiques avec le rythme est génère. La transcription des gènes d’horloge en réponse au cycle jour/nuit sont la clé de tous les processus affectés par le rythme circadien. L’intégration des entrées photiques et non photiques au SCN conduit le cycle pour le rythme.

Des recherches supplémentaires sur le SCN et les rythmes circadiens fourniront une compréhension meilleure et plus détaillée de la façon dont le SCN génère le rythme circadien et comment d’autres parties du cerveau l’influencent. Des recherches plus poussées révéleront également des informations supplémentaires concernant la façon dont le rythme circadien affecte d’autres parties du cerveau dans sa signalisation en aval.

Lectures complémentaires

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Citations

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