A multilevel approach to understanding circadian rhythmicity : social and sleep-dependent effects in ants and mice

Résumé françaisLa majorité des organismes vivants sont soumis à l'alternance du jour et de la nuit, conséquence de la rotation de la terre autour de son axe. Ils ont développé un système interne de mesure du temps, appelé horloge circadienne, leur permettant de s'adapter et de synchroniser leur comportement et leur physiologie aux cycles de lumière. Cette dernière est considérée comme étant le signal majeur entraînant l'horloge interne et. par conséquent, les rythmes journaliers d'éveil et de sommeil. Outre sa régulation circadienne, le sommeil est contrôlé par un processus homéostatique qui détermine son besoin. La contribution de ces deux processus dans le fonctionnement cellulaire du cerveau n'a pas encore été investiguée. La mesure de l'amplitude ainsi que de la prévalence des ondes delta de l'EEG (activité delta) constitue un index très fiable du besoin de sommeil. Il a été démontré que cette activité est génétiquement déterminée et associée à un locus de trait quantitatif situé sur le chromosome 13 de la souris.Grâce à des expériences de privation de sommeil et d'analyses de transcriptome du cerveau dans trois souches de souris présentant diverses réponses à la privation de sommeil, nous avons trouvé que Homerla, localisé dans la région d'intérêt du chromosome 13, est le meilleur marqueur du besoin de sommeil. Homerla est impliqué dans la récupération de l'hyperactivité neuronale induite par le glutamate, grâce à son effet tampon sur le calcium intracellulaire. Une fonction fondamentale du sommeil pourrait donc être de protéger le cerveau et de lui permettre de récupérer après une hyperactivité neuronale imposée par une veille prolongée.De plus, nous avons montré que 2032 transcrits sont exprimés rythmiqueraent dans le cerveau de la souris, parmi lesquels seulement 391 le restent après que les animaux aient été privés de sommeil à différents moments au cours des 24 heures. Cette observation montre clairement que la plupart des changements rythmiques au niveau du transcriptome dépendent du sommeil et non de l'horloge circadienne et souligne ainsi l'importance du sommeil dans la physiologie des mammifères.La plupart des expériences concernant les rythmes circadiens ont été réalisées sur des individus isolés en négligeant l'effet du contexte social sur les comportements circadiens. Les espèces sociales, telles que les fourmis, se caractérisent par une division du travail où une répartition des tâches s'effectue entre ses membres. De plus, certaines d'entre elles doivent être pratiquées en continu comme les soins au couvain tandis que d'autres requièrent une activité rythmique comme le fourragement. Ainsi la fourmi est un excellent modèle pour l'étude de 1 influence du contexte social sur les rythmes circadiens.A ces fins, nous avons décidé d'étudier les rythmes circadiens chez une espèce de fourmi Camponotus fellah et de caractériser au niveau moléculaire son horloge circadienne. Nous avons ainsi développé un système vidéo permettant de suivre l'activité locomotrice de tous les individus d'une colonie. Nos résultats montrent que, bien que la plupart des fourmis soient arythmiques à l'intérieur de la colonie, elles développent d'amples rythmes d'activité en isolation. De plus, ces rythmes disparaissent presque aussitôt que la fourmi est réintroduite dans la colonie. Cette rythmicité observée en isolation semble être générée par l'horloge circadienne car elle persiste en condition constante (obscurité totale). Nous avons ensuite regardé si cette apparente arythmie observée dans la colonie résultait d'un effet masquant des interactions sociales sur les rythmes circadiens d'activité. Nos résultats suggèrent que l'horloge interne est fonctionnelle dans la colonie mais que l'expression de ses rythmes au niveau comportemental est inhibée par les interactions sociales. Les analyses moléculaires du statut de l'horloge dans différents contextes sociaux sont actuellement en cours. Le contexte social semble donc un déterminant majeur du comportement circadien chez la fourmi.AbstractAlmost all living organisms on earth are subjected to the alternance of day and night re-sulting from the rotation of the earth around its axis. They have evolved with an internal timing system, termed the circadian clock, enabling them to adapt and synchronize their behavior and physiology to the daily changes in light and related environmental parame¬ters. Light is thought to be the major cue entraining the circadian clock and consequently the rhythms of rest/activity. In addition to its circadian dependent timing, sleep is reg¬ulated by a homeostatic process that determines its need. The contribution of these two processes in the cellular functioning of the brain has not yet been considered. A highly reliable index of the homeostatic process of sleep is the measure of the amplitude and prevalence of the EEG delta waves (delta activity). It has been shown that sleep need, measured by delta activity, is genetically determined and associated with a Quantitative Trait Locus (QTL) located on the mouse chromosome 13. By using sleep deprivation and brain transcriptome profiling in three inbred mouse strains showing different responses to sleep loss, we found that Homerla, localized within this QTL region is the best transcrip¬tional marker of sleep need. Interestingly Homerla is primarily involved in the recovery from glutamate-induced neuronal hyperactivity by its buffering effect on intracellular cal¬cium. A fundamental function of sleep may therefore reside in the protection and recovery of the brain from a neuronal hyperactivity imposed by prolonged wakefulness.Moreover, time course gene expression experiments showed that 2032 brain tran¬scripts present a rhythmic variation, but only 391 of those remain rhythmic when mice are sleep deprived at four time points around the clock. This finding clearly suggests that most changes in gene transcription over the day are sleep-wake dependent rather than clock dependent and underlines the importance of sleep in mammalian physiology.In the second part of this PhD, I was interested in the social influence on circadian behavior. Most experiments done in the circadian field have been performed on isolated individuals and have therefore ignored the effect of the social context on circadian behav-ior. Eusocial insect species such as ants are characterized by a division of labor: colony tasks are distributed among individuals, some of them requiring continuous activity such as nursing or rhythmic ones such as foraging. Thus ants represent a suitable model to study the influence of the social context on the circadian clock and its output rhythms.The aim of this part was to address the effect of social context on circadian rhythms in the ant species Camponotus fellah and to characterize its circadian clock at the molecu¬lar level. We therefore developed a video tracking system to follow the locomotor activity of all individuals in a colony. Our results show that most ants are arrhythmic within the colony, but develop, when subjected to social isolation, strong rhythms of activity that intriguingly disappear when individuals are reintroduced into the colony. The rhythmicity observed in isolated ants seems to be driven by the circadian clock as it persists under constant conditions (complete darkness). We then tested whether the apparent arrhyth- micity in the colony stemmed from a masking effect of social interactions on circadian rhythms. Indeed, we found that circadian clocks of ants in the colony are functional but their expression at the behavioral level is inhibited by social interactions. The molecular assessment of the circadian clock functional state in the different social context is still under investigation. Our results suggest that social context is a major determinant of circadian behavior in ants.

Dépression résistant au traitement: enjeux, thérapie et place des nouvelles approches de neurostimulation [Treatment resistant depression: therapy and novel neuromodulatory treatments].

Unipolar depression is among the leading cause of invalidity and disability-adjusted life-years. Many depressed patients do not respond to several antidepressant treatments. Several treatments have been investigated in resistant depression using electrical or magnetic stimulation of the brain. In this field, electroconvulsivotherapy remains to date the only treatment validated for efficacy and security. Novel neuromodulatory treatments used in neurological conditions are currently under investigation. Vagus nerve stimulation and deep brain stimulation may offer long-term efficacy and therefore justify expensive and highly specialized treatment programs.

L'arrêt cardio-respiratoire (ACR) au cabinet médical est-il une réalité et y a-t-il nécessité de s'équiper d'un défribillateur semi-automatique (DSA)?

Introduction: Cette étude a pour but de déterminer la fréquence de survenue de l'arrêt cardio-respiratoire (ACR) au cabinet médical qui constitue un élément de décision quant à la justification de la présence d'un défibrillateur semi-automatique (DSA) au cabinet médical. Matériel et Méthode: Analyse rétrospective des fiches d'intervention pré-hospitalière des ambulances et des SMUR (Service Mobile d'Urgence et de Réanimation) du canton de Vaud (650'000 habitants) entre 2003 et 2006 qui relataient un ACR. Les variables suivantes ont été analysées: chronologie de l'intervention, mesures de réanimation cardio-pulmonaire (RCP) appliquées, diagnostic présumé, suivi à 48 heures. Résultats: 17 ACR (9 _, 8 _) ont eu lieu dans les 1655 cabinets médicaux du canton de Vaud en 4 ans sur un total de 1753 ACR extrahospitaliers, soit 1% de ces derniers. Tous ont motivés une intervention simultanée d'une ambulance et d'un SMUR. L'âge moyen était de 70 ans. Le délai entre l'ACR et l'arrivée sur site d'un DSA était en moyenne de plus de 10 minutes (min-max: 4-25 minutes). Dans 13 cas évaluables, une RCP était en cours à l'arrivée des renforts, mais seulement 7 étaient qualifiées d'efficaces. Le rythme initial était une fibrillation ventriculaire (FV) dans 8 cas et ont tous reçu un choc électrique externe (CEE), dont 1 avant l'arrivée des secours administré dans un cabinet équipé d'un DSA. Le diagnostic était disponible pour 9 cas: 6 cardiopathies, 1 embolie pulmonaire massive, 1 choc anaphylactique et 1 tentamen médicamenteux. Le devenir de ces patients a été marqué par 6 décès sur site, 4 décès à l'admission à l'hôpital et 7 vivants à 48 heures. Les données ne permettent pas d'avoir un suivi ni à la sortie de l'hôpital ni ultérieurement. Conclusions: Bien que la survenue d'un ACR soit très rare au cabinet médical, il mérite une anticipation particulière de la part du médecin. En effet, le délai d'arrivée des services d'urgences nécessite la mise en oeuvre immédiate de mesures par le médecin. En outre, comme professionnel de la santé, il se doit d'intégrer la chaîne de survie en procédant à une alarme précoce du 144 et initier des gestes de premier secours («Basic Life Support»). La présence d'un DSA pourrait être envisagée en fonction notamment de l'éloignement de secours professionnels équipés d'un DSA.